[发明专利]一种丙烯酰胺系共聚物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种丙烯酰胺系共聚物、丙烯酰胺系共聚物的两种制备方法以及所述丙烯酰胺系共聚物作为减阻剂的应用。

背景技术

作为非常规油气资源利用的典型代表——页岩气（油）资源的开采已经成为全球非常规油气资源领域的一场革命，目前页岩气的开发与利用已成为世界各国着重关注与发展的重点技术。由于页岩气藏等极致密油气藏具有渗透率极低（一般小于0.5mD）、压裂压力高、易造成地层伤害的特点。必须采用“减阻水（滑溜水）压裂”工艺开采。

“减阻水（滑溜水）压裂”是水力压裂的一种。与目前常规压裂体系（改性瓜胶交联体系）相比，减阻水（滑溜水）压裂不是依靠高粘性胶体携砂，而是以高的泵注排量携砂，实现将储层压裂成网状裂缝的最终目的。与常规压裂体系相比，减阻水（滑溜水）压裂在成本上有较大优势的同时对地层的伤害较小。

减阻水压裂液核心助剂为水基减阻剂，在实际施工中，水基减阻剂的加入克服工作液在管线中的摩擦阻力，保证了泵注排量的提高，使压力最大限度地作用于压开地层和延伸地层裂缝，目前可用作水基减阻剂的主要有胍胶及其衍生物、纤维素衍生物、丙烯酰胺类聚合物。

目前，采用胍胶、纤维素及其衍生物作为减阻水压裂中的减阻剂一定程度上提高了泵注排量、降低了管线中的摩擦阻力（US 5697444，US 5271466），但仍无法满足减阻水压裂的要求，主要由于上述生物高分子存在以下缺点：（1）降阻性能有限；（2）由于胍胶、纤维素及其衍生物具有少量不溶物极易对地层造成伤害；（3）溶解时间较长。

在减阻水压裂施工中，多采用丙烯酰胺类聚合物（部分水解丙烯酰胺或阴离子型丙烯酰胺共聚物）作为减阻水压裂中的降阻剂，很大程度上提高了泵注排量、降低了管线中的摩擦阻力，但作为页岩气藏减阻水压裂的减阻剂使用，存在以下重要缺陷：（1）为了减少压裂过程中的“水敏效应”，抑制页岩中粘土组分的水化膨胀，必须在压裂液中加入小分子阳离子粘土稳定剂（如氯化钾、四甲基氯化铵等）。部分水解丙烯酰胺或阴离子型丙烯酰胺共聚物及其乳液产品与上述粘土稳定剂的配伍性较差，极易产生沉淀；（2）部分水解丙烯酰胺或阴离子型丙烯酰胺共聚物作为页岩气藏减阻水压裂的减阻剂使用抗滤失性能较差，此种减阻水压裂液极易滤失到地层当中；（3）耐温抗盐性较差，尤其在高矿化度高二价离子含量条件下，分子结构不稳定，降阻效果下降较快。

专利US20090298721A1公开了一种减阻水压裂液的配方：向1000加仑去离子水中加入0.5加仑丙烯酰胺-co-丙烯酸共聚物(FR-56^TM)等阴离子型丙烯酰胺共聚物乳液作为减阻剂，再加入0.15wt%碳酸钠或EDTA-2Na等络合剂，该减阻水压裂液具有优良的降阻性能，室内平均降阻率达到65.0%，对耐盐性（尤其对二价钙离子的耐受性）有了一定程度的改善，但该种减阻水压裂体系作为页岩气减阻水压裂液使用，存在如下问题：（1）与粘土稳定剂（如氯化钾、四甲基氯化铵等）和醇的配伍性较差，与甲醇等醇作用极易产生沉淀；（2）抗滤失性能较差，此种减阻水压裂液极易滤失到地层当中；（3）在实际施工中“水敏效应”显著；（4）极易产生“水堵”；（5）耐高速剪切性能差，在高速剪切作用下不稳定，降阻率下降很快；（6）耐温耐盐性较差，尤其在高矿化度高二价离子含量条件下，分子结构不稳定，降阻效果下降较快；（7）不易降解，容易对极度致密的页岩地层造成永久型伤害，污染地层，继而影响油气产量。

与上述部分水解丙烯酰胺或阴离子型丙烯酰胺共聚物相比，阳离子型高分子量的丙烯酰胺共聚物作为减阻剂（US 356226，US 3868328）也有报道，此种结构共聚物，与粘土稳定剂（如KCl）相容性较好，与醇的配伍性较好，“水敏效应”不显著，不易“水堵”，但此类降阻剂大分子也不易降解，容易对致密的页岩造成永久性伤害。

因此，如何进一步提高减阻剂的耐高速剪切性能，提高压裂液对粘土的抑制性及抗滤失性，提高在高盐高剪切条件下的减阻率的稳定性同时具有可降解性，减少聚合物对地层的伤害仍是一个尚未解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种减阻率高、耐盐性高、抗高剪切性能好、水溶性好、与粘土稳定剂具有良好配伍性，具有可降解性，且对地层伤害小的丙烯酰胺系共聚物及其制备方法和应用。