一种页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂及其制备方法技术

本方发明专利技术公开了一种页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂及其制备方法，在高分子主链上引入了耐温、耐剪切的甲基丙烯酸‑2‑(二甲氨基)乙酯基团，和耐盐、耐高矿化度可聚合的表面活性微电功能单体顺丁烯二酸‐3‐碘‐3‐甲基‐1‐丁基烯丙酯钠盐，以及表面能较低，具有良好的拒水拒油性的氟化物甲基丙烯酸‑(2，2，3，3，4，4‑六氟)丁酯基团，再在一定的条件下与丙烯酰胺进行共聚形成一种页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂。本发明专利技术有益效果明显，页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂具有良好的水溶性、增黏性、耐温抗盐性与抗剪切性能，使用方便，成本低，能有效地提高波及系数和压裂效率，具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种清洁压裂液增稠剂及其制备方法，尤其是一种页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂及其制备方法，属于超分子聚合物增稠剂

技术介绍
压裂作为油气藏的主要增产、增注措施已得到迅速发展和广泛应用。压裂液是利用压力将地层压开，形成裂缝，主要支撑剂将它支撑起来，以减小流体流动阻力的增产、增注措施。其中的支撑剂又称为压裂液。压裂液可分为以下俩类：A水基压裂液，如稠化水、水冻胶、水包油乳化液、水基泡沫和某些酸性溶液等；B油基压裂液，如稠化油，油包水乳化液、油基泡沫等。压裂液是压裂技术的重要组成部分，增稠剂是水基压裂液中的主要添加剂，关系到压裂液的使用性能及压裂成败。国内外最常用的压裂液主要是以天然植物胶、纤维素和合成聚合物为稠化剂的水基压裂液，目前已在各油田取得了广泛的应用，并得到了良好的增产效果。目前使用的压裂液增稠剂品种很多，可分为天然聚多糖及其衍生物与合成聚合物两大类，其中胍胶及其衍生物的应用最广。但其应用缺陷是使用胍胶及其衍生物作为增稠剂的压裂液破胶不完全，并且破胶后残渣会留在裂缝内，残留在裂缝中的聚合物将严重降低支撑剂充填层的渗透率，从而伤害地层，导致压裂效果变差，携沙能力减弱，限制了其作用的充分发展。目前以合成聚合物作为增稠剂的这类产品的合成原理和工艺较简单，其缺点表现也很明显，抗温能力有限(低于85℃)，并且在使用时需要加入交联剂提高压裂液的粘度，增强其携沙能力。故使用成本增高。且不易于配制、储存和泵送，不利于在现场推广应用。这些压裂液虽然能够通过与地层烃类或水混合破胶，但该过程所需时间较长。而目前在油田压裂后大都使用快速返排工艺，在压裂施工结束后，立即放喷，尽量减少压裂液在地层的驻留时间。为了满足油田需要，故产生了对清洁压裂液增稠剂的需求。清洁压裂液增稠剂使用强氧化剂强制破胶。破胶后无残渣不伤害地层，对岩芯的伤害较低。总之，近年来，压裂液增稠剂研究和应用正在朝着多样化、抗高温、低成本的方向发展，并且不同类型的压裂液增稠剂都在不断地丰富和发展，但是大部分研究限于室内实验阶段，受合成工艺，成本等条件的限制，新产品很难进入现场。因而使得清洁压裂液增稠剂的生产应用并没有达到应有效果。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是针对上述现有技术中存在的压裂液增稠剂抗温能力有限、需要加入交联剂、使用成本高、且不易配制、储存和泵送、破胶时间较长等问题，提供一种页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂，其耐高温性能显著增强，无需加入交联剂，使用方便且成本低，易于配制、储存和泵送，且破胶迅速。本专利技术采用的技术方案如下：一种页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂，为无规共聚形成的嵌段共聚物，具有如下式(1)所示的分子结构：式(1)中，m＝100-160，n＝500-800，p＝200-400；聚合物的分子量为800万-1000万。一种页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂的制备方法，包括以下步骤：第一步：表面活性微电型功能单体的合成：以丙酮为溶剂，分别以3-碘-3-甲基-1-丁基烯丙醇、顺丁烯二酸酐为反应物，在40℃～60℃下反应；以反应结束后，加入氢氧化钠溶液进行中和反应，中和反应结束后，冷却至室温、浓缩、过滤，再用正己烷多次洗涤沉淀，得到的粘稠液体即为表面活性微电型功能单体；反应方程式如下：其中，以3-碘-3-甲基-1-丁基烯丙醇、顺丁烯二酸酐、丙酮的质量之和为反应体系总质量100％计：3-碘-3-甲基-1-丁基烯丙醇的用量为反应体系总质量的30％～40％，顺丁烯二酸酐的用量为反应体系总质量的30％～40％，其余为丙酮；当合成所得单体利用碱中和时，上述所得表面活性单体、氢氧化钠、丙酮为原料合成表面活性微电型功能单体时的质量之和为反应体系总质量100％计：表面活性单体的用量为反应体系总质量的40％～45％，氢氧化钠的用量为反应体系总质量的40％～45％，其余为丙酮。第二步：一种页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂的合成：(1)将甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯溶解于丙酮，再将氯化钾加入甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯溶液进行反应，得到含甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯的氯化带电产物；反应方程式如下：(2)将甲基丙烯酸-(2，2，3，3，4，4-六氟)丁酯溶解于丙酮，再将氢氧化钠加入甲基丙烯酸-(2，2，3，3，4，4-六氟)丁酯溶液进行中和反应，得到含甲基丙烯酸-(2，2，3，3，4，4-六氟)丁酯的中和产物；反应方程式如下：(3)向上述(1)、(2)得到的甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯和甲基丙烯酸-(2，2，3，3，4，4-六氟)丁酯的预处理产物中加入第一步制得的表面活性单体的钠盐，以及丙烯酰胺，丙酮充分混合形成混合反应体系；向上述混合反应体系中加入引发剂，控制温度为22℃～33℃充分反应后，得到胶体状产物；反应方程式如下：其中，上述混合反应体系中，以表面活性微电型功能单体、甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯预处理产物、甲基丙烯酸-(2，2，3，3，4，4-六氟)丁酯的预处理产物、丙烯酰胺、丙酮的质量之和为总质量100％计：甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯的预处理产物的用量占总质量的25％～30％，甲基丙烯酸-(2，2，3，3，4，4-六氟)丁酯的预处理产物的用量占总质量的12％～15％，表面活性微电型功能单体用量占总质量的28％～30％，丙烯酰胺用量占总质量的10％～15％，其余为丙酮；所述引发剂为氧化还原体系引发剂或偶氮类引发剂，所述氧化还原体系引发剂由过硫酸铵与亚硫酸氢钠混合而成，所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁腈；第三步：后处理：将第二步所得胶体状产物造粒、干燥、粉碎，得到页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂。进一步的，所述第一步表面活性单体的合成中，丙酮为溶剂、3-碘-3-甲基-1-丁基烯丙醇和顺丁烯二酸酐反应体系的反应时间为12h～18h。所述第一步表面活性微电型功能单体的合成反应中，进行中和反应的氢氧化钠溶液的质量浓度为40％～45％。进一步的，所述第二步页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂合成中，步骤(1)所述甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯的质量浓度为55％～65％，氯化钾的加入量以甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯中和度为15％～25％计算，其余为丙酮。所述第二步，步骤(2)中，甲基丙烯酸-(2，2，3，3，4，4-六氟)丁酯的质量浓度为60％～75％，氢氧化钠的加入量以甲基丙烯酸-(2，2，3，3，4，4-六氟)丁酯中和度为15％～25％计算，其余为丙酮。所述第二步页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂的合成中，所述氧化还原体系引发剂中过硫酸铵：亚硫酸氢钠质量比＝1：1。所述引发剂加入量为反应体系总质量的1％～3％。本方专利技术的一种页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂，能大大地改善现有增稠剂在使用过程中的缺点，本专利技术在高分子主链上引入了耐温、耐剪切的甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯基团，和耐盐、耐高矿化度可聚合的表面活性微电功能单体顺丁烯二酸-3-碘-3-甲基-1-丁基烯丙酯钠盐，以及表面能较低，具有良好的拒水拒油性的氟化物甲基丙烯酸-(2，2，3，3，4，4-六氟)丁酯基团，再在一定的条件下与丙烯酰胺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂，为无规共聚形成的嵌段共聚物，其特征在于，具有如下式(1)所示的分子结构：式(1)中，m＝100‑160，n＝500‑800，p＝200‑400，q＝300‑400；聚合物的分子量为800万‑1000万。

【技术特征摘要】
1.一种页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂，为无规共聚形成的嵌段共聚物，其特征在于，具有如下式(1)所示的分子结构：式(1)中，m＝100-160，n＝500-800，p＝200-400，q＝300-400；聚合物的分子量为800万-1000万。2.一种页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：表面活性微电型功能单体的合成：以丙酮为溶剂，分别以3-碘-3-甲基-1-丁基烯丙醇、顺丁烯二酸酐为反应物，在40℃～60℃下反应；以反应结束后，加入氢氧化钠溶液进行中和反应，中和反应结束后，冷却至室温、浓缩、过滤，再用正己烷多次洗涤沉淀，得到的粘稠液体即为表面活性微电型功能单体；反应方程式如下：第二步：一种页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂的合成：(1)将甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯溶解于丙酮，再将氯化钾加入甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯溶液进行反应，得到含甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯的氯化带电产物；(2)将甲基丙烯酸-(2，2，3，3，4，4-六氟)丁酯溶解于丙酮，再将氢氧化钠加入甲基丙烯酸-(2，2，3，3，4，4-六氟)丁酯溶液进行中和反应，得到含甲基丙烯酸-(2，2，3，3，4，4-六氟)丁酯的中和产物；反应方程式如下：(3)向上述(1)、(2)得到的甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯和甲基丙烯酸-(2，2，3，3，4，4-六氟)丁酯的预处理产物中加入第一步制得的表面活性单体的钠盐，以及丙烯酰胺，丙酮充分混合形成混合反应体系；向上述混合反应体系中加入引发剂，控制温度为22℃～33℃充分反应后，得到胶体状产物；反应方程式如下：第三步：后处理：将第二步所得胶体状产物造粒、干燥、粉碎，得到页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂。3.根据权利要求2所述的一种页岩气专用超分子表面活性微电型清洁压裂液增稠剂的制备方法，其特征在于，第一步中，以3-碘-3-甲基-1-丁基烯丙醇、顺丁烯二酸酐、丙酮为原料合成表面活性单体时的质量之和为反应体系总质量100％计：3-碘-3-甲基-1-丁基烯丙醇的用量为反应体系总质量的30％～40％，顺丁烯二酸酐的用量为反应体系总质量的30％～40％，其余为丙酮。当合成所得单体利用碱中和时，上述所得表面活性单体、氢氧化钠、丙酮为原料合成表面活性微电型功能单体时的质量之和为反应体系总质量100％计：表面活性单体的用量为反应体系总质量的40％～45％...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学武，张学文，
申请(专利权)人：江西富诚环保新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36