[发明专利]压裂用抗高温防膨剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于深井、超深井压裂及酸化液体系压裂施工技术领域，特别涉及一种压裂用抗高温防膨剂及其制备方法。 

背景技术

随着油田开采程度过度开采，较易开采油层日趋减少。目前向深井、超深井及非常规油气藏开采油气方向发展。这些油气藏表现埋藏深、渗透率低、温度高等特点。需要进行压裂及酸化改造工作仍然是这类油气藏开采过程中最有效的增产措施技术。而高温防膨剂是高温压裂及酸化液体系中不可缺少的核心添加剂，其作用是能够有效抑制粘土膨胀，改善体系性能，增加地层渗透率，提高油气产量必要手段。因此研究压裂用抗高温防膨剂具有广阔的市场前景和市场需求，而国内对压裂用抗高温防膨剂的产品研究处于起步阶段。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种压裂用抗高温防膨剂，其密度达到1.35g/cm³以上，使用温度可以达到高温180℃，该防膨剂在压裂液中的添加质量分数为0.5％～2％时，其防膨胀率可达90％以上。 

本发明还提供了一种压裂用抗高温防膨剂及其制备方法，使用该制备方法制备的防膨剂可作为深井、超深井(包括非常规油气藏)压裂液用防膨剂使用，可成功应用于深井、超深井(包括非常规油气藏)的压裂施工中，有效起到防膨胀和防粘土微粒运移的作用，提高油气产量并保证施工顺利安全进行。 

为了实现上述目的，本发明所述的高温压裂及酸化用防膨剂，由以下重量百分比的原料混合制成： 

季铵盐型有机阳离子聚合物  10％-40％ 

屏蔽剂                    10％-20％ 

无机盐                    40％-80％ 

所述季铵盐型有机阳离子聚合物是以有机胺为单体，经环氧氯丙烷修饰后引发聚合得到的聚合物，应用于深井、超深井(包括非常规油气藏)的压裂施工中。从成本因素考虑，优选成本低的相对低分子质量有机胺(相对分子质量小于100的有机胺)，从大量实验结果分析，虽然以相对分子质量高的有机胺为单体得到的有机阳离子聚合物的防膨效果有所增加，但相对分子质量高的有机胺成本较高，因而在实际压裂施工中首选相对分子质量低的有机胺。并且，所述有机阳离子聚合物只是本发明公开的防膨剂中的组分之一，其他两种成分屏蔽剂和无机盐均会起到一定的防膨作用，不仅可以保证防膨率大于90％，且有效降低了成本。 

所述有机胺单体可以选择伯胺、仲胺、叔胺中的任意一种，且有机胺单体结构中包括一个或多个氨基基团。所述有机胺单体经环氧氯丙烷修饰后聚合得到的聚合物为季铵盐型有机阳离子聚合物。由于选择单体不同，在聚合过程中，聚合得到的季铵盐型有机阳离子聚合物主要包括主链型有机阳离子聚合物和支链型有机阳离子聚合物两类，其结构式如下所示： 

这两类有机阳离子聚合物的形成主要与所选取的有机胺单体的种类有关，有机胺的可以是伯胺，如乙二胺；仲胺，如二甲胺；叔胺，如三甲胺，当有机胺单体选择伯胺时，聚合得到的为主链型有机阳离子聚合物；而当有机胺选择仲胺或叔胺时，发生因其结构中氨基基团N元素上连有多个取代基而产生的位阻效应，因而得到的聚合物主要为支链型有机阳离子聚合物。 

所述屏蔽剂为长链脂肪酸酯、长链脂肪醇酯中的一种。所述长链脂肪酸酯、长链脂肪醇酯结构式为： 

其中，R1、R2为烷基基团。 

优选地，所述长链脂肪酸酯、长链脂肪醇酯的碳数为16-18个。所述屏蔽剂自身具有一定的防膨作用，因此为该抗高温防膨剂的组分之一。此外，经过发明人实验验证，在制备该抗高温防膨剂的过程中，在环氧氯丙烷修饰及引发聚合步骤之前加入屏蔽剂，可以有效减少聚合反应时间，提高防膨剂防膨效果，这可能是因为屏蔽剂在聚合前已很好的分散在小分子有机胺中，与合成的防膨剂自身发生协同作用，因此比先聚合得到有机阳离子聚合物再与屏蔽剂混合的效果好，聚合时间也相应减少。 

所述无机盐为金属氯化物。所述金属氯化物为氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙、氯化镁、氯化铝中的一种。 

无机盐在该防膨剂中的作用主要是降低成本。无机盐是最初使用一种防膨剂，其作为粘土稳定剂只能暂时防膨粘土颗粒，不能像聚合物那样产生多点吸附，因而实际施工中已很少无机盐类防膨剂。但发明人经过大量实验发现，当无机盐以一定的比例与季铵盐型有机阳离子聚合物混合使用时，不会降低防膨剂的防膨胀率，其防膨胀率可达90％以上，同时，因为无机盐的加入，大幅降低了防膨剂的生产成本。