[发明专利]水溶液聚合制备温控变粘酸胶凝剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种油田化学用剂及其制备方法，特别是水溶液聚合制备温控变粘酸胶凝剂的方法。

背景技术

酸压和水力压裂技术是常规的增产技术，其中酸压压裂技术是碳酸盐岩油气藏主要增产措施之一。在酸化施工中，按要求铺置酸液常常是最困难的技术之一，没有适当的转向技术，酸液更易进入高渗透层或高含水层。要得到优化的增产效果，不仅要求活性酸液有较大的穿透深度，对酸液在目的层的流动状态和适当的酸蚀位置及强度也提出了更高的要求。为了达到以上要求，需要流变性可变的多功能、响应型的新型酸液体系。这种流体能在油层酸化处理的不同阶段对某些在处理过程中自然产生的物理、化学的触发机制作出反应，自发地改变体系的流变性。

目前酸压裂液用的高分子胶凝剂主要是黄胞胶类天然高分子和全阳离子聚丙烯酰胺类合成聚合物等体系，这些胶凝剂酸液体系抗温性能较差，在地面条件下胶凝剂酸液体系粘度可达20～50mPa.s，但在储层高温(＞90℃)条件下胶凝剂在高强度酸介质中降解，粘度很小，酸液的滤失大，特别对于非均质严重的碳酸盐储层，其滤失控制难度更大。同时酸液粘度低，氢离子传质系数高，酸岩反应快，从而极大地影响了胶凝剂酸液的深穿透能力。

美国US7,325,615B2号专利公开了一类聚羧酸胶凝剂及其制备和应用方法。这类用于水基压裂液的胶凝剂在少量金属化合物交联剂存在下具有良好的温控变粘效果。高庆等人(中国发明专利申请号：200810046990.7)通过反相乳液聚合，以丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸、甲基烷基烯丙基氯化铵和N，N-甲撑双丙烯酰胺为单体，制备了一种两性聚丙烯酰胺油田压裂胶凝剂。这种油田钻井水基压裂用的快速交联易破胶的两性聚丙烯酰胺类胶凝剂，具有很好的耐温性能。周福建等(中国发明专利申请号：200710119457.4)则报道了一种油气井开采温控变粘酸酸压裂方法。其温控变粘酸酸压裂的核心是利用温度控制酸液粘度，在常温条件下变粘酸体系粘度较低易于泵送，当酸液进入储层裂缝吸收储层岩石的热能后，体系温度升高，胶凝剂分子间发生链连接使体系粘度增大，从而可降低酸液滤失速度，使酸液推进到储层的深部，同时酸液粘度增大控制了酸液中氢离子的扩散速度，减缓了岩石表面与酸液中的离子扩散交换，降低了酸液与储层岩石的酸岩反应速率，结果提高了酸蚀裂缝的长度。此外该体系中胶凝剂在储层高温条件下，破胶后产生的残酸粘度很低，也有利于残酸的返排。该技术实现了利用温度控制酸液粘度，来控制酸液在碳酸盐储层裂缝中滤失和酸层反应速度。然而，有关温控变粘酸胶凝剂的制备，至今鲜见有关的文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种水溶液聚合制备温控变粘酸胶凝剂的方法，本发明的目的可以通过利用甲醛/乙酰丙酮锆作交联剂来实现。

本发明的胶凝剂主要成分是丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐和甲基丙烯酰氧乙基R基二甲基氯化铵(R为C₁～C₃₂的烷基)的两性共聚物，其重量百分比浓度为0.8wt％的胶凝剂盐酸溶液(盐酸重量百分数为20wt％)粘度(170s^-1)范围为15～40mPa.s。其制备方法是由(甲基)丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐、甲基丙烯酰氧乙基R基二甲基氯化铵和N-乙烯基-2-吡咯烷酮在复合引发剂的作用下共聚而制得。反应方程式如下：

本发明的水溶液聚合制备温控变粘酸胶凝剂的方法，其包括以下步骤及其工艺条件：

(1)室温下，在反应器中，加入去离子水和重量百分数为20～40wt％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，开动搅拌，于冷水浴中滴加强碱(氢氧化钠或氢氧化钾)溶液至上述混合溶液的pH值为7.0±1.0，冷至室温。分别加入重量百分数为3～19wt％、1～10wt％和0.5～5wt％的丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基R基二甲基氯化铵(R为C₁～C₃₂的烷基)，搅拌均匀。

(2)加入重量百分数为0～3wt％的N-乙烯基-2-吡咯烷酮到上述混合液中。

(3)加入10～150ppm的乙二胺四乙酸二钠盐，相对单体总重量0.01～0.1wt％的偶氮二异丁睛和相对单体总重量0.01～1wt％的水溶性偶氮类引发剂，开动搅拌，通氮气鼓泡5～20分钟。

(4)在氮气保护下加入相对单体总重量0.0005～0.01wt％的水溶性氧化剂以及相对单体总重量0.0005～0.01wt％的水溶性还原剂。

(5)当聚合体系温度达到温峰后，保温熟化2～6小时，出料，胶体经造粒、干燥、粉碎后即得本发明的一种温控变粘酸胶凝剂。