[发明专利]两性离子聚合物、其制备方法及在盐酸基压裂液中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种两性离子聚合物、其制备方法及在盐酸基压裂液中的应用，适用于石油工程中储层改造，特别是水力压裂施工中的压裂液技术。

背景技术

压裂酸化增产技术为我国老油气田的增产改造挖潜和新油气田的勘探开发做出了卓越贡献，已成为复杂油气藏和难采储量开发的关键技术。随着油气勘探开发的不断深入，高温/超高温、复杂岩性储层、复杂流体储层、中高含水老油田、低压低效油气藏等油气藏开采难度越来越大。对于某些储层，如复杂岩性储层、高污染低效储层、高含碱敏性矿物储层，仅仅依靠单纯的加砂压裂或酸压常常低效甚至无效。因此，应针对这些特殊对象，研究压裂酸化的新的工作液体系和工艺方法，意义重大。盐酸基压裂液为强酸性体系，与常规植物胶水基压裂液呈碱性不同，能实现酸加砂作业，为近几年发展出的新型压裂液。依靠性能优良的稠化剂来提高酸液的粘度，在一定时间、温度下保持均匀稳定，能充分地与地层中污染物和酸溶性组分反应，并向地层输送压裂支撑剂，增加裂缝宽度和导流能力。

目前常用的酸液稠化剂大部分为人工合成聚合物，主要有以下几类：（1）丙烯酰胺与季铵盐类阳离子单体(如二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰乙撑三甲基氯化铵等)共聚而得的产品。（2）丙烯酰胺与乙烯吡咯烷酮共聚制得的聚合物。（3）丙烯酰胺与2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸的共聚物。（4）N，N－二烷基丙烯酰胺、(甲基)丙烯酰胺基烷基三烷基卤化铵、疏水丙烯酰胺基三烷基铵卤化物、乙二醇二丙烯酸盐共聚而得的共聚物。（5）N－乙烯基内酰胺、α，β－不饱和酰胺、乙烯磺酸钠或苯乙烯磺酸钠共聚物。

上述聚合物在实际使用过程中都面临如何提高聚合物耐温、抗盐、抗剪切能力的问题。因为注入地层后，酸液与石灰岩或白云岩反应会生成高浓度的氯化钙而损害聚合物稳定性，导致酸液稠度下降或聚合物沉淀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两性离子聚合物，该聚合物能有效增稠盐酸，具有耐高温、抗盐、抗剪切性能。

本发明的目的还在于提供该两性离子聚合物的制备方法，该方法原理可靠，操作方便，成本低廉，具有广阔的市场前景。

本发明的另一目的在于提供该两性离子聚合物在盐酸基压裂液中的应用，由于该聚合物具有耐温、抗盐、抗剪切能力，将其作为增稠剂，辅助添加缓蚀剂、铁离子稳定剂、粘土稳定剂和助排剂等，从而制备一种酸携砂的新型盐酸基压裂液。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

阳离子高分子聚合物具有较好的抗盐性、抗温性，在酸中部分链节形成阳离子而相互排斥，对酸液有较强的稠化作用，显示良好的强酸性增稠能力；另一方面，在聚合物中嵌入一定阴离子链节，能提高聚合物的抗温抗盐的性能。因此，本发明中两性聚合物分子合成设计思路为： ①生成一种分子量高的聚合物，提高增粘效率；②聚合物分子的主链结构尽量是高碳链、刚性链结构，这样会提高主链的热稳定性，侧基尽量是大侧基、刚性侧基，这样会使分子的热运动阻力增加。③分子的作用基团是对盐不敏感的水化基团、化学稳定性好的耐水解基团，那么该分子就会抗盐。聚合物分子具备了上述的三个特点，那么它将是抗盐性、耐温性、增粘性集于一体的性能优良的高分子聚合物。

一种两性离子聚合物，其结构式如下：

其中x为40%，y为30%，z为30%。

该聚合物分子量为450万～550万。

该两性离子聚合物的合成路线如下：

①以甲基丙烯酸甲酯（MMA）和N，N-二甲基乙醇胺（DMEA）为原料，通过酯交换反应制得甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）。

②再以DMAEMA为原料与CH₃Cl反应合成甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）。

③将DMC与丙烯酰胺（AM）及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）进行三元共聚，产物即为本发明的耐酸抗盐聚合物增稠剂,其分子结构为：

其中x为40%，y为30%，z为30%。

如上所述的两性离子聚合物的制备方法，依次包括以下步骤：

（1）以甲基丙烯酸甲酯（MMA）和N，N-二甲基乙醇胺（DMEA）为原料（MMA既是反应物又是溶剂），DMAE:MMA的摩尔比为1:2，反应催化剂为钛酸四丁酯，DMEA:钛酸四丁酯的摩尔比为1:0.075，阻聚剂为吩噻嗪，吩噻嗪:DMAE的摩尔比为0.0050:1，在95-98℃左右反应4-5小时后，通过酯交换反应制得甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）；