一种泡沫压裂用结构型聚合物稳泡剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种泡沫压裂用结构型聚合物稳泡剂及其制备方法。所述稳泡剂的特征在于，含有0.3wt％所述稳泡剂的水溶液的起泡率≥600％、半衰期≥12h。所述制备方法包括以下步骤：将去离子水、增溶剂、含有乙烯基团的水溶性单体、结构型单体、阴离子表面活性单体、阴离子表面活性剂、氧化还原体系引发剂、偶氮类引发剂进行多级引发聚合，升温至80～95℃保温反应8～24h，使所得到的聚合物的分子量为200～400万，即得所述稳泡剂。本发明专利技术的稳泡剂具有优异的稳泡性能、高效的起泡性能、优良的增溶增效效果、且耐温耐剪切，携砂能力强、成本低，可操作性强。

Structured polymer foam stabilizer for foam fracturing and preparation method thereof

The invention provides a structural polymer foam stabilizer for foam fracturing and a preparation method thereof. Characterized by the foam stabilizing agent, aqueous foaming rate greater than 600%, the half-life of more than 12h containing 0.3wt% the foam stabilizer. The preparation method comprises the following steps: Deionized water, solvent containing vinyl group, water-soluble monomer, structure type monomers, anionic surface active monomer, anionic surfactant, redox initiator and azo initiator of multistage polymerization, heating to 80~95 DEG C for reaction 8 to 24h, the molecular weight of the resulting polymer by 200~400 000, namely the foam stabilizing agent. The foam stabilizer of the invention has excellent foam stabilization performance, high foaming performance, good solubilization and synergistic effect, temperature resistance and shearing resistance, strong sand carrying capacity, low cost and strong operability.

【技术实现步骤摘要】
一种泡沫压裂用结构型聚合物稳泡剂及其制备方法
本专利技术属于聚合物添加剂和采油化学品
，具体涉及一种泡沫压裂用结构型聚合物稳泡剂及其制备方法。
技术介绍
泡沫是气体分散于液体中的多相分散体系。气体是分散相，液体是分散介质。制备泡沫的过程中，液体中的气泡在密度差的作用下易在液面上形成以少量液体构成的液膜隔开气体的气泡聚集物——泡沫。泡沫流体是气体组成的气泡分散体系，具有极高的表面自由能，是热力学不稳定体系，所以泡沫会发生衰变，原因普遍认为有两方面：泡沫中液体的析出和气体穿透液膜扩散。泡沫以其独特的性能在钻井调剖、采油采气、压裂酸化、钻井完井等领域中得到越来越多的应用，如泡沫驱油、泡沫钻井、泡沫水泥固井、泡沫酸化、泡沫冲沙洗井、泡沫压裂、泡沫采气、蒸汽驱泡沫调剖、泡沫-聚合物复合驱等，是成本低、具有发展前途的方法。尽管泡沫有很多重要的应用，但却有一项致命的弱点，就是不稳定，需采取某些措施改变条件，增强泡沫体系的稳定性以满足应用要求。泡沫压裂是指在常规压裂液的基础上加入起泡剂，如氮气或者二氧化碳气体，形成泡沫从而组成以气相为内相、液相为外相的低伤害压裂液体系的压裂过程。泡沫压裂液属于较为复杂的非牛顿液体，它的性质、流动行为和特征受到许多可变因素所控制。气体泡沫质量多为50％～70％，泡沫质量小于52％时为增能体系，一般用作常规压裂后的尾追液，以帮助压后残液的返排；气泡质量大于52％时，内相气泡颗粒小，稳定性好，半衰期长，分布均匀，流动时气泡与气泡相互接触，相互干扰，使其粘度大，携砂能力强，可以用于压裂液。泡沫压裂液早在20世纪70年代就在美国率先得到应用，1982年以后就有了较大发展。泡沫压裂液研究大致可以分为四个阶段：70年代所用的第一代泡沫压裂液，主要由盐水、酸类、甲醇、原油、氮气和起泡剂配制而成，由于泡沫稳定性差并且寿命短，而且携砂浓度只有120～240Kg/m3，所以仅适用于浅井小规模施工；80年代所使用的第二代泡沫压裂液由盐水、起泡剂、聚合物(植物胶)、稳泡剂和氮气或二氧化碳组成，它的泡沫稳定性一般、半衰期较短、粘度大，携砂浓度一般为480～600Kg/m3，规模较小，适用于各类常规油井压裂施工；90年代的第三代泡沫压裂液由盐水、起泡剂、胍胶及其衍生物、交联剂、氮气或二氧化碳组成，由于它是用交联冻胶体作为稳泡剂，所以受酸碱影响较大、受交联强弱和稳定性的影响明显，故稳定性一般，携砂浓度能大于600Kg/m3，能满足较大的施工规模；90年代后的第四代泡沫压裂液在组成上与第三代比较类似，但规模更大，胍胶类稳泡剂耐温耐剪切稳定性和携砂能力无法较好满足，对稳泡剂的性能提出了更高的要求。随着近些年低压、低渗、水敏性等非常规油气储层的开发，压裂作为增产增注技术在油田上得到了广泛应用；其中，泡沫压裂液作为一种低伤害压裂液体系得到了广泛关注，相比常规的水基压裂，一般是在胍胶交联压裂液中加入气体和起泡剂，由于气体的加入，泡沫压裂液相比常规水基压裂液密度更小，静液压力低，在地层压力条件下泡沫储存一定的能量，这些原因使得压裂施工结束后压裂液能迅速返排；并且泡沫的加入减小了液相，减小了地层滤失，从而降低了岩心伤害，这些对于开采低压、低渗等油气储存具有重要意义。泡沫压裂液所使用的起泡剂为表面活性剂，可分为阴离子起泡剂、阳离子起泡剂、非离子起泡剂和两性离子起泡剂等。综合来看，阴离子起泡剂具有较低表面张力，如羧酸盐类、硫酸盐类、磺酸盐类和磺化琥珀酸盐类等，泡沫性能较好，用量少，但稳定性较差。为进一步提高阴离子起泡剂的起泡性能，一般还需与阳离子表面活性剂进行复配使用，但需考虑二者的配伍性。稳泡剂主要为水基压裂液中常用的稠化剂。这种稳泡剂要求具有较低的水不溶性、较强的增稠能力，国内外多使用羧甲基胍胶或羧甲基羟丙基胍胶作为稳泡剂。但是胍胶类稠化剂受酸碱性影响较大，交联后冻胶结构不稳定，性能差异很大，故泡沫稳定性差，对施工条件要求较高。起泡剂的起始发泡体积是决定起泡剂起泡性能的重要因素，也是实际应用当中筛选起泡剂的重要指标。稳泡剂的泡沫稳定性(半衰期)也是实际应用当中需要考虑的重要因素。一般情况下，需要同时加入起泡剂和稳泡剂，在确定二者的使用浓度时既要考虑到起泡性和稳定性，还需要考虑可操作性和经济性。使用起泡剂和稳泡剂不但增加了成本，还需考虑二者的相互作用可能造成的影响，实际操作较为复杂和繁琐。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种泡沫压裂用结构型聚合物稳泡剂。本专利技术的又一目的在于提供一种上述稳泡剂的制备方法。为实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种泡沫压裂用结构型聚合物稳泡剂，所述稳泡剂具有下述特征：含有0.3％所述稳泡剂的水溶液的起泡率≥600％、半衰期≥12h，所述的百分比为质量百分比。所述稳泡剂通过下述原料组分经多级聚合得到：按质量百分比计，去离子水48～67％、增溶剂3～5％、含有乙烯基团的水溶性单体25～35％、结构型单体2～4％、阴离子表面活性单体2～5％、阴离子表面活性剂1～3％、氧化还原体系引发剂0.1～0.5％、偶氮类引发剂0.1～0.5％。其中，所述阴离子表面活性单体优选包括质量比为1:4～4:1的阴离子表面活性短碳链单体和阴离子表面活性长碳链单体。所述氧化还原体系引发剂优选包括质量比为1:1的氧化剂与还原剂。所述结构型单体优选碳链长度为8～18的N-长碳链烷基丙烯酰胺。所述阴离子表面活性短碳链单体优选为烯丙基磺酸钠或对乙烯基苯磺酸钠。所述阴离子表面活性长碳链单体优选碳链长度为8～18的2-丙酰胺基长碳链烷基磺酸钠。作为本专利技术的另一个方面，本专利技术还提供了一种前述稳泡剂的制备方法，其包括以下步骤：将去离子水、增溶剂、含有乙烯基团的水溶性单体、结构型单体、阴离子表面活性单体、阴离子表面活性剂、氧化还原体系引发剂、偶氮类引发剂进行多级引发聚合，升温至80～95℃保温反应8～24h，使所得到的聚合物的分子量为200～400万，即得所述稳泡剂；其中，按质量百分比计，去离子水48～67％、增溶剂3～5％、含有乙烯基团的水溶性单体25～35％、结构型单体2～4％、阴离子表面活性单体2～5％、阴离子表面活性剂1～3％、氧化还原体系引发剂0.1～0.5％、偶氮类引发剂0.1～0.5％。其中，优选地，所述阴离子表面活性单体包括质量比为1:4～4:1的阴离子表面活性短碳链单体和阴离子表面活性长碳链单体。优选地，所述氧化还原体系引发剂包括质量比为1:1的氧化剂与还原剂。优选地，所述结构型单体是碳链长度为8～18的N-长碳链烷基丙烯酰胺；所述N-长碳链烷基丙烯酰胺是通过将碳链长度为8～18的长碳链烷基胺与丙烯酸在溶剂中催化聚合而得到。优选地，所述的偶氮类引发剂为氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐或偶氮二异丁脒盐酸盐。优选地，所述的增溶剂为碳链长度是8～18的高级脂肪醇中的任一种或两种以上的组合。优选地，所述的含有乙烯基团的水溶性单体为含有丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸钠和丙烯酸的水溶性单体中的任意两种以上组合。优选地，所述的阴离子表面活性剂为碳链长度是8～18的长碳链烷基磺酸钠、碳链长度是8～18的长碳链烷基苯磺酸钠和碳链长度是8～18的长碳链烷基硫酸钠中的任一种或两种以上组合。优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泡沫压裂用结构型聚合物稳泡剂，其特征在于，含有0.3wt％所述泡沫压裂用结构型聚合物稳泡剂的水溶液的起泡率≥600％、半衰期≥12h。

【技术特征摘要】
1.一种泡沫压裂用结构型聚合物稳泡剂，其特征在于，含有0.3wt％所述泡沫压裂用结构型聚合物稳泡剂的水溶液的起泡率≥600％、半衰期≥12h。2.根据权利要求1所述的泡沫压裂用结构型聚合物稳泡剂，其特征在于，所述稳泡剂通过下述原料组分经多级聚合得到：按质量百分比计，去离子水48～67％、增溶剂3～5％、含有乙烯基团的水溶性单体25～35％、结构型单体2～4％、阴离子表面活性单体2～5％、阴离子表面活性剂1～3％、氧化还原体系引发剂0.1～0.5％、偶氮类引发剂0.1～0.5％；其中，所述阴离子表面活性单体优选包括质量比为1:4～4:1的阴离子表面活性短碳链单体和阴离子表面活性长碳链单体；所述氧化还原体系引发剂优选包括质量比为1:1的氧化剂与还原剂；所述结构型单体优选碳链长度为8～18的N-长碳链烷基丙烯酰胺；所述阴离子表面活性短碳链单体优选为烯丙基磺酸钠或对乙烯基苯磺酸钠；所述阴离子表面活性长碳链单体优选碳链长度为8～18的2-丙酰胺基长碳链烷基磺酸钠。3.一种泡沫压裂用结构型聚合物稳泡剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将去离子水、增溶剂、含有乙烯基团的水溶性单体、结构型单体、阴离子表面活性单体、阴离子表面活性剂、氧化还原体系引发剂和偶氮类引发剂进行多级引发聚合，升温至80～95℃保温反应8～24h，使所得到的聚合物的分子量为200～400万，即得所述稳泡剂；其中，按质量百分比计，上述原料配比为：去离子水48～67％、增溶剂3～5％、含有乙烯基团的水溶性单体25～35％、结构型单体2～4％、阴离子表面活性单体2～5％、阴离子表面活性剂1～3％、氧化还原体系引发剂0.1～0.5％、偶氮类引发剂0.1～0.5％。4.根据权利要求3所述的泡沫压裂用结构型聚合物稳泡剂的制备方法，其特征在于，所述阴离子表面活性单体包括质量比为1:4～4:1的阴离子表面活性短碳链单体和阴离子表面活性长碳链单体；和/或，所述氧化还原体系引发剂包括质量比为1:1的氧化剂与还原剂；和/或，所述结构型单体是碳链长度为8～18的N-长碳链烷基丙烯酰胺；所述N-长碳链烷基丙烯酰胺是通过将碳链长度为8～18的长碳链烷基胺与丙烯酸在溶剂中催化聚合而得到；和/或，所述的偶氮类引发剂为氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐或偶氮二异丁脒盐酸盐；和/或，所述的增溶剂为碳链长度是8～18的高级脂肪醇中的任一种或两种以上的组合；和/或，所述的含有乙烯基团的水溶性单体为含有丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸钠和丙烯酸的水溶性单体中的任意两种以上组合；和/或，所述的阴离子表面活性剂为碳链长度是8～18的长碳链烷基磺酸钠、碳链长度是8～18的长碳链烷基苯磺酸钠和碳链长度是8～18的长碳链烷基硫酸钠中的至少之一。5.根据权利要求4所述的泡沫压裂用结构型聚合物稳泡剂的制备方法，其特征在于，所述将碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑焰，罗于建，白小丹，
申请(专利权)人：北京爱普聚合科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11