CN119285832B - 一种酸液稠化剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油开采技术领域，具体涉及一种酸液稠化剂及其制备方法与应用。所述合成方法如下：在第一反应器中加入丁烯二醇、4,4'‑二氨基二苯乙烯‑2,2'‑二磺酸、(2‑丙烯酰氨基乙基)膦酸、磷酸二氢钾、去离子水，搅拌均匀，调节pH7‑8；在第二反应器中依次加入(3‑丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷、去离子水、羟丙基甲基纤维素、OP‑10、磷酸二氢钾，调节pH7‑8；高位滴加槽加入引发剂，滴加到第二反应器中，当粘度开始上升时，快速将第一反应器混合液体加入，升温，保温反应，得到粘稠液体；烘干造粒得到产品。本发明具有合成简单、表观粘度高、耐剪切能力强、耐盐耐硬度效果好、减阻效果好的优点。
Description
技术领域
本发明属于石油开采技术领域，具体涉及一种酸液稠化剂及其制备方法与应用。
背景技术
压裂的目的是将储层压出裂缝，最大程度提高储层导流能力，达到增加油气产量的目的。压裂时所用的压裂液要求其具有较高的粘度、高的抗剪切性、优异的携砂能力和破胶无残渣、对地层伤害小以及环保性等特点。
稠化剂作为压裂液的主剂，用以提高压裂液的粘度，降低压裂液滤失，悬浮和携带支撑剂。
目前的压裂液稠化剂主要是天然高分子如瓜胶、羟丙基瓜胶、羧甲基瓜胶、香豆胶等，这类增稠剂其性质和产量受环境和产地影响较大。另一类合成的增稠剂主要是聚丙烯酰胺及其改性产品，性能较为稳定，但存在的问题是耐剪切性差的缺点。
CN101864031A公开了一种水溶液聚合制备温控变粘酸胶凝剂的方法，包括用强碱溶液中和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸到pH中性，依次按比例加入丙烯酰胺单体与其它烯烃类单体。加入偶氮类引发剂和氧化/还原引发剂，当聚合体系温度达到温峰后，保温熟化，胶体产物经造粒、干燥和粉碎后得温控变粘酸胶凝剂粉剂，其盐酸溶液利用甲醛/乙酰丙酮锆作交联剂，进行交联反应。得到的胶凝剂主要成分是丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐和甲基丙烯酰氧乙基R基二甲基氯化铵(R为C1-C32的烷基)的两性共聚物。但是该发明胶凝剂的粘度小于40mPa•s，用于酸化压裂作业效果明显欠佳。
CN111019042A公开了一种压裂液用抗高温稠化剂及其制备方法和应用，包括一种压裂液用抗高温稠化剂，其特征在于，稠化剂包括丙烯酰胺、抗盐功能单体和温敏功能单体自由基；丙烯酰胺、抗盐功能单体、温敏功能单体的摩尔比为1：( 0 .01～0 .08)：(0 .05～0 .15)。该发明通过溶液共聚的方式，在丙烯酰胺分子链上引入温敏单元和抗盐单元，赋予共聚物优异的耐高温性和抗盐性同时具有良好的溶解性、粘弹性、携砂性。但是该发明并没有实际上解决压裂液稠化剂在高温下交联键断裂的问题，导致压裂液稠化剂稳定性不佳。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足而提供一种酸液稠化剂及其制备方法与应用。本发明具有合成简单、表观粘度高、耐剪切能力强、耐盐耐硬度效果好、减阻效果好的优点。
本发明第一个目的公开了一种酸液稠化剂，所述的酸液稠化剂的分子结构式如下：
其中：
a=20000-200000；
b=4000-80000；
c=2000-40000；
d=10000-200000。
优选地，所述酸液稠化剂的粘均分子量为10000000-20000000。
本发明另一个目的公开了上述酸液稠化剂的合成方法，具体步骤如下：
（1）在第一反应器中加入丁烯二醇、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、(2-丙烯酰氨基乙基)膦酸、磷酸二氢钾、去离子水，搅拌均匀，用氢氧化钠溶液调节pH7-8；
（2）用氮气吹扫第二反应器及管路，在反应器中依次加入(3-丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷、去离子水、羟丙基甲基纤维素、OP-10、磷酸二氢钾，1000-1200rpm速度高速搅拌，用氢氧化钠溶液调节pH7-8；
（3）高位滴加槽加入引发剂，滴加到第二反应器中，800-1000rpm速度搅拌，当粘度开始上升时，快速将第一反应器的混合液体加入，200-300rpm速度搅拌0.5-1小时，之后升温到55-60℃，保温反应2-4小时，得到粘稠液体；
（4）将上述粘稠液体烘干造粒，得到产品酸液稠化剂。
在本发明中，优选地，基于1摩尔份的丁烯二醇，所述的4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、(2-丙烯酰氨基乙基)膦酸、(3-丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷分别为0.2-0.4摩尔份、0.1-0.2摩尔份、0.5-1摩尔份。
在本发明中，优选地，步骤（1）中，所述的磷酸二氢钾、去离子水与丁烯二醇的重量比为0.05-0.1：2-3：1。
在本发明中，优选地，步骤（2）中，所述的去离子水、羟丙基甲基纤维素、OP-10、磷酸二氢钾与丁烯二醇的重量比为4-6：0.1-0.2：0.05-0.1：0.05-0.1：1。
在本发明中，优选地，步骤（3）中，所述的引发剂为过硫酸盐与亚硫酸氢钠的混合溶液，其中过硫酸盐的浓度为10-12wt%，亚硫酸氢钠的浓度为3-5wt%，引发剂与丁烯二醇的重量比为0.3-0.5：1。
优选情况下，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种。
本发明所述的酸液稠化剂的合成反应方程式如下：
本发明第三个目的公开了上述稠化剂在压裂液用中的应用。
本发明的酸液稠化剂是四元高分子聚合物。聚合的单体有丁烯二醇、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、(2-丙烯酰氨基乙基)膦酸、(3-丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷。分子中含有氨基和羟基，可以与硼、锆、钛等各类交联剂发生交联，从而形成二维和三维结构，大幅度提高其粘度；分子中含有硅烷、硅氧烷亲油基团，分子中含有磺酸基亲水基团，可以降低表界面张力，降低压裂液运移过程中的摩擦阻力；分子中含有苯环结构，可以增加耐剪切能力；分子中含有膦酸基可以增加抗硬度能力；羟丙基甲基纤维素在聚合过程中起到分散剂的作用，可以提高本发明的聚合效果，同时含有的羟基也能加强交联效果。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：
（1）本发明的酸液稠化剂具有较高的表观粘度，用去离子水配置成2000mg/L浓度的溶液，表观粘度达到124mPa•s及以上；
（2）本发明的酸液稠化剂具有较好的耐剪切能力，在170s-1的条件下，连续剪切120min后，粘度保持率大于88%；
（3）本发明的酸液稠化剂具有较好的耐盐耐硬度性能，用含盐50000mg/L、含硬度10000mg/L的模拟地层水配置2000mg/L的浓度，表观粘度达到100mPa•s及以上；
（4）本发明的酸液稠化剂具有较好的减阻效应，减阻率大于88%。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明：
实施例1
（1）在第一反应器中加入0.2mol丁烯二醇、0.04mol 4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、0.04mol (2-丙烯酰氨基乙基)膦酸、0.88g磷酸二氢钾、35.2g去离子水，搅拌均匀，用氢氧化钠溶液调节pH7-8；
（2）用氮气吹扫第二反应器及管路，在反应器中依次加入0.2mol (3-丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷、105.6g去离子水、3.52g羟丙基甲基纤维素、1.76g OP-10、1.76g磷酸二氢钾，1000rpm高速搅拌，用氢氧化钠溶液调节pH7-8；
（3）高位滴加槽加入8.8g引发剂，引发剂含有10wt%的过硫酸钾和3wt%的亚硫酸氢钠，滴加到第二反应器中，1000rpm高速搅拌，当粘度开始上升时，快速将第一反应器的混合液体加入，220rpm低速搅拌1小时，之后升温到55℃，保温反应4小时，得到粘稠液体；
（4）将上述粘稠液体烘干造粒，得到酸液稠化剂产品。
实施例2
（1）在第一反应器中加入0.2mol丁烯二醇、0.05mol 4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、0.038mol (2-丙烯酰氨基乙基)膦酸、0.98g磷酸二氢钾、37.8g去离子水，搅拌均匀，用氢氧化钠溶液调节pH7-8；
（2）用氮气吹扫第二反应器及管路，在反应器中依次加入0.18mol (3-丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷、98.7g去离子水、3.18g羟丙基甲基纤维素、1.56g OP-10、1.33g磷酸二氢钾，1200rpm高速搅拌，用氢氧化钠溶液调节pH7-8；
（3）高位滴加槽加入8.1g引发剂，引发剂含有10wt%的过硫酸钾和4wt%的亚硫酸氢钠，滴加到第二反应器中，800rpm高速搅拌，当粘度开始上升时，快速将第一反应器的混合液体加入，230rpm低速搅拌0.6小时，之后升温到58℃，保温反应3小时，得到粘稠液体；
（4）将上述粘稠液体烘干造粒，得到酸液稠化剂产品。
实施例3
（1）在第一反应器中加入0.2mol丁烯二醇、0.06mol 4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、0.035mol (2-丙烯酰氨基乙基)膦酸、1.08g磷酸二氢钾、45.2g去离子水，搅拌均匀，用氢氧化钠溶液调节pH7-8；
（2）用氮气吹扫第二反应器及管路，在反应器中依次加入0.16mol (3-丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷、95.6g去离子水、2.63g羟丙基甲基纤维素、1.48g OP-10、1.46g磷酸二氢钾，1100rpm高速搅拌，用氢氧化钠溶液调节pH7-8；
（3）高位滴加槽加入7.3g引发剂，引发剂含有11wt%的过硫酸钠和4wt%的亚硫酸氢钠，滴加到第二反应器中，900rpm高速搅拌，当粘度开始上升时，快速将第一反应器的混合液体加入，250rpm低速搅拌1小时，之后升温到60℃，保温反应2小时，得到粘稠液体；
（4）将上述粘稠液体烘干造粒，得到酸液稠化剂产品。
实施例4
（1）在第一反应器中加入0.2mol丁烯二醇、0.07mol 4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、0.03mol (2-丙烯酰氨基乙基)膦酸、1.43g磷酸二氢钾、49.8g去离子水，搅拌均匀，用氢氧化钠溶液调节pH7-8；
（2）用氮气吹扫第二反应器及管路，在反应器中依次加入0.14mol (3-丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷、88.3g去离子水、2.12g羟丙基甲基纤维素、1.3g OP-10、1.1g磷酸二氢钾，1000rpm高速搅拌，用氢氧化钠溶液调节pH7-8；
（3）高位滴加槽加入6.6g引发剂，引发剂含有11wt%的过硫酸钠和5wt%的亚硫酸氢钠，滴加到第二反应器中，800rpm高速搅拌，当粘度开始上升时，快速将第一反应器的混合液体加入，300rpm低速搅拌1小时，之后升温到58℃，保温反应4小时，得到粘稠液体；
（4）将上述粘稠液体烘干造粒，得到酸液稠化剂产品。
实施例5
（1）在第一反应器中加入0.2mol丁烯二醇、0.08mol 4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、0.025mol (2-丙烯酰氨基乙基)膦酸、1.76g磷酸二氢钾、52.8g去离子水，搅拌均匀，用氢氧化钠溶液调节pH7-8；
（2）用氮气吹扫第二反应器及管路，在反应器中依次加入0.12mol (3-丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷、74g去离子水、1.98g羟丙基甲基纤维素、1.01g OP-10、0.88g磷酸二氢钾，1200rpm高速搅拌，用氢氧化钠溶液调节pH7-8；
（3）高位滴加槽加入5.98g引发剂，引发剂含有12wt%的过硫酸铵和5wt%的亚硫酸氢钠，滴加到第二反应器中，900rpm高速搅拌，当粘度开始上升时，快速将第一反应器的混合液体加入，300rpm低速搅拌0.5小时，之后升温到57℃，保温反应3.5小时，得到粘稠液体；
（4）将上述粘稠液体烘干造粒，得到酸液稠化剂产品。
实施例6
（1）在第一反应器中加入0.2mol丁烯二醇、0.08mol 4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、0.02mol (2-丙烯酰氨基乙基)膦酸、1.48g磷酸二氢钾、50g去离子水，搅拌均匀，用氢氧化钠溶液调节pH7-8；
（2）用氮气吹扫第二反应器及管路，在反应器中依次加入0.1mol (3-丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷、70.4g去离子水、1.76g羟丙基甲基纤维素、0.88g OP-10、1.23g磷酸二氢钾，1100rpm高速搅拌，用氢氧化钠溶液调节pH7-8；
（3）高位滴加槽加入5.28g引发剂，引发剂含有12wt%的过硫酸铵和4wt%的亚硫酸氢钠，滴加到第二反应器中，800rpm高速搅拌，当粘度开始上升时，快速将第一反应器的混合液体加入，200rpm低速搅拌1小时，之后升温到60℃，保温反应4小时，得到粘稠液体；
（4）将上述粘稠液体烘干造粒，得到酸液稠化剂产品。
实施例7 表观粘度的测试
将本发明的酸液稠化剂用去离子水配置成2000mg/L浓度的溶液，在60℃、170s-1的条件下，用DV-III布氏粘度测试表观粘度μ0。
用郑州德融科技有限公司压裂稠化剂Z-2做对比样品。测试结果见表1。
从表1可以看出：本发明的酸液稠化剂具有较高的表观粘度，用去离子水配置成2000mg/L浓度的溶液，表观粘度达到124mPa•s及以上，最高达到132mPa•s；而对比例郑州德融科技有限公司压裂稠化剂Z-2的表观粘度为59mPa•s，明显低于本发明。
实施例8 耐剪切能力测试
将实施例7的溶液在60℃、170s-1的条件下，连续剪切120min后，测试表观粘度μ1。
耐剪切能力记作η1，
η1=μ1/μ0 × 100%
用郑州德融科技有限公司压裂稠化剂Z-2做对比样品。测试结果见表1。
从表1可以看出：本发明的酸液稠化剂具有较好的耐剪切能力，在170s-1的条件下，连续剪切120min后，粘度保持率大于88%，最高达到90.8%（实施例6）；而对比例郑州德融科技有限公司压裂稠化剂Z-2的粘度保持率为56%，明显低于本发明。
实施例9 耐盐耐硬度性能测试
配置模拟水：在水中加入氯化钠和氯化钙，配置成含盐50000mg/L，含硬度10000mg/L的模拟地层水。
将本发明酸液稠化剂用上述模拟水配置成2000mg/L浓度的溶液，在60℃、170s-1的条件下，用DV-III布氏粘度测试表观粘度μ2。
用郑州德融科技有限公司压裂稠化剂Z-2做对比样品。测试结果见表1。
从表1可以看出：本发明的酸液稠化剂具有较好的耐盐耐硬度性能，用含盐50000mg/L、含硬度10000mg/L的模拟地层水配置2000mg/L的浓度，表观粘度达到100mPa•s及以上，最高达到106mPa•s（实施例5）；而对比例郑州德融科技有限公司压裂稠化剂Z-2的粘度为38mPa•s，明显低于本发明。
实施例10 降阻率测试
将实施例7的溶液加入硼砂溶液（折合硼砂浓度为0.05%），参考SY/T 6376-2008《压裂液通用技术条件》中的方法测试降阻率η2。
用郑州德融科技有限公司压裂稠化剂Z-2做对比样品。测试结果见表1。
表1 表观粘度、耐剪切能力、耐盐耐硬度、降阻率测试结果
本发明的酸液稠化剂具有较好的减阻效应，减阻率大于88%，最高达到90%；而对比例郑州德融科技有限公司压裂稠化剂Z-2的减阻率为77.9%，明显低于本发明。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (8)
1.一种酸液稠化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体步骤如下：
（1）在第一反应器中加入丁烯二醇、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、(2-丙烯酰氨基乙基)膦酸、磷酸二氢钾、去离子水，搅拌均匀，用氢氧化钠溶液调节pH7-8；
（2）用氮气吹扫第二反应器及管路，在反应器中依次加入(3-丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷、去离子水、羟丙基甲基纤维素、OP-10、磷酸二氢钾，1000-1200rpm速度高速搅拌，用氢氧化钠溶液调节pH7-8；
（3）高位滴加槽加入引发剂，滴加到第二反应器中，800-1000rpm速度搅拌，当粘度开始上升时，快速将第一反应器的混合液体加入，200-300rpm速度搅拌0.5-1小时，之后升温到55-60℃，保温反应2-4小时，得到粘稠液体；
（4）将上述粘稠液体烘干造粒，得到产品酸液稠化剂；
基于1摩尔份的丁烯二醇，所述的4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、(2-丙烯酰氨基乙基)膦酸、(3-丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷分别为0.2-0.4摩尔份、0.1-0.2摩尔份、0.5-1摩尔份；
所述的酸液稠化剂的分子结构式如下：
，
其中：
a=20000-200000；
b=4000-80000；
c=2000-40000；
d=10000-200000。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的磷酸二氢钾、去离子水与丁烯二醇的重量比为0.05-0.1：2-3：1。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的去离子水、羟丙基甲基纤维素、OP-10、磷酸二氢钾与丁烯二醇的重量比为4-6：0.1-0.2：0.05-0.1：0.05-0.1：1。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的引发剂为过硫酸盐与亚硫酸氢钠的混合溶液，其中过硫酸盐的浓度为10-12wt%，亚硫酸氢钠的浓度为3-5wt%，引发剂与丁烯二醇的重量比为0.3-0.5：1。
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种。
6.根据权利要求1-5任一项所述制备方法制备得到的酸液稠化剂，其特征在于，所述的酸液稠化剂的分子结构式如下：
，
其中：
a=20000-200000；
b=4000-80000；
c=2000-40000；
d=10000-200000。
7.根据权利要求6所述酸液稠化剂，其特征在于，所述酸液稠化剂的粘均分子量为10000000-20000000。
8.根据权利要求6或7所述酸液稠化剂在压裂液用中的应用。
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| GR01 | Patent grant | ||
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