一種油井壓裂用線性膠增稠劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于油氣田壓裂技術領域，具體涉及一種油井壓裂用線性膠增稠劑。本發(fā) 明還涉及這種增稠劑的制備方法。
【背景技術】
[0002] 壓裂技術可以改善儲層與井眼之間流體的聯(lián)通性，增加地層導流能力，因而是一 種重要的油氣井增產措施。壓裂液是為了獲得高產而借用液體傳導力壓力措施所用的液 體，是壓裂工藝技術的一個重要組成部分，主要功能是造縫并沿張開的裂縫輸送支撐劑，其 性能直接影響了填砂裂縫的導流能力。壓裂液主要分為水基壓裂液、油基壓裂液、醇基壓裂 液與泡沫壓裂液等。其中，水基壓裂液因具有成本低與性能好等優(yōu)點，從20世紀70年代發(fā) 展至今，在國內外被廣泛應用。
[0003] 增稠劑是壓裂液中主要的化學成分，增稠劑的性能直接影響壓裂液的性能。水基 壓裂液的增稠劑是一些可以通過水化作用和交聯(lián)作用成粘彈態(tài)的植物膠，目前應用最多的 是瓜膠類及其改性體羥丙基瓜膠。以瓜膠類及其改性體羥丙基瓜膠作為稠化劑的水基壓裂 液在廣泛應用的同時，也暴露出了一些致命的缺點。
[0004] 這些缺點主要表現(xiàn)在：首先，這些壓裂液在壓裂破膠后，不能全部返排，壓裂液殘 渣滯留在儲層中，造成地層損害，嚴重時使壓裂效果趨于無效。對返排液的分析表明，壓裂 后至多有30%~45%瓜膠基線性膠可返排出來，其余留在壓開的裂縫中，對支撐劑的導流 能力產生嚴重損害。其次是現(xiàn)場操作技術繁瑣，需對注入水進行水質檢測，注入水中細菌、 鐵離子、磷酸鹽、PH值、硬度、懸浮物等會影響植物膠形成基液的粘度。再次，國內對瓜膠的 需求主要依賴于進口，瓜膠的價格受國際市場的波動很大，從而使壓裂液成本增加。
[0005] 為了改善這類植物膠壓裂液的不足，近年來，合成水溶性聚合物壓裂液已成為國 內外研究的熱門方向。與天然聚合物相比，這些合成聚合物具有增稠能力強，破膠性能好、 殘渣少等特點。合成聚合物稠化劑主要是聚丙烯酰胺類，聚丙烯酰胺通過與有機鈦鋯等金 屬交聯(lián)劑反應可形成水基凍膠壓裂液，但這類傳統(tǒng)的合成聚合物壓裂液的缺點是溫度和剪 切穩(wěn)定性差。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明針對已有增稠劑的上述缺陷，提供了一種油井壓裂用線性膠增稠劑。該增 稠劑克服了植物膠增稠劑的諸多技術缺陷，易于破膠無殘渣，對地層傷害小；同時，耐溫和 剪切穩(wěn)定性性能好，適用于中低溫和中高溫油井壓裂。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明采取下述技術方案。
[0008] -種油井壓裂用線性膠增稠劑，其可通過下述方法獲得：由聚合單體丙烯酰胺、 衣康酸、吡咯烷酮組成，丙烯酰胺、衣康酸、吡咯烷酮的投料質量比為（10~15) : (5~ 8) : (4~6);將丙烯酰胺、衣康酸用水溶解完全后，再加入吡咯烷酮并使其完全溶解，滴加 引發(fā)劑引發(fā)單體聚合，聚合溫度為30~50°C，聚合時間為2~48h，形成膠狀溶液，聚合產 物分離，再經切塊、烘干、粉碎、過篩，得到的白色粉末狀物質即為所述的增稠劑。
[0009] 本發(fā)明所述增稠劑包含三種聚合單體，分別為丙烯酰胺、衣康酸和吡咯烷酮，通過 添加引發(fā)劑引發(fā)聚合單體的聚合。需要說明的是，這種增稠劑還經過物理方法制備成白色 粉末狀。其中，聚合單體衣康酸富含羧基，提供能與壓裂液交聯(lián)劑交聯(lián)的-coo-官能團。聚 合單體吡咯烷酮的加入，能夠使壓裂液耐溫耐剪切和耐鹽性能提高，同時可使壓裂液破膠 均勻。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，作為優(yōu)選，所述引發(fā)劑為過硫酸鉀和亞硫酸鈉的混 合物，混合物中過硫酸鉀和亞硫酸鈉的質量比為1:1. 5。引發(fā)劑的用量為聚合單體總質量 的0.05%~0. 2%，在此范圍內添加引發(fā)劑，可以充分有效地引發(fā)三種聚合單體的聚合，又 避免了引發(fā)劑的過量使用。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，作為優(yōu)選，三種聚合單體丙烯酰胺、衣康酸、吡咯烷 酮的投料質量比為10:6:5。按此比例投料，可以更好的實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0012] 進一步地，本發(fā)明還優(yōu)選了聚合溫度和聚合時間，作為一個優(yōu)選的實施方式，聚合 溫度為40°C，聚合時間為10h。
[0013] 本發(fā)明還給出了所述增稠劑的制備方法，包括下述順序的步驟：
[0014] (a)將丙烯酰胺和衣康酸加入到四口燒瓶中，然后加入去離子水，攪拌使其充分溶 解，待溶解完全之后再加入吡咯烷酮，繼續(xù)攪拌溶解；丙烯酰胺、衣康酸、吡咯烷酮的投料質 量比為（10~15) : (5~8) : (4~6);
[0015] (b)將四口燒瓶中的液體混合物料邊攪拌邊加熱至30~50°C，然后滴加引發(fā)劑進 行聚合反應2~48h;所述引發(fā)劑為過硫酸鉀和亞硫酸鈉的混合物，過硫酸鉀和亞硫酸鈉的 質量比為1:1.5;
[0016] (c)對步驟（b)的聚合產物進行分離處理；
[0017] (d)將步驟（C)的產物切塊、烘干、粉碎、過篩，獲得白色粉末狀的增稠劑。
[0018] 與現(xiàn)有增稠劑相比，本發(fā)明的有益效果或優(yōu)點主要體現(xiàn)在：
[0019] 1、本發(fā)明提供的增稠劑，其由丙烯酰胺、衣康酸、吡咯烷酮在引發(fā)劑（過硫酸鉀和 亞硫酸鈉的混合物）的作用下，經聚合反應制備而成，制備工藝簡單，便于操作。這種增稠 劑增稠效果明顯，能較好滿足現(xiàn)場壓裂液配制需求。
[0020] 2、增稠劑組分之一的聚合單體吡咯烷酮，能夠提高壓裂液耐溫耐剪切和耐鹽性 能，同時可使壓裂液破膠均勻。經試驗測定表明，壓裂液破膠后破膠液殘渣遠小于常規(guī)羥丙 基瓜爾膠壓裂液破膠液殘渣含量，體現(xiàn)了線性膠壓裂液低殘渣特點；還有，線性膠壓裂液在 60°C、3. 5MPa，170s1條件下剪切90min后，粘度仍保持在IOOmPa.s以上，體現(xiàn)了良好的耐 溫耐剪切性能，適用于中低溫和中高溫油井壓裂。
[0021] 3、本發(fā)明增稠劑與非金屬交聯(lián)劑形成凍膠，在交聯(lián)比為100:0. 4~0. 8范圍內交 聯(lián)較好，凍膠挑掛性好，凍膠耐溫性能可以達到130 °C。
[0022] 以下將結合實施例對本發(fā)明做進一步詳細闡述。
【附圖說明】
[0023] 圖1是含有實施例2所述增稠劑的線性膠壓裂液的耐溫耐剪切性能曲線。
【具體實施方式】
[0024] 實施例1
[0025] 將反應物10重量份的丙烯酰胺和5重量份的衣康酸加入到四口燒瓶中，然后加入 去離子水，攪拌使其充分溶解，待溶解完全之后再加入4重量份的的吡咯烷酮繼續(xù)攪拌溶 解，并將反應混合物液體邊攪拌邊加熱到30°C，然后加入引發(fā)劑進行聚合反應。引發(fā)劑為過 硫酸鉀和亞硫酸鈉的復配物，引發(fā)劑用量占聚合單體總量的0. 1%，其中過硫酸鉀：亞硫酸 鈉=1:1. 5 (質量比）。聚合溫度為30°C，聚合時間為8h，在聚合反應結束后對初產物進行 旋蒸濃縮，再經切塊、烘干、粉碎、過篩，得到白色粉末狀增稠劑。
[0026] 實施例2
[0027] 將反應物10重量份的丙烯酰胺和6重量份的衣康酸加入到四口燒瓶中，然后加入 去離子水，攪拌使其充分溶解，待溶解完全之后再加入5重量份的的吡咯烷酮繼續(xù)攪拌溶 解，并將反應混合物液體邊攪拌邊加熱到40°C，然后加入引發(fā)劑進行聚合反應。引發(fā)劑為過 硫酸鉀和亞硫酸鈉的復配物，引發(fā)劑用量占聚合單體總量的0.08%，其中過硫酸鉀：亞硫 酸鈉=1:1.5 (質量比）。聚合溫度為40°C，聚合時間為10h，在聚合反應結束后對初產物進 行旋蒸濃縮，再經切塊、烘干、粉碎、過篩，得到白色粉末狀增稠劑。
[0028] 實施例3
[0029] 將反應物14重量份的丙烯酰胺和8重量份的衣康酸加入到四口燒瓶中，然后加入 去離子水，攪拌使其充分溶解，待溶解完全之后再加入6重量份的的吡咯烷酮繼續(xù)攪拌溶 解，并將反應混合物液體邊攪拌邊加熱到45°C，然后加入引發(fā)劑進行聚合反應。引發(fā)劑為過 硫酸鉀和亞硫酸鈉的復配物，引發(fā)劑用量占聚合單體總量的0. 12%，其中過硫酸鉀：亞硫 酸鈉=1:1.5 (質量比）。聚合溫度為45°C，聚合時間為6h，在聚合反應結束后對初產物進 行旋蒸濃縮，再經切塊、烘干、粉碎、過篩，得到白色粉末狀增稠劑。
[0030] 實施例4
[0031] 將反應物15重量份的丙烯酰胺和8重量份的衣康酸加入到四口燒瓶中，然后加入 去離子水，攪拌使其充分溶解，待溶解完全之后再加入6重量份的的吡咯烷酮繼續(xù)攪拌溶 解，并將反應混合物液體邊攪拌邊加熱到50°C，然后加入引發(fā)劑進行聚合反應。引發(fā)劑為過 硫酸鉀和亞硫酸鈉的復配物，引發(fā)劑用量占聚合單體總量的0. 16%，其中過硫酸鉀：亞硫 酸鈉=1:1.5 (質量比）。聚合溫度為50°C，聚合時間為4h，在聚合反應結束后對初產物進 行旋蒸濃縮，再經切塊、烘干、粉碎、過篩，得到白色粉末狀增稠劑。