一种压裂用耐高温降阻聚合物及其制备方法、应用方法

摘要

本发明公开了一种压裂用耐高温降阻聚合物及其制备方法、应用方法，原料配比按重量份计为：聚合单体水溶液600‑900份、耐温单体120‑180份，接枝剂40‑60份、增溶表活剂20‑40份，水解剂15‑25份；所述聚合单体为丙烯酰胺何丙烯酸盐按照质量比3‑5:1配置而成。原料还包括低温引发剂和高温引发剂；所述低温引发剂用量为聚合单体质量的1‑2‰；所述高温引发剂用量为聚合单体质量的0.04‑0.06%。发明能够使深层段压裂顺利进行，提高施工效率，增加产量；既能增强瓜尔胶压裂体系粘度，也可以用于页岩气体系压裂。

权利要求

1.一种压裂用耐高温降阻聚合物的制备方法，其特征在于，原料配比按重量份计为：聚合单体水溶液600-900份,耐温单体120-180份，接枝剂40-60份、增溶表活剂20-40份，水解剂15-25份；其中所述聚合单体水溶液浓度为15-25%，所述聚合单体为丙烯酰胺和丙烯酸盐按照质量比3-5:1配置而成；所述耐温单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，所述接枝剂为羟甲基磺酸钠或α-羟基磺酸盐，所述增溶表活剂为吐温20，所述水解剂为氢氧化钠；所述原料还包括低温引发剂和高温引发剂；所述低温引发剂为过硫酸钾与亚硫酸氢钠按照质量比为

1-2：1配置而成，所述低温引发剂用量为聚合单体质量的1-2‰；所述高温引发剂为偶氮二异丁腈，所述高温引发剂用量为聚合单体质量的0.04-0.06%；

制备方法包括如下步骤：

（1）将所述聚合单体水溶液、耐温单体、接枝剂以及增溶表活剂混合均匀形成聚合反应体系；

（2）将所述聚合反应体系控温至8-14℃，充氮气除氧；

（3）向所述聚合反应体系中加入所述低温引发剂聚合200-300分钟后，体系由溶液变成固体胶板，造粒；

（4）将（3）所造胶板颗粒输送到水解器，加入水解剂，加热温度 80℃，开始水解并同时加入高温引发剂，恒温6小时水解并二次引发；

（5）将水解后的胶体二次造粒烘干，烘干后颗粒成为成品。

2.根据权利要求1所述的压裂用耐高温降阻聚合物的制备方法，其特征在于，所述原料配比按重量份计为：聚合单体水溶液750份、耐温单体150份，接枝剂50份、增溶表活剂30份，水解剂20份。

3.根据权利要求1所述的压裂用耐高温降阻聚合物的制备方法，其特征在于，所述聚合单体水溶液浓度为21%，所述聚合单体为丙烯酰胺和丙烯酸盐按照质量比4:1配置而成；所述丙烯酸盐为丙烯酸纳。

4.根据权利要求1所述的压裂用耐高温降阻聚合物的制备方法，其特征在于，所述低温引发剂为过硫酸钾与亚硫酸氢钠按照质量比为1.5：1配置而成，所述低温引发剂用量为聚合单体质量的1.5‰；所述高温引发剂用量为聚合单体质量的0.05%。

5.根据权利要求1所述的压裂用耐高温降阻聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中将所述聚合反应体系控温至10℃，充氮气除氧30分钟。

6.根据权利要求1所述的压裂用耐高温降阻聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中加入所述低温引发剂聚合240分钟。

7.权利要求1-6任一所述制备方法得到的耐高温降阻聚合物的应用方法，其特征在于，在减阻水体系中，加入体系总量0.08%的耐高温降阻聚合物。

8.根据权利要求7所述耐高温降阻聚合物的应用方法，其特征在于，所述减阻水体系中还加入0.2%增效剂、0.2%防膨剂以及0.02%消泡剂。

说明书

一种压裂用耐高温降阻聚合物及其制备方法、应用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及油气开发领域，具体涉及一种适用于油田压裂作业中深井层段压裂减阻水体系涉及的材料及其配制方法。

背景技术

[0002] 在压裂作业施工过程中，泵排量受到压力限制，管线压力来自于压裂作业流体的阻力以及流体与管线的摩擦力，因此需要减少摩擦，改善液体混乱的流体方式；尤其是针对深层段压裂的流程长、阻力大以及底层温度高的三大难点，需要设计合适的压裂减阻材料来使压裂作业能达到设计所要求的既定流速 能够使深层段压裂顺利进行，提高施工效率，增加产量。

发明内容

[0003] 本发明的目的就是针对现在压裂作业特别是气井深层段压裂作业中压裂阻力大、泵压高、流量小、压裂液耐热性差的现状，提供一种压裂用耐高温降阻聚合物及其制备方法、应用方法，其能够使深层段压裂顺利进行，提高施工效率，增加产量。

[0004] 本发明之一是提供一种压裂用耐高温降阻聚合物，原料配比按重量份计为：聚合单体水溶液600-900份、耐温单体120-180份，接枝剂40-60份、增溶表活剂20-40份，水解剂15-25份；其中所述聚合单体水溶液浓度为15-25%，所述聚合单体为丙烯酰胺何丙烯酸盐按照质量比3-5:1配置而成；所述耐温单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，所述接枝剂为羟甲基磺酸钠或α-羟基磺酸盐，所述增溶表活剂为吐温20，所述水解剂为氢氧化钠固体颗粒；所述原料还包括低温引发剂和高温引发剂；所述低温引发剂为过硫酸钾与亚硫酸氢钠按照质量比为1-2：1配置而成，所述低温引发剂用量为聚合单体质量的1-2‰；所述高温引发剂为偶氮二异丁腈，所述高温引发剂用量为聚合单体质量的0.04-0.06%。

[0005] 进一步优选的，所述原料配比按重量份计为：聚合单体水溶液750份、耐温单体150份，接枝剂50份、增溶表活剂30份，水解剂20份。

[0006] 进一步优选的，所述聚合单体水溶液浓度为21%，所述聚合单体为丙烯酰胺和丙烯酸盐按照质量比4:1配置而成；所述丙烯酸盐为丙烯酸纳。

[0007] 进一步优选的，，所述低温引发剂为过硫酸钾与亚硫酸氢钠按照质量比为1.5：1配置而成，所述低温引发剂用量为聚合单体质量的1.5‰；所述高温引发剂用量为聚合单体质量的0.05%。

[0008] 本发明之一是提供上述压裂用耐高温降阻聚合物的制备方法，包括如下步骤：

[0009] （1）将所述聚合单体水溶液、耐温单体、接枝剂以及增溶表活剂混合均匀形成聚合反应体系；

[0010] （2）将所述聚合反应体系控温至8-14℃，充氮气除氧；

[0011] （3）向所述聚合反应体系中加入所述低温引发剂聚合200-300分钟后，体系由溶液变成固体胶板，造粒；

[0012] （4）将（3）所造胶板颗粒输送到水解器，加入水解剂，加热温度 80℃，开始水解并同时加入高温引发剂，恒温6小时水解并二次引发；

[0013] （5）将水解后的胶体二次造粒烘干，烘干后颗粒成为成品。

[0014] 进一步优选的，所述步骤（2）中将所述聚合反应体系控温至10℃，充氮气除氧30分钟。

[0015] 进一步优选的，所述步骤（3）中加入所述低温引发剂聚合240分钟。

[0016] 进一步优选的，所述步骤（4）中加热至 85℃，恒温8小时水解并二次引发。

[0017] 本发明之三是提供一种耐高温降阻聚合物的应用方法，在减阻水体系中，加入体系总量0.08%的耐高温降阻聚合物。

[0018] 进一步优选的，所述减阻水体系中还加入0.2%增效剂、0.2%防膨剂以及0.02%消泡剂。

[0019] 本发明所公开的压裂用耐高温降阻聚合物以及配制方法，其采用多种单体聚合，通过控制反应速率实现在多种引发体系多次引发的工艺过程；其中丙烯酰胺与丙烯酸盐可提供两个吸水基团，加速聚合物溶解，耐温单体提供的磺基团可提高聚合物的耐温性能，接枝剂在聚合物链断裂时起到修复作用，增溶表活剂可进一步改善溶解性能以及增加减租效果。本发明能将体系的减阻率降到70%以上，其能够使深层段压裂顺利进行，提高施工效率，增加产量；既能增强瓜尔胶压裂体系粘度，也可以用于页岩气体系压裂。

附图说明

[0020] 图1是本发明中压裂用耐高温降阻聚合物的制备工艺流程图。

具体实施方式

[0021] 实施例1

[0022] 一种压裂用耐高温降阻聚合物，原料配比按重量份计为：聚合单体水溶液750份、耐温单体150份，接枝剂50份、增溶表活剂30份，水解剂20份；聚合单体水溶液浓度为21%，聚合单体为丙烯酰胺和丙烯酸盐按照质量比4:1配置而成，丙烯酸盐为丙烯酸纳；耐温单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）；接枝剂为羟甲基磺酸钠；增溶表活剂为吐温20；水解剂为氢氧化钠。原料还包括低温引发剂和高温引发剂；低温引发剂为过硫酸钾与亚硫酸氢钠按照质量比为1.5：1配置而成，低温引发剂用量为聚合单体质量的1.5‰；高温引发剂为偶氮二异丁腈，高温引发剂用量为聚合单体质量的0.05%。。

[0023] 压裂用耐高温降阻聚合物制备方法如下：

[0024] （1）、聚合单体经罐车运输进厂，经化验室检测合格后卸车，泵至单体储罐进行储存，然后输送到配液工段配液至要求浓度既单体总浓度21%，丙烯酰胺与丙烯酸盐配比为4:1，单体总质量占体系总量750份。

[0025] （2）、加入耐温单体150份，接枝剂50份、增溶表活剂30份均匀搅拌，并打入聚合釜。

[0026] （3）、聚合釜内控制温度为10摄氏度，冲氮除氧半小时后加入低温引发剂，低温剂量为聚合单体质量的千分之一点五，低温引发剂中过硫酸钾与亚硫酸氢钠配比为1.5：1。

[0027] （4）低温引发后保温4小时；然后胶板经造粒机造粒后进入水解器，加入水解剂氢氧化钠20份，同时加入高温引发剂偶氮二异丁腈，加入量为聚合单体总质量的万分之五；然后在85摄氏度保温8小时。

[0028] （5）水解后的聚合物胶板经二次造粒烘干，粉碎后包装成袋，既为成品。

[0029] 实施例2

[0030] 一种压裂用耐高温降阻聚合物，原料配比按重量份计为：聚合单体水溶液600份、耐温单体180份，接枝剂40份、增溶表活剂40份，水解剂15份；聚合单体水溶液浓度为15%，聚合单体为丙烯酰胺和丙烯酸盐按照质量比3:1配置而成，丙烯酸盐为丙烯酸纳；耐温单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）；接枝剂为羟甲基磺酸钠；增溶表活剂为吐温20；水解剂为氢氧化钠。原料还包括低温引发剂和高温引发剂；低温引发剂为过硫酸钾与亚硫酸氢钠按照质量比为1：1配置而成，低温引发剂用量为聚合单体质量的2‰；高温引发剂为偶氮二异丁腈，高温引发剂用量为聚合单体质量的0.06%。

[0031] 压裂用耐高温降阻聚合物制备方法如下：

[0032] （1）、聚合单体经罐车运输进厂，经化验室检测合格后卸车，泵至单体储罐进行储存，然后输送到配液工段配液至要求浓度既单体总浓度15%，丙烯酰胺与丙烯酸盐配比为3:1，单体总质量占体系总量600份。

[0033] （2）、加入耐温单体180份，接枝剂40份、增溶表活剂40份均匀搅拌，并打入聚合釜。

[0034] （3）、聚合釜内控制温度为12摄氏度，冲氮除氧半小时后加入低温引发剂，低温剂量为聚合单体质量的千分之二，低温引发剂中过硫酸钾与亚硫酸氢钠配比为1：1。

[0035] （4）低温引发后保温200分钟；然后胶板经造粒机造粒后进入水解器，加入水解剂氢氧化钠15份，同时加入高温引发剂偶氮二异丁腈，加入量为聚合单体总质量的万分之四；然后在80摄氏度保温10小时。

[0036] （5）水解后的聚合物胶板经二次造粒烘干，粉碎后包装成袋，既为成品。

[0037] 实施例3

[0038] 一种压裂用耐高温降阻聚合物，原料配比按重量份计为：聚合单体水溶液900份、耐温单体120份，接枝剂60份、增溶表活剂20份，水解剂25份；聚合单体水溶液浓度为25%，聚合单体为丙烯酰胺和丙烯酸盐按照质量比5:1配置而成，丙烯酸盐为丙烯酸纳；耐温单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）；接枝剂为羟甲基磺酸钠；增溶表活剂为吐温20；水解剂为氢氧化钠。原料还包括低温引发剂和高温引发剂；低温引发剂为过硫酸钾与亚硫酸氢钠按照质量比为2：1配置而成，低温引发剂用量为聚合单体质量的1‰；高温引发剂为偶氮二异丁腈，高温引发剂用量为聚合单体质量的0.04%。

[0039] 压裂用耐高温降阻聚合物制备方法如下：

[0040] （1）、聚合单体经罐车运输进厂，经化验室检测合格后卸车，泵至单体储罐进行储存，然后输送到配液工段配液至要求浓度既单体总浓度25%，丙烯酰胺与丙烯酸盐配比为5:1，单体总质量占体系总量900份。

[0041] （2）、加入耐温单体120份，接枝剂60份、增溶表活剂20份均匀搅拌，并打入聚合釜。

[0042] （3）、聚合釜内控制温度为14摄氏度，冲氮除氧半小时后加入低温引发剂，低温剂量为聚合单体质量的千分之二，低温引发剂中过硫酸钾与亚硫酸氢钠配比为2：1。

[0043] （4）低温引发后保温300分钟；然后胶板经造粒机造粒后进入水解器，加入水解剂氢氧化钠25份，同时加入高温引发剂偶氮二异丁腈，加入量为聚合单体总质量的万分之六；然后在90摄氏度保温6小时。

[0044] （5）水解后的聚合物胶板经二次造粒烘干，粉碎后包装成袋，既为成品。

[0045] 实施例4

[0046] 减阻水性能评价实验

[0047] 在减阻水体系中，按照以下百分比0.08%减阻剂+0.2%增效剂（助排剂）+0.2%防膨剂（黏土稳定剂）+0.02%消泡剂（有机硅消泡剂）配置减阻水，其中减阻剂选择上述实施例1-3制备的压裂用耐高温降阻聚合物；然后对减阻水体系的表面张力、界面张力、防膨性能、密度、pH值、粘度、耐温性能以及减阻率进行测定，平均实验结果如下：

[0048]

[0049] 本发明的压裂用耐高温降阻聚合物加入在减阻水体系中，搅拌5分钟内即可溶解，通过以上实验结果可见，其能将体系的减阻率降到70%以上；其中实施例1制备的压裂用耐高温降阻聚合物技术效果最佳，减阻率比平均值高5%左右。

[0050] 将实施例1-3制备的压裂用耐高温降阻聚合物在江汉油田涪陵地区施工压裂井10余口，包含焦页44-3HF井、焦页89H-2HF井、焦页90-2HF井、焦页92-2HF井等，均是高深水平非常规井，施工过程顺利，减租耐高温性能俱佳，既具有很高的粘度，又能达到70%以上的减阻效果，保障了压裂车组的大排量泵入，施工均圆满成功。

[0051] 以上所述，仅是本发明的典型实施例，本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案对本发明加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。