自聚集自悬浮支撑剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种自聚集自悬浮支撑剂，包括：在经偶联剂改性的骨料上接枝水性自愈合自聚集性高分子材料。本发明专利技术还提供了上述水性自愈合自聚集性高分子材料的制备方法。本发明专利技术提供的自聚集自悬浮支撑剂，能够遇水快速溶胀或膨胀，自悬浮能力好，结构稳定，在高温和高矿化度的水中，也能够实现自悬浮状态；同时在压裂液的水相环境中，不同粒径的支撑剂颗粒间可抱团形成相对稳固的结构，可实现支撑剂在裂缝内的聚集效应，以解决常规自悬浮支撑剂的局限性。性。

【技术实现步骤摘要】
自聚集自悬浮支撑剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种自聚集自悬浮支撑剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，自悬浮支撑剂已在一定程度上得到了应用，并取得了比常规支撑剂更高的增产效果。这种自悬浮支撑剂是在常规支撑剂的表面上，覆膜一层或数层高分子材料，在压裂液的水相环境中可以舒展形成一定的阻力效应，阻止支撑剂沉降或大幅度降低支撑剂的沉降效应。进而带来的效果是不但增加了支撑剂在裂缝缝高上的悬浮效率，提供了裂缝的支撑面积及体积，更重要的是可防止砂堵效应，即使在黏度接近清水的低黏度滑溜水中也可进行相对高砂液比的施工作业。此外，还具有一个显著的优势是与压裂液的流动跟随性好，特别是在转向支裂缝及微裂缝系统中，只要支撑剂的粒径选择得当，压裂液波及到的地方，支撑剂基本上可同步波及到，从而最大限度地将压裂液的造缝改造体积转换为有效的裂缝改造体积。
[0003]但上述支撑剂在深层砂岩或页岩的压裂改造中，仍存在一定的局限性，如由于不同尺度的裂缝造缝宽度都相对较窄，如何提高相应尺度裂缝的导流能力至关重要，为此，国外提出了高通道压裂技术，所谓高通道压裂技术，主要采用段塞式加砂技术，并采用全程拌注线性纤维的方法，实现支撑剂在裂缝内的聚集效应。但纤维对支撑剂的聚集效应相对较弱，尤其是经过孔眼的高剪切速率之后，聚集效应会大幅度降低。因此，需要研究提出一种同时具有自聚集及自悬浮效应的支撑剂，以解决上述局限性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的专利技术人在自悬浮支撑剂表面覆膜的高分子材料研发的基础上，进一步进行分子结构改性，制备得到了一种自聚集自悬浮支撑剂，其具有自愈合功能，同时具备自聚集效应。在本专利技术的自聚集自悬浮支撑剂中，具有自聚集效应的基团主要有酚基等，此外，酚基与类似疏水缔合聚丙烯胺的主链之间也具有自聚集效应。
[0005]根据本专利技术提供的自聚集自悬浮支撑剂，通过硅烷偶联剂的作用，将支撑剂骨料和水性自愈合自聚集性高分子材料通过连接起来，水性自愈合自聚集性高分子材料能够遇水快速溶胀或膨胀，含有酚基及硼酸基团在适当的PH下随温度的增加能自发聚集。根据本专利技术的自聚集自悬浮支撑剂，能够遇水快速溶胀或膨胀，自悬浮能力好，结构稳定，在高温和高矿化度的水中，也能够实现自悬浮状态；同时在压裂液的水相环境中，不同粒径的支撑剂颗粒间可抱团形成相对稳固的结构，可实现支撑剂在裂缝内的聚集效应，以解决常规自悬浮支撑剂的局限性。
[0006]在第一方面，本专利技术提供了一种水性自愈合自聚集性高分子材料，其包括式I所示的第一单体、式II所示的第二单体、式III所示的功能单体和式IV所示的疏水单体在交联剂和引发剂作用下的聚合反应产物，
[0007][0008]式I中，R
1-R3相同或不同，各自独立选自氢和C1-C6烷基，优选选自氢、甲基、乙基、正丙基和异丙基；
[0009][0010]式II中，R
5-R8相同或不同，各自独立选自氢和C1-C6烷基，优选选自氢、甲基、乙基、正丙基和异丙基；
[0011][0012]式III中，R
9-R
13
相同或不同，各自独立选自氢和C1-C6烷基，优选选自氢、甲基、乙基、正丙基和异丙基，R
14
选自C1-C6烷基，优选选自甲基、乙基、正丙基和异丙基；
[0013][0014]式IV中，R
15
、R
16
相同或不同，各自独立选自C
1-C6烷基，优选选自甲基、乙基、正丙基和异丙基；R
17
选自C
12-C
20
烷基，优选选自C
14-C
18
烷基；R
18
选自C
2-C6烯基，优选选自乙烯基、丙烯基；M-为卤素离子，优选为氯离子或溴离子。
[0015]根据本专利技术的一些实施方式，所述式I所示的第一单体选自丙烯酰胺。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，所述式II所示的第二单体选自2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸。
[0017]根据本专利技术的一些实施方式，所述式III所示的功能单体选自多巴胺甲基丙烯酰胺。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，所述式IV所示的疏水单体选自十四烷基二甲基烯丙基氯化铵、十六烷基二甲基烯丙基氯化铵或十八烷基二甲基烯丙基氯化铵中的至少一种。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，所述交联剂选自4-乙烯基苯硼酸、亚甲基双丙烯酰胺酚醛树脂中的至少一种。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，所述引发剂选自水溶性偶氮盐、过硫酸盐和亚硫酸盐中的至少两种。
[0021]根据本专利技术的优选实施方式，所述引发剂选自水溶性偶氮V-044、水溶性偶氮V50、水溶性偶氮V061、过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸钠和亚硫酸氢钠中的至少两种。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，以重量计，聚合反应中总单体浓度为5-30wt％，优选为10-20wt％。
[0023]根据本专利技术的一些实施方式，聚合反应中所述式I所示的第一单体和式II所示的第二单体的用量之和为8-15wt％，所述疏水单体的用量为0.5-1wt％，所述功能单体的用量为1-2wt％。
[0024]根据本专利技术的一些实施方式，所述交联剂的用量为0.5-1wt％。
[0025]根据本专利技术的一些实施方式，所述引发剂中，过硫酸盐的用量为1
×
10-4-3
×
10-4
wt％，和/或水溶性偶氮盐的用量为1
×
10-5-3
×
10-5
wt％，和/或亚硫酸盐的用量为1
×
10-4-3
×
10-4
wt％。
[0026]在第二方面，本专利技术提供了一种根据第一方面所述的水性自愈合自聚集性高分子材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0027]S1：将式I所示的第一单体、式II所示的第二单体、式III所示的功能单体和式IV所示的疏水单体与水混合，得到第一混合液；
[0028]S2：将所述第一混合液与交联剂混合，得到第二混合液；
[0029]S3：在惰性气氛下，将第二混合液与引发剂混合，进行聚合反应，得到聚合反应产物。
[0030]根据本专利技术的一些实施方式，S1中所述混合的温度低于20℃。
[0031]根据本专利技术的一些实施方式，S1中所述第一混合液的pH为6.5-7.5。
[0032]根据本专利技术的一些实施方式，S3中所述聚合反应的温度为5-15℃。
[0033]根据本专利技术的一些实施方式，以重量计，聚合反应中总单体浓度为5-30wt％，优选为10-20wt％。
[0034]根据本专利技术的一些实施方式，聚合反应中所述式I所示的第一单体和式II所示的第二单体的用量之和为8-15wt％，所述疏水单体的用量为0.5-1wt％，所述功能单体的用量为1-2wt％。
[0035]根据本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水性自愈合自聚集性高分子材料，其包括式I所示的第一单体、式II所示的第二单体、式III所示的功能单体和式IV所示的疏水单体在交联剂和引发剂作用下的聚合反应产物，式I中，R
1-R3相同或不同，各自独立选自氢和C1-C6烷基，优选选自氢、甲基、乙基、正丙基和异丙基；更优选地，所述式I所示的第一单体选自丙烯酰胺；式II中，R
5-R8相同或不同，各自独立选自氢和C1-C6烷基，优选选自氢、甲基、乙基、正丙基和异丙基；更优选地，所述式II所示的第二单体选自2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸；式III中，R
9-R
13
相同或不同，各自独立选自氢和C1-C6烷基，优选选自氢、甲基、乙基、正丙基和异丙基，R
14
选自C1-C6烷基，优选选自甲基、乙基、正丙基和异丙基；更优选地，所述式III所示的功能单体选自多巴胺甲基丙烯酰胺；式IV中，R
15
、R
16
相同或不同，各自独立选自C
1-C6烷基，优选选自甲基、乙基、正丙基和异丙基；R
17
选自C
12-C
20
烷基，优选选自C
14-C
18
烷基；R
18
选自C
2-C6烯基，优选选自乙烯基、丙烯基；M-为卤素离子，优选为氯离子或溴离子；更优选地，所述式IV所示的疏水单体选自十四烷基二甲基烯丙基氯化铵、十六烷基二甲基烯丙基氯化铵或十八烷基二甲基烯丙基氯化铵中的至少一种。2.根据权利要求1所述的水性自愈合自聚集性高分子材料，其特征在于，所述交联剂选自4-乙烯基苯硼酸、亚甲基双丙烯酰胺酚醛树脂中的至少一种；和/或所述引发剂选自水溶性偶氮盐、过硫酸盐和亚硫酸盐中的至少两种，优选选自水溶性
偶氮V-044、水溶性偶氮V50、水溶性偶氮V061、过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸钠和亚硫酸氢钠中的至少两种。3.一种根据权利要求1或2所述的水性自愈合自聚集性高分子材料的制备方法，其包括以下步骤：S1：将式I所示的第一单体、式II所示的第二单体、式III所示的功能单体和式IV所示的疏水单体与水混合，得到第一混合液；S2：将所述第一混合液与交联剂混合，得到第二混合液；S3：在惰性气氛下，将第二混合液与引发剂混合，进行聚合反应，得到聚合反应产物。4.根据权利要求3所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋廷学，魏娟明，丁士东，张旭东，贾文峰，徐胜强，沈子齐，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：