[发明专利]含有螯合位点的聚丙烯酰胺、螯合型变粘滑溜水及制备

说明书

本发明公开了一种含有螯合位点的聚丙烯酰胺、螯合型变粘滑溜水及制备。本发明合成了一类主链连接有螯合位点的可逆螯合交联的增粘滑溜水体系，聚丙烯酸与氨基酸在硼酸催化作用下进行酰胺化合成带有羧基的聚丙烯酰胺，之后向反应体系中加入包含螯合基团的有机胺进行胺化反应，得到所述含有螯合位点的聚丙烯酰胺。该聚丙烯酰胺的0.05％‑2％的水溶液，加入高价金属可溶盐后发生可逆交联，形成粘度1～1000mPa·s的增粘滑溜水，且可被EDTA破胶至5mPa·s以下。该技术有效的解决了常规滑溜水粘度低、携砂能力弱的缺点，可实现滑溜水连续在线混配高比例加砂压裂作业。

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种含有螯合位点的聚丙烯酰胺、螯合型变粘滑溜水及制备。

背景技术

压裂液的主要功能是破裂岩层形成裂缝和携带支撑剂完成铺砂，传统的压裂液以交联的瓜胶为主。滑溜水压裂液是近年来针对致密储层改造而发展的一种高减阻和低粘度压裂液体系，该体系主要成分是水、很少量的减阻剂、黏土稳定剂和表面活性剂。与常规冻胶压裂相比，其主要优势在于摩阻较低，易产生复杂的裂缝孔隙，可实现较大的压裂增产改造，已经取得了较好的经济效益。但滑溜水压裂液粘度较低，通常只有1～2mPa·s，基本无携砂能力。因而，致密储层压裂作业常采用混合工艺：在线混配滑溜水携少量细沙作为前段，预先水化罐装线性胶或交联瓜胶携粗砂作为后段，工艺设备较为复杂，显著增加了施工成本。为了进一步降本增效，需要研发可变粘、高携砂的滑溜水体系，以实现连续在线混配压裂液。

滑溜水压裂液通常采用聚丙烯酰胺作为压裂液主剂，为了实现滑溜水压裂液增粘功能，可采用疏水缔合、超高分子量、阴阳离子共聚和高浓度聚丙烯酰胺等方式方法。如专利申请CN201510890193.7提出了一种通过环糊精主客体作用提高疏水单体在水中的溶解性，将疏水单体和丙烯酰胺、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠等水溶性单体在反相乳液中共聚，得到高粘度聚丙烯酰胺产品的方法。专利申请US7205262B2提出了使用阳离子聚合物和阴离子表面活性剂组合的方式实现聚丙烯酰胺高粘方法。美国石油协会论文SPE-199330-MS优选了阴离子、中等水解度、超高分子量聚丙烯酰胺，该体系可保持100目石英石在39min里不发生沉降。然而，使用高浓度聚丙烯酰胺提高粘度的方法会导致压裂液成本大幅上升；疏水缔合的聚丙烯酰胺溶解性较差，配液较为困难，且疏水单体成本较高；超高分子量聚丙烯酰胺非常容易剪切破坏，剪切粘度随着时间下降显著；而阴阳离子组装的方法，表面活性剂和聚合物成本均较高，地层吸附严重，经济性也较差；且现有的变粘技术均无法耐高温。

因此，有必要开发经济有效，可逆物理或者化学交联，耐温、耐盐和耐剪切的变粘滑溜水体系。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有螯合位点的聚丙烯酰胺、螯合型变粘滑溜水及制备。

本发明的螯合型变粘滑溜水为主链上连接包含螯合位点的聚丙烯酰胺，该聚合物可通过金属离子，对不同链段的聚丙烯酰胺进行可逆螯合交联，达到滑溜水增粘的目的。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供一种含有螯合位点的聚丙烯酰胺的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

聚丙烯酸和氨基酸水溶液在硼酸的催化下进行酰胺化反应，得到带有羧基的聚丙烯酰胺；

之后向反应体系中加入包含螯合基团的有机胺进行胺化反应，得到所述含有螯合位点的聚丙烯酰胺。

通过该制备方法获得的聚丙烯酰胺的主链上连接有螯合金属位点，该些螯合金属位点可螯合金属离子，实现不同链段的聚丙烯酰胺的可逆交联。而由含有螯合位点的聚丙烯酰胺制备的滑溜水，螯合金属离子后粘度变大，加入EDTA后可破胶降低粘度。

此外，该制备方法通过两步反应的一步化进行，中间产物不用处理即可投料第二步反应，制备方法简单易操作。