[发明专利]用于水基压裂液的稠化剂及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于水基压裂液的稠化剂，具体来说，本发明涉及用于水基压裂液的带有多支链结构(超支化)的低残渣合成聚合物稠化剂以及该稠化剂的合成方法。 

背景技术

压裂技术是常规的增产技术，用于水力压裂的压裂液类型及其性能与造出一定尺寸、具有导流能力的裂缝有密切的关系，是影响压裂成败的重要因素，因此对压裂液的性能如增粘性、流变性、滤失性、摩阻损失、稳定性、地层伤害等性能均有严格的要求。其中，作为提高压裂液粘度的增稠剂(即稠化剂)是压裂液的主要成份。长期以来，人们对增稠剂的作了大量的研究工作，目前，国内外常用的增稠剂有三种类型：①天然植物胶及其衍生物；②纤维素衍生物；③合成水溶性聚合物。 

通常，在实施压裂增产的过程中，要选择合适的压裂液体系，以便减少压裂液对储层和裂缝的伤害程度。目前，国内使用较多的仍为植物胶压裂液体系，但是，这一体系中存在的水不溶物较多，即使采用一级羟丙基胍尔胶，其水不溶物也在8％以上。同时，使用植物胶压裂液体系时残渣也较多，这对地层和裂缝的伤害较大。而且，其交联条件为弱碱性，不适合于酸性地层。因此，研发低残渣、适合酸性地层使用的新型稠化剂非常必要。 

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于水基压裂中的低残渣、适合任何地层使用的带有支链结构(即超支化)的稠化剂，该稠化剂具有低残渣、适用范围广、耐高温150℃、耐剪切、耐盐等优点。 

本发明的另一个目的在于提供一种合成上述稠化剂的方法，该方法能够简便易行且高效地合成稠化剂。 

本发明采用了如下的技术方案： 

一种用于水基压裂中的带有支链结构的稠化剂，其由N，N-二甲基丙烯酰胺(AAM)、二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)、丙烯腈(AN)、甲基丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸盐(AMPS)、N-乙烯基-2-吡咯烷酮(PVN)六种单体共聚而成，其中，六种单体的重量比依次对应为(3-4)∶1∶1∶1∶(1-1.5)∶1。 

上述稠化剂中，各单体与水的重量百分比组成为： 

(a)20至30重量％的N，N-二甲基丙烯酰胺(AAM)； 

(b)5至8重量％的二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)； 

(c)5至8重量％的丙烯腈(AN)； 

(d)5至10重量％的甲基丙烯酸； 

(e)10至20重量％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸盐(AMPS)； 

(f)5至10重量％的N-乙烯基-2-吡咯烷酮(PVN)； 

(g)余量为水。 

更优选地是，各单体与水的重量百分比组成为： 

N，N-二甲基丙烯酰胺(AAM)：20重量％； 

二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)：5重量％； 

丙烯腈(AN)：5重量％； 

甲基丙烯酸(AA)：10重量％； 

2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸盐(AMPS)：20重量％； 

N-乙烯基-2-吡咯烷酮(PVN)：10重量％； 

水：30％。 

其中，N，N-二甲基丙烯酰胺(AAM)、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯腈、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸盐、N-乙烯基-2-吡咯烷酮六种单体共聚形成带有支链结构的不可水解聚合物。 

其中，所述共聚物的分子量为200-800。优选为200-500。 

其中，上述稠化剂通过水溶液催化剂法和紫外光照产生自由基的方式共聚制的。 

一种合成上述稠化剂的方法，其包括如下步骤： 

(1)将N，N-二甲基丙烯酰胺(AAM)、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯 腈、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸盐、N-乙烯基-2-吡咯烷酮六种单体按比例称量并进行混配； 

(2)将上述混配好的单体放入蒸馏水中进行溶液的配制； 

(3)调节溶液的pH值和温度，使溶液的pH值在4.5±0.5，所述温度为10±1℃； 

(4)通过水溶液催化剂法和紫外光照产生自由基来使上述单体发生共聚聚合。 

其中，所述水溶液催化剂法和紫外光照产生自由基是指在稠化剂的合成过程中，向配制好的单体溶液吹氮气进行保护15-20分钟，然后向溶液中加入催化剂，并辅以紫外光灯照射诱发15-20分钟以产生自由基，从而使单体发生共聚聚合。