[发明专利]一种耐高温酸性交联聚合物稠化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种耐高温酸性交联聚合物稠化剂，同时还涉及该稠化剂的制备方法和应用，属于油田储层改造用压裂液技术领域。

背景技术

水力压裂的目的是通过高压注入压裂液在地层中形成具有一定尺寸和导流能力的裂缝，水基体系是目前应用最为广泛的压裂液，其是以水为分散介质，添加各种处理剂，特别是水溶性聚合物，形成具有压裂工艺所需的较强综合性能的工作液。

水基压裂液稠化剂主要是以胍胶为原料的合成聚合物，由于胍胶分子量大，约为200万，因此稠化剂含有较高的残渣，易导致破胶后不易流出，滞留在储层中降低储层渗透率，对储层造成伤害。一般情况下常使用改性后的胍胶，如羟丙基瓜胶（HPG）、羧甲基瓜胶（CMG）及羧甲基羟丙基瓜胶（CMHPG），是目前工业上应用较广泛的瓜胶改性产品。但是改性胍胶的分子量也较大，且制备工艺水平不高，交联多在碱性环境下进行，破胶后残渣较多。而其他的采用合成法制备的大分子量聚合物也存在残胶量大的问题。各类稠化剂制备及性能如下：

（1）天然稠化剂的改性，包括：①高分子植物胶改性，即对现用的羟丙基胍胶（HPG）采用不同改性工艺，降解不溶物组分，再羧甲基化，增加其溶解性，减少残渣含量，增加配位基团，但分子量还未达到要求；②低分子天然植物胶的改性，即选择低分子的植物胶如香豆胶，粘均分子量为25万左右，或苦苈胶，重均分子量为50万左右，进行羧甲基化或羟丙基化处理，抑或选用耐酸性的植物胶如魔芋胶，酸性条件下粘度稳定，重均分子量达100万，对它进行降解改性，或添加耐温基团如羧基、磺酸基等提高其耐温性。

（2）低分子量聚合物的合成，包括：①酰胺基-羧基-磺基聚合，如AA/AMPS/AM三元聚合物，因AA中具有羧酸基团，可以增加配位基团数目；②多羟基-羧基聚合，将含有不饱和单体的酯与不饱和酸、杂环（N-六元或五元杂环）共聚，通过醇解得到含有多羟基、羧基和耐温结构单元的共聚物。目前多醇羟基聚合物已有报道，但含有多羟基-羧基聚合物未见报道。

（3）活性型聚合物稠化剂，即在聚合物（天然或合成聚合物）的羟基上引入聚氧乙烯或聚氧丙烯的脂肪醇醚羧酸盐，形成阴-非离子表面活性型高聚物稠化剂，调节聚合物的亲水-亲油平衡值（HLB），以减少残渣生产、降低储层伤害。但是目前仅通过将醇醚表面活性剂与植物胶通过混合、压碎成膜等过程进行物理改性。

目前，合成聚合物的制备及应用情况如下：

（1）聚丙烯酰胺类通过与有机肽、锆等金属交联剂反应而成的冻胶压裂液具有粘弹性好、对地层伤害低的特点，近些年来在部分油田有所应用。胜利油田采用聚丙烯酰胺/有机肽冻胶体系进行压裂，可在150℃以下地层使用，尤其在中高含水地层使用获得了较好的降水增油效果。另据报道，丙烯酰胺和2-丙烯酸胺-2-甲基丙烷磺酸（MAPS）的共聚物只适用于77℃以上地层压裂；丙烯酰胺、甲基丙烷磺酸盐和甲基丙烯酰胺基，丙基二甲基二羟丙基磺酸铵的三聚物，可适用于204℃以下的地层压裂。克拉玛依采油工艺研究院曾研制开发了一种DP-l聚丙烯酰胺类压裂液，已现场应用几百井次。然而，以上产品尽管有一定程度的应用，但仍存在分子量高，在碱性条件下交联，不适用于碱敏储层的问题。此外，国内还有学者将甲撑基聚丙烯酰胺作增稠剂，但是存在水合困难、抗剪切性差的问题。

（2）聚乙烯醇具有增稠能力，能与戊二醛、硼酸盐、环氧氯丙烷等交联剂作用形成水凝胶，因而在增稠方面有可发挥一定应用。蔡新明等以低分子聚乙烯醇为稠化剂，确定了聚乙烯醇压裂液的最佳配方：低分子聚乙烯醇含量为2%，交联剂硼砂加量为3%，但是体系pH值为9，仍不适用于碱敏储层。闫海龙以多羟基醇为稠化剂，合成了交联剂有机硼FOB，确定了适合60℃和70℃地层温度的压裂液配方，其残渣含量为52mg/L，岩心伤害率只有21%。该压裂液体系中稠化剂加量过高，破胶剂用量大，低温下破胶时间较慢。隋明炜等提出葡萄糖改性有机硼为交联剂，聚乙烯醇为稠化剂的压裂液体系，但是以聚乙烯醇为稠化剂的水基冻胶压裂液的最低有效浓度1.1%，交联剂的最低质量分数为0.4%，耐温性在70℃左右，不适合高温储层。

（3）聚丙烯酸钠稠化剂是将聚丙烯酸钠配成0.5～2%的水溶液，具有增稠、携砂、减阻、降低压裂液滤失的作用。