[发明专利]一种阳离子聚合物增稠剂、制备方法及用于耐高温压裂液

说明书

本发明公开了一种阳离子聚合物增稠剂，制备如下：以甲醇为溶剂，N,N‑二甲基‑1,3‑丙二胺与苯甲醛在70℃下回流反应2‑12h，降低反应体系温度至0‑5℃，少量多次加入硼氢化钠，得到N₁‑苄基‑N₃,N₃‑二甲氨基‑1,3‑丙二胺；在三口烧瓶中加入二氯甲烷、N₁‑苄基‑N₃,N₃‑二甲氨基‑1,3‑丙二胺和NaOH水溶液，缓慢滴加丙烯酰氯，升温至室温，反应2‑12h，得到N‑苄基‑N‑(3‑(二甲氨基)丙基)丙烯酰胺；以丙酮为溶剂，N‑苄基‑N‑(3‑(二甲氨基)丙基)丙烯酰胺与溴代烷在50‑60℃下回流反应36h，得到阳离子单体；在蒸馏水中加入丙烯酰胺、阳离子单体和引发剂，置于光引发装置中反应3~5h，得到阳离子聚合物增稠剂。用阳离子聚合物增稠剂制备的耐高温压裂液，具有较强的增稠性、稳定性和耐温抗盐性，有望用于油气田压裂酸化。

技术领域

本发明涉及油气田勘探开发领域酸化压裂过程中一种阳离子聚合物增稠剂、其制备方法及用于耐高温压裂液。

背景技术

自20世纪40年代以来，压裂液诞生、发展以及不断应用，至今形成了一门涉及多个系统的学科。目前国内外使用的压裂液增稠剂主要是植物胶及其衍生物、黏弹性表面活性剂(VES)和合成聚合物。植物胶及其衍生物的增稠效果较好，但含有较多水不溶性植物纤维，且破胶后的大量残渣会堵塞压裂裂缝，直接影响压裂效果；化学改性后的植物胶性能得到改善，但在植物胶价格不稳定的情况下成本很难控制。VES压裂液体系不含有水不溶物，破胶简单无残渣，同时具备体系配制方法简单、无其他化学添加剂、施工简单的优点，但是该体系黏弹性表面活性剂用量大，成本高，限制了其在油田中的应用。

合成聚合物不含水不溶物，黏弹性、触变性良好且用量低，具有很大的发展空间。2008年，陈馥等在聚丙烯酰胺中引入功能单体N-烷基丙烯酰胺和刚性的N-乙烯吡咯烷酮，制备出一种耐温抗剪切的增稠剂，并优化出压裂液配方ANN(周成裕，陈馥，黄磊光，等.一种高温抗剪切聚合物压裂液的研制[J].钻井液与完井液，2008，25(1)：67-78)。ANN压裂液体系明显提高了常规合成聚合物压裂液的抗温性和耐剪切性，同时具有良好的黏土稳定作用和低残渣的优点，但只能满足100℃左右地层使用。2017年，杜代军在聚丙烯酰胺中引入功能单体乙烯基改性β-环糊精和N-苯乙基-甲基丙烯酰胺，制备出超分子自组装压裂液稠化剂，以期形成大压裂液体系在温度为90℃和118℃，剪切速率为170s^-1的条件下剪切120min后，黏度稳定在124.90mPa.s和60.54mPa.s(杜代军，超分子自组装压裂液稠化剂的研制与性能评价[D]，西南石油大学，2017)。由此可见，当前的合成聚合物水溶性、增稠性、黏弹性和剪切稀释性良好，但是耐温性、抗剪切性有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阳离子聚合物增稠剂，该聚合物增稠剂既有良好的水溶性、增稠性、黏弹性和剪切稀释性，又具备耐温性和抗剪切性，填补了现有技术的空白。

本发明的另一个目的在于提供上述阳离子聚合物增稠剂的制备方法，该方法原理可靠，操作简便，反应条件温和，易于控制，产品收率高，稳定性好。

本发明的另一个目的还在于提供利用上述阳离子聚合物增稠剂制备的耐高温压裂液，该压裂液充分发挥了阳离子聚合物增稠剂与阴离子表面活性剂的协同能力，具有较强的增稠性、稳定性和耐温抗盐性，有望用于油气田压裂酸化，市场前景广阔。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种阳离子聚合物增稠剂，其结构如下：

式中x、y为单体的结构单元百分数，x为70～99.95％，y为0.05～30％；m为6、10、12或14。