一种压裂用抗温抗盐型丙烯酰胺聚合物及其制备工艺的制作方法

本发明涉及油田钻井，具体涉及一种压裂用抗温抗盐型丙烯酰胺聚合物及其制备工艺。

背景技术：

1、在钻井过程中，水力压裂技术是水平井的关键配套技术之一，利用储层的天然或诱导裂缝系统，使用含有各种添加剂的压裂液在高压下注入地层，使储层裂缝网络扩大，并依靠支撑剂支撑裂缝，从而改善储层裂缝网络系统，达到增产目的。由于水基压裂液在油田开采过程种可以起到传递压力、形成裂缝等一系列效果，因此需要压裂液保持一定的粘度，然而目前大多的水基压裂液是通过在清水中添加减阻剂以及其他压裂助剂配置形成，很难在地层温度下保持良好的粘度，因此，通过在压裂液中添加稠化剂，增加压裂液的粘度和稠度，可有效提高压裂效果。

2、目前，压裂用增稠剂主要为聚丙烯酰胺类合成聚合物，由于油田开采的难度越来越大，深井甚至超深井内不仅地层温度较高，同时还具有较高的矿化度，常规聚丙烯酰胺类增稠剂在这种条件下会发生分子链蜷曲和塌陷等现象，导致其难以起到良好的增稠增粘效果，因此，亟需开发出具有抗温抗盐效果的丙烯酰胺类聚合物稠化剂。

3、公开号为cn116622362b的发明专利公开了一种抗盐性的乳液型压裂液稠化剂及其制备工艺，通过添加复合单体，使聚合物的网络结构更加牢固，进而增加稠化剂的耐温性和抗盐性，因此，可以通过对聚合物的分子链进行设计，提高聚合物分子链的稳定性，解决丙烯酰胺类聚合物稠化剂抗温抗盐性能较差的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种压裂用抗温抗盐型丙烯酰胺聚合物及其制备工艺，解决了丙烯酰胺类聚合物稠化剂抗温抗盐性能较差的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种压裂用抗温抗盐型丙烯酰胺聚合物，按重量份数计，包括以下原料：60-80份丙烯酰胺、15-25份丙烯酸、2-4份改性生物质衍生物、1-1.5份超支化试剂、0.01-0.02份引发剂a、0.1-0.3份引发剂b、0.03-0.04份引发剂c、5-10份乳化剂、80-120份溶剂油、0.3-0.4份反相破乳剂、150-250份纯化水；

4、所述改性生物质衍生物为结构中含有可聚合的不饱和烯基官能团和磺酸基团的果胶；

5、所述超支化试剂是分子链末端基团为不饱和烯基官能团的聚酰胺胺。

6、进一步优选地，所述改性生物质衍生物由以下方法制备：

7、将果胶和n,n-二甲基甲酰胺依次加入至充满氮气的反应器中，搅拌分散均匀后，加入二烯基氯硅烷类化合物，加毕，在搅拌条件下将温度升高至60-65℃，保温1-2h后，向反应器中加入羟甲基磺酸钠和促进助剂，加完后，继续保温搅拌3-6h，停止加热并将氮气撤去，过滤出固体产物，经洗涤除杂后，于50℃下干燥，所得即为改性生物质衍生物。

8、进一步优选地，所述二烯基氯硅烷类化合物为二乙烯基二氯硅烷或者二烯丙基二氯硅烷。

9、进一步优选地，所述促进助剂为吡啶或者三乙胺。

10、进一步优选地，所述果胶、二烯基氯硅烷类化合物和羟甲基磺酸钠的质量比为1:0.2-0.5:0.25-0.6。

11、在上述技术方案中，可能的机理是：果胶和羟甲基磺酸钠结构中含有活性羟基，由于二烯基氯硅烷类化合物结构中的硅氯取代基可以与活性羟基发生取代反应，因此以二烯基氯硅烷类化合物为桥联试剂，使果胶与羟甲基磺酸钠产生化学键合，从而在果胶分子链中引入可聚合的不饱和烯基官能团和磺酸基团，制得改性生物质衍生物。

12、进一步优选地，所述超支化试剂由以下方法制备：

13、将聚酰胺胺和甲苯搅拌混合均匀后，倒入反应器中，通入氮气除氧，在搅拌条件下加入3-异丙基-二甲基苄基异氰酸酯和锡类催化剂，加毕，控制温度为70-75℃，在该温度条件下搅拌4-8h后，在快速搅拌下将物料倒入异丙醇中沉淀，取沉淀物于60℃的真空干燥箱中干燥至恒重，所得即为超支化试剂。

14、进一步优选地，所述聚酰胺胺的末端基团为氨基，末端基团数为4。

15、进一步优选地，所述锡类催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、二醋酸二丁基锡或者二(十二烷基硫)二丁基锡中的任一种。

16、在上述技术方案中，可能的机理是：聚酰胺胺分子链末端的四取代氨基可以在锡类催化剂的作用下，与3-异丙基-二甲基苄基异氰酸酯结构中的异氰酸酯基团发生胺酯化反应，从而将聚酰胺胺分子链末端的氨基转化为不饱和烯基官能团，制得分子链末端基团为不饱和烯基官能团的聚酰胺胺超支化试剂。

17、进一步优选地，所述引发剂a为过硫酸钾、过硫酸钠或者过硫酸铵中的任一种；所述引发剂b为过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈或者偶氮二异庚腈中的任一种；所述引发剂c为亚硫酸氢钠或者焦亚硫酸钠；所述乳化剂是质量比为1:1的司盘80和吐温80复合物；所述溶剂油为白油、煤油或者石蜡油中的任一种；所述反相转破乳剂为烷基酚聚氧乙烯醚。

18、一种压裂用抗温抗盐型丙烯酰胺聚合物的制备工艺，包括以下步骤：

19、第一步、水相的制备

20、取二分之一量的丙烯酰胺、丙烯酸、引发剂a、纯化水，与改性生物质衍生物搅拌混合，形成第一水相；将剩余量的丙烯酰胺、丙烯酸、引发剂a、纯化水与超支化试剂搅拌混合，形成第二水相；

21、第二步、油相的制备

22、将乳化剂和溶剂油搅拌混合均匀后，加入引发剂b搅拌混合，形成油相；

23、第三步、聚合物前体乳液的制备

24、将第一水相和油相搅拌混合后，进行乳化，形成乳化液，倒入反应器中，通入氮气除氧，加入引发剂c，加毕，将温度升高至50-55℃，保温反应30-60min后，将第二水相加入至反应器中，搅拌乳化，升高温度至60-65℃，继续反应1-2h，形成聚合物前体乳液；

25、第四步、丙烯酰胺聚合物的制备

26、向聚合物前体乳液中加入反相破乳剂，搅拌混合均匀，所得即为丙烯酰胺聚合物。

27、在上述技术方案中，采用反相乳化聚合法，以改性生物质衍生物结构中的不饱和烯基为活性引发位点，引发丙烯酰胺、丙烯酸等聚合单体进行自由基聚合反应，由于超支化试剂结构端部含有四当量的不饱和烯基官能团，在聚合过程中可以交联核心的形式，与聚合单体进行超支化聚合反应，形成具有树枝状结构的丙烯酰胺聚合物。

28、本发明的有益效果：

29、1）本发明通过在果胶分子链中引入可聚合的不饱和烯基官能团和磺酸基团，制得改性生物质衍生物，并进一步与丙烯酰胺等聚合单体进行反相乳液聚合反应，将生物质果胶引入丙烯酰胺聚合物结构中，由于果胶具有独特的螺旋杂环结构，可以使丙烯酰胺聚合物的耐高温性能得到有效改善。此外，磺酸盐基团的存在可以提高丙烯酰胺聚合物对盐的敏感度，从而有效提高丙烯酰胺聚合物稠化剂的抗盐性能。同时，果胶的疏水主链能够与水分子形成氢键缔合，吸收水分，从而有效提高丙烯酰胺聚合物稠化剂的增粘增稠效果。

30、2）本发明通过制备超支化试剂，参与丙烯酰胺聚合物的聚合过程，使制备的丙烯酰胺聚合物呈树枝状超支化交联结构，该种超支化交联结构的丙烯酰胺聚合物分子量更高，稳定性更强，因此在高温条件下分子链不易发生蜷曲折叠，进而能够保障丙烯酰胺聚合物稠化剂在高温环境中的体系粘度。同时，这种超支化交联结构能够对磺酸基团和羧基进行包覆，降低这些活性基团直接与盐溶液中的阳离子发生作用的概率，从而进一步增强了丙烯酰胺聚合物稠化剂的抗盐性能。

31、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。