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CN116589631A - 一种强吸水性暂堵剂及其制备方法 - Google Patents

一种强吸水性暂堵剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于石油与天然气增产技术领域，具体涉及一种强吸水性暂堵剂及其制备方法。所述的制备方法如下：在氮气保护的反应器中依次加入丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、AMPS(2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸)、对苯乙烯磺酸钠、季戊四醇三丙烯酸酯(季戊四醇合成的中间体)、水、OP‑10(十二烷基酚聚氧乙烯醚)、尿素，开启搅拌，全部溶解，加热，利用乳液聚合复合引发体系，保温反应，继续搅拌2‑3h，聚合反应完毕：将聚合溶液洗涤、干燥，得到产品。本发明的合成方法为一锅法，极大地节省工艺操作；原材料易得，合成工艺简单，没有副产物；较易实现控制和连续操作，实现规模化生产；反应进行完毕之后胶乳可直接作为产品使用。

Description

一种强吸水性暂堵剂及其制备方法
技术领域
本发明属于石油与天然气增产技术领域，该暂堵剂具有良好的吸水性，该暂堵剂可用于致密油藏或二次压裂提高采收率，具体涉及一种超分子水溶性聚合物，一种强吸水性暂堵剂及其制备方法。
背景技术
随着石油与天然气的深入开发，资源的逐渐枯竭，大多数新的石油与天然气资源都是致密油藏。这种类型的油藏通常需要采用特殊的技术和方法进行开发以提高采收率。为了攻克这一难题，石油工作者们提出了压裂技术，并加以深入研究。压裂技术，也叫水力压裂，该技术是在井筒内注入高粘高压液体，在油层中形成高压，当压力大于岩石的破裂压力时，使得储层岩石产生裂缝，增加储层岩石的渗透性，然后通过压力和重力作用，将岩石裂缝中的流体排出；继续向地层注入高压液体，裂缝延原裂缝方向继续延伸，形成足够多的裂缝从而达到提高采收率的目的。该技术是目前致密油藏，三次采油的最有效措施之一。
暂堵转向压裂技术是一种结合了暂堵剂和压裂技术的新型增产技术。它的原理是在压裂过程中利用暂堵剂在油层中形成局部暂堵，引导压裂液向更多裂缝中流动，增大储层改造体积，从而达到提高采收率的目的。
暂堵剂是一种能够在压裂过程中暂时堵塞裂缝或孔隙的物质。暂堵剂的性能直接关系到压裂过程中暂堵剂是否能够有效封堵地层裂缝或孔隙以及能否实现降解返排。暂堵剂通常具有较好的暂堵效果和一定可降解性，能够在井下环境中起到暂时封堵油层孔隙的作用，并在一定时间内缓慢地降解、分解，从而避免对后续生产造成不利影响。若暂堵剂的降解性能较差，在压裂施工结束之后长时间滞留在储层中，增大储层渗流能力，严重影响储层产量。
CN107828010A公开了一种用于制备暂堵剂的聚合物以及该暂堵剂的制备方法，其组分为丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和苯乙烯，其余为溶剂水。本专利通过上述单体聚合形成长分子链并加入交联剂交联形成凝胶。但本发明用到金属离子交联剂和过氧化物，对储层会造一定的伤害。
CN114920876A公开了一种高分子聚合物暂堵剂及其制备方法，由丙烯酰胺、丙烯酸、苯乙烯、对苯乙烯磺酸钠、季戊四醇三丙烯酸酯、水组成，其组分摩尔比为1：0.5-5、0.1-10、0.3-3、0.01-1。本发明采用复合引发体系，原料易得，合成工艺简单，副产物较少。但本发明采用水作为溶剂，季戊四醇三丙烯酸酯不溶于水，反应操作过程较为困难，吸水性不强。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题提出了一种暂堵剂及其制备方法。本发明的暂堵剂具有原材料易得、合成工艺简单、没有副产物、吸水量大、膨胀率大、优良的热稳定性、自行解堵、储层伤害低等优点。
本发明的目的是公开了一种暂堵的制备方法，所述暂堵剂分子结构式如图1所示。
具体步骤如下：
(1)在氮气保护的反应容器中依次加入丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯磺酸钠、对苯乙烯磺酸钠、季戊四醇三丙烯酸酯、水、尿素、OP-10(十二烷基酚聚氧乙烯醚)、开启搅拌，直至全部溶解，用20wt％的氢氧化钠溶液调节PH至6.8～7.1。
(2)向上述溶液中缓慢滴加1％的氧化剂溶液、1％的还原剂溶液，同时滴加1％的引发剂溶液，升温到50～60℃，继续搅拌2～3h，聚合反应完毕，将聚合溶液低温造粒，颗粒直径0.1～1mm，得到产品。
在本发明中，优选地，所述的丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯磺酸钠、对苯乙烯磺酸钠、季戊四醇三丙烯酸酯的用量摩尔比为1：0.1～1、0.1～5、0.2～3、0.2～5、0.01～1。
在本发明中，优选地，在步骤(1)中，所述的固含量与水的质量比为30：70。
在本发明中，优选地，在步骤(2)中，所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠的一种。
在本发明中，优选地，在步骤(2)中，所述的还原剂为亚硫酸钠、硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种。
本发明暂堵剂的合成反应方程式如图2所示。
本发明是以丙烯酰胺、丙烯酸、AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、甲基丙烯磺酸钠、对苯乙烯磺酸、季戊四醇三丙烯酸酯为聚合物原材料的六元高分子聚合物。其中单体季戊四醇三丙烯酸酯为酯类不溶于水，聚合反应很难进行，通过添加乳化剂(OP-10)使单体季戊四醇三丙烯酸酯分散在水中形成乳液。借助机械搅拌，使反应单体分散在水中全部溶解，加热，再加入引发剂引发上述单体聚合，保温反应，继续搅拌2-3h，聚合反应完毕。本发明中采用乳液聚合的方法聚合速度快，产品分子量较高，反应后期乳液聚合体系的粘度较低，分散体系稳定，无副产物。
本发明与现有水溶性可降解暂堵剂具有如下优点：
(1)本发明的暂堵剂采用乳液聚合、复合引发，为一锅法，原材料易得，合成工艺简单，反应完全，无副产物。
(2)本发明的暂堵剂在反应后期乳液聚合体系的粘度较低，分散体系稳定，较易实现控制和连续操作，实现规模化生产。
(3)本发明的暂堵剂在反应进行完毕之后胶乳可直接作为产品使用。
附图说明
图1为发明内容中暂堵剂分子结构式；
图2为发明内容中暂堵剂合成反应方程式；
图3为实施例7中暂堵剂XY-7实物图；
图4为发明物YX红外表征峰值图；
图5为实施例中1中0.6％聚合物XY-1配置的暂堵剂膨胀率变化曲线；
图6为实施例中2中0.6％聚合物XY-2配置的暂堵剂膨胀率变化曲线；
图7为实施例中3中0.6％聚合物XY-3配置的暂堵剂膨胀率变化曲线；
图8为实施例中4中0.6％聚合物XY-4配置的暂堵剂膨胀率变化曲线；
图9为实施例中5中0.6％聚合物XY-5配置的暂堵剂膨胀率变化曲线；
图10为实施例中6中0.6％聚合物XY-6配置的暂堵剂膨胀率变化曲线；
图11为实施例中7中0.6％聚合物XY-7配置的暂堵剂膨胀率变化曲线。
具体实施方式
实施例1:
(1)在氮气保护的反应器中依次加入2.80g丙烯酰胺、8.16gAMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、6.31g甲基丙烯磺酸钠、8.12g对苯乙烯磺酸钠、2.84g丙烯酸、1.76g季戊四醇三丙烯酸酯，同时加入4g尿素、4gOP-10(十二烷基酚聚氧乙烯醚)和水。
(2)开启搅拌，全部溶解，用20wt％的氢氧化钠溶液调节pH7加水至100g；在上述溶液中缓慢滴加1％的过硫酸铵溶液0.375mL，同时滴加1％的亚硫酸胺溶液0.375mL，混合均匀后再加入1％V-50溶液1.5mL、滴加完毕，升温到50℃，在紫外灯照射下，继续反应6小时，聚合反应完毕；将聚合物洗涤、干燥、造粒，得到产品YX1。
(3)进一步地，在若干玻璃瓶中分别装入清水100g，加入胶乳YX1m1g，水浴锅加热到90℃，每隔30min，取出玻璃瓶，将其中的物质倒入标准筛滤去水后，称量暂堵剂膨胀后的的质量m2，计算膨胀倍数，膨胀率变化见图5。
实施例2:
(1)在氮气保护的反应器中依次加入2.83g丙烯酰胺、8.26gAMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、6.38g甲基丙烯磺酸钠、8.22g对苯乙烯磺酸钠、2.87g丙烯酸、1.43g季戊四醇三丙烯酸酯，同时加入4g尿素、4gOP-10(十二烷基酚聚氧乙烯醚)和水。
(2)开启搅拌，全部溶解，用20wt％的氢氧化钠溶液调节pH7加水至100g；在上述溶液中缓慢滴加1％的过硫酸铵溶液0.375mL，同时滴加1％的亚硫酸胺溶液0.375mL，混合均匀后再加入1％V-50溶液1.5mL、滴加完毕，升温到50℃，在紫外灯照射下，继续反应6小时，聚合反应完毕；将聚合物洗涤、干燥、造粒，得到产品YX2。
(3)进一步地，在若干玻璃瓶中分别装入清水100g，加入胶乳YX2m1g，水浴锅加热到90℃，每隔30min，取出玻璃瓶，将其中的物质倒入标准筛滤去水后，称量暂堵剂膨胀后的的质量m2，计算膨胀倍数，膨胀率变化见图6。
实施例3:
(1)在氮气保护的反应器中依次加入2.86g丙烯酰胺、8.33gAMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、6.44g甲基丙烯磺酸钠、8.29g对苯乙烯磺酸钠、2.90g丙烯酸、1.20g季戊四醇三丙烯酸酯，同时加入4g尿素、4gOP-10(十二烷基酚聚氧乙烯醚)和水。
(2)开启搅拌，全部溶解，用20wt％的氢氧化钠溶液调节pH7加水至100g；在上述溶液中缓慢滴加1％的过硫酸铵溶液0.375mL，同时滴加1％的亚硫酸胺溶液0.375mL，混合均匀后再加入1％V-50溶液1.5mL、滴加完毕，升温到50℃，在紫外灯照射下，继续反应6小时，聚合反应完毕；将聚合物洗涤、干燥、造粒，得到产品YX3。
(3)进一步地，在若干玻璃瓶中分别装入清水100g，加入胶乳YX3m1g，水浴锅加热到90℃，每隔30min，取出玻璃瓶，将其中的物质倒入标准筛滤去水后，称量暂堵剂膨胀后的的质量m2，计算膨胀倍数，膨胀率变化见图7。
实施例4:
(1)在氮气保护的反应器中依次加入2.89g丙烯酰胺、8.43gAMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、6.51g甲基丙烯磺酸钠、8.39g对苯乙烯磺酸钠、2.93g丙烯酸、0.85g季戊四醇三丙烯酸酯，同时加入4g尿素、4gOP-10(十二烷基酚聚氧乙烯醚)和水。
(2)开启搅拌，全部溶解，用20wt％的氢氧化钠溶液调节pH7加水至100g；在上述溶液中缓慢滴加1％的过硫酸铵溶液0.375mL，同时滴加1％的亚硫酸胺溶液0.375mL，混合均匀后再加入1％V-50溶液1.5mL、滴加完毕，升温到50℃，在紫外灯照射下，继续反应6小时，聚合反应完毕；将聚合物洗涤、干燥、造粒，得到产品YX4。
(3)进一步地，在若干玻璃瓶中分别装入清水100g，加入胶乳YX4m1g，水浴锅加热到90℃，每隔30min，取出玻璃瓶，将其中的物质倒入标准筛滤去水后，称量暂堵剂膨胀后的的质量m2，计算膨胀倍数，膨胀率变化见图8。
实施例5:
(1)在氮气保护的反应器中依次加入2.91g丙烯酰胺、8.50gAMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、6.57g甲基丙烯磺酸钠、8.45g对苯乙烯磺酸钠、2.95g丙烯酸、0.61g季戊四醇三丙烯酸酯，同时加入4g尿素、4gOP-10(十二烷基酚聚氧乙烯醚)和水。
(2)开启搅拌，全部溶解，用20wt％的氢氧化钠溶液调节pH7加水至100g；在上述溶液中缓慢滴加1％的过硫酸铵溶液0.375mL，同时滴加1％的亚硫酸胺溶液0.375mL，混合均匀后再加入1％V-50溶液1.5mL、滴加完毕，升温到50℃，在紫外灯照射下，继续反应6小时，聚合反应完毕；将聚合物洗涤、干燥、造粒，得到产品YX5。
(3)进一步地，在若干玻璃瓶中分别装入清水100g，加入胶乳YX5m1g，水浴锅加热到90℃，每隔30min，取出玻璃瓶，将其中的物质倒入标准筛滤去水后，称量暂堵剂膨胀后的的质量m2，计算膨胀倍数，膨胀率变化见图9。
实施例6:
(1)在氮气保护的反应器中依次加入2.95g丙烯酰胺、8.60gAMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、6.65g甲基丙烯磺酸钠、8.56g对苯乙烯磺酸钠、2.99g丙烯酸、0.25g季戊四醇三丙烯酸酯，同时加入4g尿素、4gOP-10(十二烷基酚聚氧乙烯醚)和水。
(2)开启搅拌，全部溶解，用20wt％的氢氧化钠溶液调节pH7加水至100g；在上述溶液中缓慢滴加1％的过硫酸铵溶液0.375mL，同时滴加1％的亚硫酸胺溶液0.375mL，混合均匀后再加入1％V-50溶液1.5mL、滴加完毕，升温到50℃，在紫外灯照射下，继续反应6小时，聚合反应完毕；将聚合物洗涤、干燥、造粒，得到产品YX6。
(3)进一步地，在若干玻璃瓶中分别装入清水100g，加入胶乳YX6m1g，水浴锅加热到90℃，每隔30min，取出玻璃瓶，将其中的物质倒入标准筛滤去水后，称量暂堵剂膨胀后的的质量m2，计算膨胀倍数，膨胀率变化见图10。
实施例7:
(1)在氮气保护的反应器中依次加入2.96g丙烯酰胺、8.64gAMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、6.68g甲基丙烯磺酸钠、8.59g对苯乙烯磺酸钠、3.00g丙烯酸、0.13g季戊四醇三丙烯酸酯，同时加入4g尿素、4gOP-10(十二烷基酚聚氧乙烯醚)和水。
(2)开启搅拌，全部溶解，用20wt％的氢氧化钠溶液调节pH7加水至100g；在上述溶液中缓慢滴加1％的过硫酸铵溶液0.375mL，同时滴加1％的亚硫酸胺溶液0.375mL，混合均匀后再加入1％V-50溶液1.5mL、滴加完毕，升温到50℃，在紫外灯照射下，继续反应6小时，聚合反应完毕；将聚合物洗涤、干燥、造粒，得到产品YX7。
(3)进一步地，在若干玻璃瓶中分别装入清水100g，加入胶乳YX7m1g，水浴锅加热到90℃，每隔30min，取出玻璃瓶，将其中的物质倒入标准筛滤去水后，称量暂堵剂膨胀后的的质量m2，计算膨胀倍数，膨胀率变化见图11。
试验例1突破压力及封堵率
将暂堵剂样品放入岩心流动仪中，模拟暂堵剂堵塞地层的状态从而测试封堵强度，试验数据见表1。
表1突破压力、封堵率、突破压力梯度测试结果
试验过程中最低突破压力为9.1Mpa时，泵注压力高达26Mpa，封堵率高达98.1％。
本发明虽然对具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种强吸水性暂堵剂及其制备方法，其特征在于，所述的制备方法如下：
(1)在氮气保护的反应器中依次加入丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、对苯乙烯磺酸钠、季戊四醇三丙烯酸酯、水、OP-10(十二烷基酚聚氧乙烯醚)、尿素，开启搅拌，全部溶解，用15～20wt％的氢氧化钠溶液调节pH至6.8～7.1；
(2)在上述溶液中缓慢滴加1％的引发剂1溶液，同时滴加1％的引发剂2溶液，混合均匀后再加入1％引发剂3溶液、滴加完毕，升温到50℃，在紫外灯照射下，继续反应6小时,聚合反应完毕，将聚合物洗涤、干燥，得到产品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、对苯乙烯磺酸钠、季戊四醇三丙烯酸酯的用量摩尔比为1：0.1～1、0.1～5、0.2～3、0.2～5、0.01～1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的引发剂1为过硫酸钾、过硫酸铵中的任意一种；所述的引发剂2为亚硫酸钾、硫代硫酸钠、甲醛次硫酸氢钠中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的引发剂3为偶氮二异丁基脒盐酸盐(AIBA V-50)、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(AIBI V-044)、偶氮二异丙基咪唑啉(AIP VA-06)中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的引发剂1质量比为0.015-0.02wt％、引发剂2质量比为0.015-0.02wt％、引发剂3质量比为0.01-0.02wt％；步骤(2)中，所述的引发剂总质量比为0.05wt％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的反应温度为40～50℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的反应时长为5.5～6.0小时。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的暂堵剂分子结构式如下：
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