一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂及其制备方法和应用

1.本发明属于聚合物稠化剂制备技术领域，具体涉及一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.水基压裂液是目前使用最广的压裂液体系，其是由水作为分散剂，稠化剂、交联剂、破胶剂、助排剂、黏土稳定剂、杀菌剂及暂堵剂等助剂溶于水或分散在水中，体系大多是以交联凝胶的方式。稠化剂和交联剂是压裂时最主要的助剂，实际中，地层的高温以及金属离子都会使得压裂液体系粘度降低，而压裂体系中使用的交联剂能使压裂液具有一定的耐温耐盐性，但使用各种交联剂，对地层伤害大，并且使得在注入前刚配置的压裂液粘度过大，造成注入困难。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂及其制备方法和应用，用以解决交联剂在注入前刚配置的压裂液粘度过大，注入困难的技术问题。现阶段需要开发初始配液粘度低，并且有效避免或减少地层不利因素(温度和金属离子)的稠化剂对保持油田的增产具有重要的意义。
4.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
5.本发明公开了一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂，所述离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的结构式如下：
[0006][0007]
其中n＝1～3万。
[0008]
本发明还公开了上述一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0009]
将马来酸酐、引发剂和二甲基甲酰胺混合搅拌均匀并加热，随后加入丙烯酰胺进行反应，得到反应液，将反应液减压蒸馏除去溶剂后，得到一种离子搭桥耐盐聚合物。
[0010]
进一步地，所述加热的温度为70～80℃。
[0011]
进一步地，所述反应的时间为3～5h。
[0012]
进一步地，所述马来酸酐与丙烯酰胺的摩尔比为1:1。
[0013]
进一步地，所述引发剂为偶氮二异丁腈。
[0014]
进一步地，所述引发剂的用量为马来酸酐和丙烯酰胺质量总量的1～3wt％。
[0015]
进一步地，所述二甲基甲酰胺的用量为马来酸酐和丙烯酰胺总量的3～5倍。
[0016]
本发明还公开了上述一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的应用，所述离子搭桥耐盐聚合物稠化剂作为油田压裂过程中的助剂。
[0017]
进一步地，所述离子搭桥耐盐聚合物稠化剂作为油田压裂过程中的助剂的具体使用方法为：将所述离子搭桥耐盐聚合物稠化剂稀释至浓度为0.5～1.0wt％携砂，注入地层，实现油田压裂过程中的络合搭桥交联。
[0018]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0019]
本发明一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂，所述离子搭桥耐盐聚合物稠化剂为产物马来酸酐和聚丙烯酰胺的交替共聚物，具有高的耐温耐盐性能，在油田开采领域具有广阔的应用前景。
[0020]
本发明公开了上述一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的制备方法，通过马来酸酐和丙烯酸在二甲基甲酰胺的体系中进行交替聚合反应，整个反应条件温和，反应控制简单，使用的试剂环保无污染，适合大规模生产，具有广阔的应用前景。
[0021]
本发明还公开了上述一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂作为油田压裂过程中的助剂的应用，由于所述离子搭桥耐盐聚合物稠化剂在使用时，用离子搭桥耐盐聚合物稠化剂溶液携沙，注入地层前，常温配置压裂液，马来酸酐部分水解，分子间的距离劣势造成了分子内缠绕，导致分子卷曲，线团体积减小，粘度降低，注入方便；当注入到底层，地层温度80℃，马来酸酐完全水解，生成大量的临位羧酸，于此同时，地层水质中含有ca
2+
，mg
2+
等二价离子，通过邻位羧基捕捉金属离子，络合搭桥交联，增加分子主链刚性，使得金属离子副作用降低，可明显提高稠化剂的耐温耐盐性能。
附图说明
[0022]
图1为本发明实施例1制备得到的离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的核磁氢谱；
[0023]
图2为本发明实施例1制备得到的离子搭桥耐盐聚合物稠化剂(1.0wt％)随着ca
2+
浓度和温度的的粘度测试结果图。
具体实施方式
[0024]
为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
[0025]
本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
[0026]
本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。
[0027]
本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由
……
组成”和“主要由
……
组成”的意思，例如“a包含a”涵盖了“a包含a和其他”和“a仅包含a”的意思。
[0028]
本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。
[0029]
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
[0030]
下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品，其规格为本领域常规规格。在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“％”都表示重量百分比，“份”都表示重量份，比例都表示重量比。
[0031]
本发明公开的一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂，其合成方程式为：
[0032][0033]
其中，n＝1～3万。
[0034]
上述离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的合成，包括以下步骤：
[0035]
将马来酸酐、引发剂偶氮二异丁腈和二甲基甲酰胺混合，不断搅拌加热至70～80℃，加入丙烯酰胺进行反应3～5h，反应完全后减压蒸馏除去溶剂，得到白色固体，即离子搭桥耐盐聚合物稠化剂。马来酸酐与丙烯酰胺的摩尔比为1:1。引发剂偶氮二异丁腈物质，加入量为马来酸酐和丙烯酰胺质量总和的1～3wt％。二甲基甲酰胺是马来酸酐质量和丙烯酰胺质量总和的3～5倍。将离子搭桥耐盐聚合物稠化剂稀释到0.5～1.0wt％携砂，注入底层后，地层的ca
2+
、mg
2+
等二价离子作用下，实现络合搭桥交联。
[0036]
本发明公开的一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂分解反应原理，如下式所示：
[0037]
[0038]
其中，n＝1～3万，m
2+
为ca
2+
或mg
2+
。
[0039]
具体的，具体的制备步骤为：将98.06g(1mol)马来酸酐、1.69～5.07g的引发剂偶氮二异丁腈(马来酸酐和丙烯酰胺质量总和的1～3wt％)和507.42～845.70g的二甲基甲酰胺(马来酸酐质量和丙烯酰胺质量总和的3～5倍)混合，不断搅拌加热至70～80℃，加入71.08g(1mol)丙烯酰胺进行反应3～5h，反应完全后减压蒸馏除去溶剂，得到白色固体，即离子搭桥耐盐聚合物稠化剂。将离子搭桥耐盐聚合物稠化剂稀释到0.5～1.0wt％携砂，注入底层后，模拟地层的ca
2+
、mg
2+
等二价离子作用下，实现络合搭桥交联。
[0040]
实施例1
[0041]
一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0042]
将98.06g(1mol)马来酸酐、1.69g的引发剂偶氮二异丁腈(马来酸酐和丙烯酰胺质量总和的1wt％)和507.42的二甲基甲酰胺(马来酸酐质量和丙烯酰胺质量总和的3倍)混合，不断搅拌加热至80℃，加入71.08g(1mol)丙烯酰胺进行反应5h，反应完全后减压蒸馏除去溶剂，得到一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂，测得稠化剂分子量为4827255，n＝28540。
[0043]
将所得的离子搭桥耐盐聚合物稠化剂稀释到1.0wt％携砂，注入底层后，模拟地层的ca
2+
、mg
2+
等二价离子作用下，实现络合搭桥交联。
[0044]
实施例2
[0045]
一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0046]
将98.06g(1mol)马来酸酐、2.54g的引发剂偶氮二异丁腈(马来酸酐和丙烯酰胺质量总和的1.5wt％)和507.42的二甲基甲酰胺(马来酸酐质量和丙烯酰胺质量总和的3倍)混合，不断搅拌加热至75℃，加入71.08g(1mol)丙烯酰胺进行反应3h，反应完全后减压蒸馏除去溶剂，得到一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂，测得稠化剂分子量为3589150，n＝21220。
[0047]
将所得的离子搭桥耐盐聚合物稠化剂稀释到0.8wt％携砂，注入底层后，模拟地层的ca
2+
、mg
2+
等二价离子作用下，实现络合搭桥交联。
[0048]
实施例3
[0049]
一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0050]
将98.06g(1mol)马来酸酐、3.38g的引发剂偶氮二异丁腈(马来酸酐和丙烯酰胺质量总和的2wt％)和507.42的二甲基甲酰胺(马来酸酐质量和丙烯酰胺质量总和的3倍)混合，不断搅拌加热至80℃，加入71.08g(1mol)丙烯酰胺进行反应5h，反应完全后减压蒸馏除去溶剂，得到一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂，测得稠化剂分子量为2650423，n＝15670。
[0051]
将所得的离子搭桥耐盐聚合物稠化剂稀释到1.0wt％携砂，注入底层后，模拟地层的ca
2+
、mg
2+
等二价离子作用下，实现络合搭桥交联。
[0052]
实施例4
[0053]
一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0054]
将98.06g(1mol)马来酸酐、5.07g的引发剂偶氮二异丁腈(马来酸酐和丙烯酰胺质量总和的3wt％)和507.42g的二甲基甲酰胺(马来酸酐质量和丙烯酰胺质量总和的3倍)混合，不断搅拌加热至80℃，加入71.08g(1mol)丙烯酰胺进行反应5h，反应完全后减压蒸馏除去溶剂，得到一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂，测得稠化剂分子量为1730471，n＝10231。
[0055]
将所得的离子搭桥耐盐聚合物稠化剂稀释到1.0wt％携砂，注入底层后，模拟地层的ca
2+
、mg
2+
等二价离子作用下，实现络合搭桥交联。
[0056]
实施例5
[0057]
一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0058]
将98.06g(1mol)马来酸酐、5.07g的引发剂偶氮二异丁腈(马来酸酐和丙烯酰胺质量总和的3wt％)和845.70g的二甲基甲酰胺(马来酸酐质量和丙烯酰胺质量总和的3倍)混合，不断搅拌加热至80℃，加入71.08g(1mol)丙烯酰胺进行反应5h，反应完全后减压蒸馏除去溶剂，得到一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂，测得稠化剂分子量为1822652，n＝10776。
[0059]
将所得的离子搭桥耐盐聚合物稠化剂稀释到0.5wt％携砂，注入底层后，模拟地层的ca
2+
、mg
2+
等二价离子作用下，实现络合搭桥交联。
[0060]
实施例6
[0061]
一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0062]
将98.06g(1mol)马来酸酐、5.07g的引发剂偶氮二异丁腈(马来酸酐和丙烯酰胺质量总和的3wt％)和845.70g的二甲基甲酰胺(马来酸酐质量和丙烯酰胺质量总和的4倍)混合，不断搅拌加热至75℃，加入71.08g(1mol)丙烯酰胺进行反应4h，反应完全后减压蒸馏除去溶剂，得到一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂，测得稠化剂分子量为1910900，n＝11280。
[0063]
将所得的离子搭桥耐盐聚合物稠化剂稀释到0.8wt％携砂，注入底层后，模拟地层的ca
2+
、mg
2+
等二价离子作用下，实现络合搭桥交联。
[0064]
实施例7
[0065]
一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0066]
将98.06g(1mol)马来酸酐、5.07g的引发剂偶氮二异丁腈(马来酸酐和丙烯酰胺质量总和的3wt％)和845.70g的二甲基甲酰胺(马来酸酐质量和丙烯酰胺质量总和的5倍)混合，不断搅拌加热至75℃，加入71.08g(1mol)丙烯酰胺进行反应4h，反应完全后减压蒸馏除去溶剂，得到一种离子搭桥耐盐聚合物稠化剂，测得稠化剂分子量为1954420，n＝11537。
[0067]
将所得的离子搭桥耐盐聚合物稠化剂稀释到0.5wt％携砂，注入底层后，模拟地层的ca
2+
、mg
2+
等二价离子作用下，实现络合搭桥交联。
[0068]
为了表征该离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的结构特征，对实施例1中样品进行了核磁氢谱测试，结果如图1所示。图1为实施例1中所得离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的核磁氢谱。
[0069]
性能测试
[0070]
为了表征所述离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的结构特征，对实施例1中合成的离子搭桥耐盐聚合物稠化剂进行了核磁氢谱测试，图1所示为本发明实施例1制备得到的离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的核磁氢谱。
[0071]
为了表征该离子搭桥耐盐聚合物稠化剂的性能，图2为实施例1中所得离子搭桥耐盐聚合物稠化剂稀释到1.0wt％作为压裂液，测量随着ca
2+
浓度和温度的增加，离子搭桥耐盐聚合物稠化剂粘度的变化。
[0072]
由图2可知：(1)1.0wt％的离子搭桥耐盐聚合物稠化剂水溶液在常温下(25℃)下，粘度为61mpa.s，粘度较低，用做压裂液配液易于施工。(2)随着ca
2+
浓度的增加，压裂液粘度明显上升，说明当注入地层时，马来酸酐水解，可与地层水中的ca
2+
络合搭桥交联，粘度升高，此体系有效利用地层中二价离子，提高了体系耐盐性。(3)随着温度的升高，粘度先升高后下降，适当的升高温度，加速了马来酸酐的水解，使得分子链有效舒展开，从而粘度升高，
80℃下，可基本维持常温(25℃)的粘度，说明离子搭桥耐盐聚合物稠化剂压裂液具有一定的耐温性。
[0073]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。