[发明专利]两性聚丙烯酰胺油田压裂稠化剂制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及油田钻井压裂用的快速交联易破胶两性聚丙烯酰胺型高分子稠化剂及制备方法，也可用于油田堵水，三次采油等应用领域。

背景技术

在能源资源逐渐贫瘠的今天，如何能最大限度地利用现有资源成为人们研究的热门课题，石油作为一种重要的能源资源在社会发展中占据了不可或缺的地位。三次采油及压裂工艺在现代油田开采增产、增效方案中占据了大部分的比重，稠化剂在其中扮演了不可缺少的角色。高分子稠化剂现在由天然高分子发展到合成高分子稠化剂，合成高分子稠化剂具有用量少、效率高、毒性小、耐贮藏、不变质的特点；合成高分子稠化剂研究以丙烯酰胺类为主攻方向，已发展到疏水缔合型聚丙烯酰胺，两性聚丙烯酰胺，阳离子型聚丙烯胺，阴离子型聚丙烯酰胺，近些年来是国内外合成高分子稠化剂开发的重点之一。

现有的合成高分子稠化剂存在以下特点：

1、用溶液聚合方法得到的溶液产品和固体产品：主要缺点是分子量普通＜10⁶，增稠、增粘效率低。溶液产品的固含量＜10wt‰，固体产品通常溶解性较差，溶解时间通常＞0.5小时。

2、用传统乳液方法得到的乳液产品：合成困难，乳液自身的稳定性较低，存放期一般不能较长。

反相乳液聚合方法得到的乳液产品是90年代以后的工作。主要优点：

1、较好地克服了溶液聚合方法中的不足，分子量能做到＞10⁷，且溶解性较好；

2、较好地克服了传统乳液方法中关于水溶性单体聚合的不足，体系是热力学稳定体系，可以长期存放。

主要缺点：

乳化剂用量较大，有时需加入助乳化剂，分散介质为油相，成本较高，制备固体粉末时较难除去，在使用过程中较易带来二次污染。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种两性聚丙烯酰胺油田压裂稠化剂及其制备方法。分子量大于1500万，在水中溶解、溶胀速度快(≤15min)，基液粘度低(1％水溶液粘度＜120mPa.s)，交联速度快(30-180s)，交联速度可控，冻胶粘度大，粘弹性好，易于破胶，破胶后残渣少的两性聚丙烯酰胺型外交联型高分子稠化剂，

本发明通过反相乳液聚合方法，利用丙烯酰胺、丙稀酸或甲基丙稀酸、甲基烷基烯丙基氯化铵及功能单体自由基引发共聚，得到聚合可控、超高分子量，交联速度可调，可自由控制降解速率，增稠增粘效率优良的两性聚丙烯酰胺型稠化剂。

本发明的两性聚丙烯酰胺型稠化剂，具有式I表示的结构式：

式中，R₁为H或CH₃；R₂为C₁～C₄的烷基；R₃为C₂～C₁₄的烷基；m₁、m₂和m₅为2～10⁵的整数；m₃为0～100的整数；m₄为0～1的整数。

式I表示的两性聚丙烯酰胺稠化剂制备方法，其步骤是：

第1、在如下组成的反相乳液体系、氮气保护下自由基聚合得到均一稳定的乳液，或干燥固体粉末，其反相乳液体系组成摩尔比为：丙烯酰胺1摩尔，丙烯酸或甲基丙烯酸0.5～1.5摩尔，甲基R基烯丙基氯化铵0.5～1摩尔，其中R为C₂～C₁₄的烷基，N、N-甲撑双丙烯酰胺0～0.05摩尔，丙烯酸酯0～0.1摩尔，氨水0.5～1.5摩尔，蒸馏水0.5～3摩尔，环己烷或正己烷或白油或航空炼油或它们的混合物1～3摩尔，失水山梨醇单油酸酯或失水山梨醇单硬脂酸酯和壬基酚聚氧乙烯(7)醚或壬基酚聚氧乙烯(10)醚和脂肪醇聚氧乙烯(15)醚非离子乳化剂0.05～0.3摩尔，己二酸己二胺0～2×10^-4摩尔，过硫酸铵5.0×10^-61×10^-4摩尔，该体系在20～60℃温度，聚合反应3～10小时，得到式I所表示的两性聚丙烯酰胺高分子稠化剂。

第2、将步骤1得到的乳液或固体粉末溶于水中形成所需浓度的溶液，加入C_r³⁺、Z_r⁴⁺、T_i⁴⁺、

-CHO或作交联剂，进行交联得到所需的稠化剂冻胶，溶液中交联剂含量为0.4～6wt‰。

其反应式为：