一种丙烯酰胺系共聚物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种丙稀酰胺系共聚物及其制备方法和应用。所述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，所述结构单元B为式（2）所示的结构单元，所述结构单元C为式（3）和/或式（4）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5-95摩尔%，所述结构单元B的含量为2.5-90摩尔%，所述结构单元C的含量为0.5-90摩尔%；所述丙烯酰胺系共聚物的粘均分子量为200万-1500万。本发明专利技术提供的丙烯酰胺系共聚物减阻率高、耐热和耐盐性高、抗高剪切性能好、水溶性好、与粘土稳定剂（醇）有良好的配伍性、粘均分子量低且对地层的伤害性小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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（US5697444，US5271466），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-56TM)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）与粘土稳定剂和醇的配伍性较差，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（US356226，US3868328）也有报道，此种结构共聚物与醇的配伍性较好，与小分子粘土稳定剂（如KCl、四甲基氯化铵等）相容性较好，“水敏效应”不显著，不易“水堵”，聚合物本身具有一定的抑制粘土水化膨胀的作用。但此类降阻剂分子量较高，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，提高在高温高盐高剪切条件下的减阻率的稳定性同时减少聚合物对地层的伤害仍是一个尚未解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种粘均分子量低、减阻率高、耐热和耐盐性高、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。本专利技术提供一种丙烯酰胺系共聚物，其中，所述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，所述结构单元B为式（2）所示的结构单元，所述结构单元C为式（3）所示的结构单元和/或式（4）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5-95摩尔%，所述结构单元B的含量为2.5-90摩尔%，所述结构单元C的含量为0.5-90摩尔%；所述丙烯酰胺系共聚物的粘均分子量为200万-1500万；其中，R1、R2、R4和R7各自独立地为H或者C1-C4的直链或支链烷基；R3为连接键或者C1-C6的直链或支链亚烷基；R5和R6各自独立地为H或者C1-C20的直链或支链烷基，且R5和R6不同时为H；R8为C1-C20的直链支链烷基；X-为Cl-，Br-，I-，SCN-，本专利技术还提供一种丙烯酰胺系共聚物的制备方法，该制备方法包括在烯烃的溶液聚合反应条件下，在引发剂存在下，使一种单体混合物在水中进行聚合反应，其中，所述单体混合物含有单体D、单体E和单体F，所述单体D为式（5）所示的单体，所述单体E为式（6）所示的单体，所述单体F为式（7）所示的单体和/或式（8）所示的单体，以所述单体混合物中单体的总摩尔数为基准，所述单体D的含量为5-95摩尔%，所述单体E的含量为2.5-90摩尔%，所述单体F的含量为0.5-90摩尔%；所述溶液聚合反应的条件使得聚合反应后所得聚合物的粘均分子量为200万-1500万，其中，R1、R2、R4和R7各自独立地为H或者C1-C4的直链或支链烷基；R3为连接键或者C1-C6的直链或支链亚烷基；R5和R6各自独立地为H或者C1-C20的直链或支链烷基，且R5和R6不同时为H；R8为C1-C20的直链支链烷基；X-为Cl-，Br-，I-，SCN-，本专利技术还提供一种丙烯酰胺系共聚物的制备方法，该制备方法包括将水相和油相混合形成反相乳液，然后在乳液聚合反应条件下，在引发剂的存在下，将该反相乳液进行聚合反应，所述水相为含有单体混合物的水溶液，所述油相含有有机溶剂和乳化剂，其中，所述单体混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种丙烯酰胺系共聚物，其特征在于，所述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，所述结构单元B为式（2）所示的结构单元，所述结构单元C为式（3）所示的结构单元和/或式（4）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5‑95摩尔%，所述结构单元B的含量为2.5‑90摩尔%，所述结构单元C的含量为0.5‑90摩尔%；所述丙烯酰胺系共聚物的粘均分子量为200万‑1500万；其中，R1、R2、R4和R7各自独立地为H或者C1‑C4的直链或支链烷基；R3为连接键或者C1‑C6的直链或支链亚烷基；R5和R6各自独立地为H或者C1‑C20的直链或支链烷基，且R5和R6不同时为H；R8为C1‑C20的直链支链烷基；X‑为Cl‑，Br‑，I‑，SCN‑，

【技术特征摘要】
1.一种丙烯酰胺系共聚物，其特征在于，所述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，所述结构单元B为式（2）所示的结构单元，所述结构单
元C为式（3）所示的结构单元和/或式（4）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
5-95摩尔%，所述结构单元B的含量为2.5-90摩尔%，所述结构单元C的含
量为0.5-90摩尔%；所述丙烯酰胺系共聚物的粘均分子量为200万-1500万；
其中，R1、R2、R4和R7各自独立地为H或者C1-C4的直链或支链烷基；
R3为连接键或者C1-C6的直链或支链亚烷基；R5和R6各自独立地为H或者
C1-C20的直链或支链烷基，且R5和R6不同时为H；R8为C1-C20的直链支
链烷基；X-为Cl-，Br-，I-，SCN-，2.根据权利要求1所述的丙烯酰胺系共聚物，其中，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10-70摩

\t尔%，所述结构单元B的含量为20-50摩尔%，所述结构单元C的含量为10-40
摩尔%，所述丙烯酰胺系共聚物的粘均分子量为200万-600万。
3.根据权利要求1所述的丙烯酰胺系共聚物，其中，R1为H或者甲基，
R2、R4和R7各自独立地为H，R3为连接键或者亚甲基；R5和R6各自独立地
为H或者C1-C5的直链或支链烷基，且R5和R6不同时为H；R8为C1-C5
的直链或支链烷基；X-为Br-。
4.一种丙烯酰胺系共聚物的制备方法，该制备方法包括在烯烃的溶液
聚合反应条件下，在引发剂存在下，使一种单体混合物在水中进行聚合反应，
其中，所述单体混合物含有单体D、单体E和单体F，所述单体D为式（5）
所示的单体，所述单体E为式（6）所示的单体，所述单体F为式（7）所示
的单体和/或式（8）所示的单体，以所述单体混合物中单体的总摩尔数为基
准，所述单体D的含量为5-95摩尔%，所述单体E的含量为2.5-90摩尔%，
所述单体F的含量为0.5-90摩尔%；所述溶液聚合反应的条件使得聚合反应
后所得聚合物的粘均分子量为200万-1500万，
其中，R1、R2、R4和R7各自独立地为H或者C1-C4的直链或支链烷基；
R3为连接键或者C1-C6的直链或支链亚烷基；R5和R6各自独立地为H或者
C1-C20的直链或支链烷基，且R5和R6不同时为H；R8为C1-C20的直链支
链烷基；X-为Cl-，Br-，I-，SCN-，5.一种丙烯酰胺系共聚物的制备方法，该制备方法包括将水相和油相
混合形成反相乳液，然后在乳液聚合反应条件下，在引发剂的存在下，将该
反相乳液进行聚合反应，所述水相为含有单体混合物的水溶液，所述油相含
有有机溶剂和乳化剂，其中，所述单体混合物含有单体D、单体E和单体F，
所述单体D为式（5）所示的单体，所述单体E为式（6）所示的单体，所
述单体F为式（7）所示的单体和/或式（8）所示的单体，以所述单体混合
物中单体的总摩尔数为基准，所述单体D的含量为5-95摩尔%，所述单体E
的含量为2.5-90摩尔%，所述单体F的含量为0.5-90摩尔%；所述乳液聚合
反应的条件使得聚合反应后所得聚合物的粘均分子量为200万-1500万，
其中，R1、R2、R4和R7各自独立地为H或者C1-C4的直链或支链烷基；
R3为连接键或者C1-C6的直链或支链亚烷基；R5和R6各自独立地为H或者
C1-C20的直链或支链烷基，且R5和R6不同时为H；R8为C1-C20的直链支
链烷基；X-为Cl-，Br-，I-，SCN-，6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述水相与油相的重量比
为1：0.1-2，优选为1：0.3-0.8。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其中，以所述乳液的总重量为基
准，所述有机溶剂的用量为10-60重量%，所述乳化剂的用量为1-15重量%，
优选地，所述有机溶剂的用量为20-35重量%，所述乳化剂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜凯，林蔚然，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11