[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，该丙烯酰胺系共聚物的制备方法，由该方法制备得到的丙烯酰胺系共聚物，以及所述丙烯酰胺系共聚物作为增稠剂的应用。

背景技术

随着世界能源开发的开发热点向非常规油气资源转移，水力压裂技术作为致密砂岩油气、煤层气和页岩油气等非常规资源开发的关键技术，受到高度重视。低伤害、低成本的水基压裂液体系作为保障压裂施工成功、提高增产效益的关键环节而成为研发热点，国际各大石油公司均投入大量人力、物力进行新型压裂液体系的研发和现场试验。

水基压裂液由聚合物增稠剂、交联剂、破胶剂、pH值调节剂、杀菌剂、粘土稳定剂及助排剂等组成。其中增稠剂作为压裂液的基本添加剂，其作用是提高水的粘度、降低液体滤失、悬浮与携带支撑剂。植物胶及其衍生物是目前水基压裂液系统中最常用的增稠剂，大多数植物胶属于半乳甘露聚糖。目前普遍使用的是瓜尔胶及其羟丙基化或羧甲基化的衍生物。但由于种植区域有限和近期非常规油气藏开发的快速发展导致需求量的持续增大，瓜尔胶的价格逐渐增加。为此，需要积极开发瓜尔胶的替代品。

合成聚合物增稠剂是具有发展前景的一大类增稠剂。近些年来在工业生产中使用的合成聚合物增稠剂主要以聚丙烯酰胺及其部分水解产物为主。聚丙烯酰胺及其部分水解产物除具有天然植物胶增稠剂的粘度高、摩阻小、携砂能力强等一般优点外，还具有较好的热稳定性、无残渣以及对地层伤害小、成本低等优点，近些年来在部分油田获得广泛应用。

20世纪90年代胜利油田就采用聚丙烯酰胺（PAM）/有机钛冻胶进行压裂，可在150℃以下的地层使用，尤其在中高含水地层使用获得较好的降水增油效果。克拉玛依采油工艺研究院研制开发了DP-1聚丙烯酰胺类压裂液，已现场应用几百井次，效果良好。长庆油田分公司采油三厂研发的聚合氯化铝（PAC）阳离子聚合物/阴离子聚丙烯酰胺（HPAM）压裂液体系。该体系具有良好的流变性和带砂能力以及破胶性，低的表面张力，对岩心渗透率损害低。然而，聚丙烯酰胺冻胶体系在实际应用中仍存在一些问题，例如聚丙烯酰胺冻胶的耐温性和耐剪切性能较差，在油田的实际应用受到一定限制。

综上所述，如何制备出一种在高温和高盐条件下具有优良的增稠性能以及交联后形成的冻胶具有良好的耐剪切性能的聚合物增稠剂仍是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述缺陷提供一种丙烯酰胺系共聚物，该丙烯酰胺系共聚物的制备方法，由该方法制备得到的丙烯酰胺系共聚物以及所述丙烯酰胺系共聚物作为增稠剂的应用。

本发明的发明人发现，本发明提供的丙烯酰胺系共聚物在高温和高盐的条件下，具有优良的增稠性能，并且交联后形成的冻胶耐剪切性能好，原因可能是该丙烯酰胺系共聚物结构中的侧链含有C-S和C-N结构，由于C-S和C-N结构热能较高，抗温能力较强，高温下不易断裂，在高温和高盐条件下稳定；该丙烯酰胺共聚物结构中还含有亲水能力较强的磺酸基团，使得该丙烯酰胺系共聚物在高温条件下仍具有较高的水化能力，抗盐性能突出，并且在饱和盐水中仍具有良好的溶解性；此外，该丙烯酰胺共聚物结构中的羟基基团易与交联剂易于交联形成交联网络结构；此外，由于羟基距离共聚物主链的间隔基团较长，使得该交联网络结构具有很好的柔韧性，从而使该丙烯酰胺系共聚物交联后形成的冻胶的耐剪切性能得到提高。

本发明提供一种丙烯酰胺系共聚物，其中，该丙烯酰胺系共聚物含有结构单元A、结构单元B和结构单元C，其中，所述结构单元A为式（1）所示的结构单元和/或式（2）所示的结构单元，所述结构单元B为式（3）所示的结构单元和/或式（4）所示的结构单元，所述结构单元C为式（5）所示的结构单元和/或式（6）所示的结构单元；且以所述丙烯酰胺系共聚物中结构单元的总摩尔数为基准，所述结构单元A的含量为50-90摩尔%，所述结构单元B的含量为5-40摩尔%，所述结构单元C的含量为0.01-40摩尔%，所述丙烯酰胺系共聚物的黏均分子量为100万-1000万；

式（1），式（2），式（3），

式（4），式（5），式（6），

其中，R₁、R₄、R₁’和R₄’各自独立地为C1-C8的亚烷基；R₂、R₃、R₂’、和R₃’各自独立地为C1-C5的烷基；M₁为H、K和Na中的一种。