(19)国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 114456795 A (43)申请公布日 2022.05.10

(21)申请号 202210216283.8

(22)申请日 2022.03.07

(71)申请人 爱森(中国)絮凝剂有限公司

地址 225400 江苏省泰州市泰兴经济开发 区滨江北路6号

• (72)发明人 焦亚 田鹭 徐青林 高军

• (74)专利代理机构 北京天盾知识产权代理有限 公司 11421

专利代理师 宋凌林

(51)Int.Cl.

C09K 8/68(2006.01) C09K 8/88(2006.01)

权利要求书1页 说明书5页

(54)发明名称

一种压裂用疏水缔合聚丙烯酰胺悬浮乳液 及其制备方法

(57)摘要

本发明涉及一种压裂用疏水缔合聚丙烯酰 胺悬浮乳液及其制备方法，包括以下组分有机烃 类溶剂、粘土、高分子稳定剂、乳化剂和转相剂、 疏水缔合聚丙烯酰胺粉剂；制备步骤为将有机烃 类溶剂置于带机械搅拌的反应釜中；向反应釜中 依次加入粘土，高分子稳定剂，小分子乳化剂；加 入转相剂；加入疏水缔合聚丙烯酰胺粉剂，持续 搅拌。其乳液具有较长稳定期，有利于降低现场 操作成本。

权 利 要 求 书

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1.一种压裂用疏水缔合聚丙烯酰胺悬浮乳液，其特征在于：包括以重量计的以下组分： 按重量份的有机烃类溶剂400‑600份、粘土20‑50份、高分子稳定剂10‑30份、乳化剂和 转相剂10‑20份、疏水缔合聚丙烯酰胺粉剂300‑500份；

其中，有机烃类溶剂选自汽油、煤油、柴油或白油一种或几种；

所述高分子稳定剂为甲基丙烯酸和甲基丙烯酸多碳烷基酯共聚物、聚乙烯基吡咯烷 酮、苯乙烯和马来酸酐的共聚物、乙烯基吡咯烷酮和乙酸乙烯酯共聚物中的一种或几种混 合物；

所述乳化剂选自吐温‑20、吐温‑80、op‑10、司盘‑80中一种；

所述转相剂为非离子表面活性剂，选自失水山梨醇单月桂酸酯、辛基酚聚氧乙烯醚、聚 乙二醇辛基苯基醚和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或几种混合物；

所述疏水缔合聚丙烯酰胺是用常规的水溶液聚合或者胶束聚合工艺制备得到，制备疏 水缔合聚合物的不饱和疏水单体可以是阴离子型、阳离子型或非离子型，选自8—21个碳原 子的单乙烯类化合物。

2.根据权利要求1所述的一种压裂用疏水缔合聚丙烯酰胺悬浮乳液，其特征是：所述有 机烃类溶剂优选白油。

3.根据权利要求1所述的一种压裂用疏水缔合聚丙烯酰胺悬浮乳液，其特征是：所述粘 土优选为膨润土。

4.根据权利要求1所述的一种压裂用疏水缔合聚丙烯酰胺悬浮乳液，其特征是：所述不 饱和疏水单体选自N‑烷基取代丙烯酰胺及其衍生物、长链烷基不饱和季铵盐、（甲基）丙烯 酸烷基酯、丙烯酰胺烷基磺酸及其磺酸盐中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种压裂用疏水缔合聚丙烯酰胺悬浮乳液，其特征是：所述阴 离子型单体为丙烯酰胺十二烷基磺酸钠、丙烯酰胺十四烷基磺酸钠、丙烯酰胺十六烷基磺 酸钠、丙烯酰胺十八烷基磺酸钠中的一种或多种，非离子型单体为N‑十二烷基丙烯酰胺、N‑ 十四烷基丙烯酰胺、N‑十六烷基丙烯酰胺、N‑十八烷基丙烯酰胺，（甲基）丙烯酸十二烷基 酯、（甲基）丙烯酸十四烷基酯、（甲基）丙烯酸十六烷基酯和（甲基）丙烯酸十八烷基酯，阳离 子型单体是烯丙基十二烷基氯化铵、烯丙基十四烷基氯化铵、烯丙基十六烷基氯化铵、烯丙 基十八烷基氯化铵中的一种或多种。

6.一种压裂用疏水缔合聚丙烯酰胺悬浮乳液的制备方法，包括如下步骤：

1）将有机烃类溶剂置于带机械搅拌的反应釜中；

2）向反应釜中依次加入粘土，高分子稳定剂，小分子乳化剂；

3）加入转相剂；

• 4）加入疏水缔合聚丙烯酰胺粉剂，持续搅拌。

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说 明 书

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一种压裂用疏水缔合聚丙烯酰胺悬浮乳液及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于石油开发领域，更具体地，涉及一种压裂用疏水缔合聚丙烯酰胺悬浮 乳液及其制备方法。

背景技术

[0002] 当前石油行业己作为我国聚丙烯酰胺产品的超级使用者。我国聚丙烯酰胺的产量 在逐年提高，而其中超过70‑80%应用于油田开发领域。市场上油气用聚丙烯酰胺主要以粉 末，反相油包水乳液和水包水乳液三种形态存在。但是传统的粉末状聚丙烯酰胺产品在应 用于油田现场时需要提前进行充分溶胀，防止压裂施工期间液体不均而出现问题。因此传 统的聚丙烯酰胺施工周期长，压裂液配液工序多及强度大，对于大规模油田井压裂己不能 完全满足。传统的反相乳液合成乳液型聚丙烯酰胺，该体系施工过程摩阻小，满足现场连续 混配工艺要求，易于破胶返排，但是返排液再利用只能作为前置液应用，该体系耐盐性能 差。水包水乳液存在有效含量低，分子量低，不耐盐等缺点。另外，采用不同的聚合工艺，对 聚合物分子量影响较大，而分子量对产品在作为压裂液应用过程中的增稠、减阻、粘弹性有 着极大的影响。

[0003] 为了兼顾各方面的优点，聚丙烯酰胺悬浮乳液成为市场研发和使用的热点。它可 以兼顾粉末聚合物高分子量，高抗盐性优点，又具备反相乳液溶解性快，可以实现现场连线 混配的要求。 [0004] 中国专利（CN201810279436.7‑一种悬浮乳液型滑溜水降阻剂及其制备方法）介绍 了一种悬浮乳液的制备方法，该体系使用无机粘土和小分子表活剂，使得聚丙烯酰胺粉末 稳定分散到白油里，可以得到有一定稳定性的悬浮乳液。（表1为此专利披露的不同案例的 分层时间）

但作为商品流通，稳定性需要进一步提高。

[0005] 同时，常规聚丙烯酰胺压裂液抗盐性、耐温性和耐剪切性较差。针对以上问题，出 现了疏水缔合物体系压裂液。该类压裂液是一种亲水性大分子链上带有少量疏水基团的水 溶性聚合物，其特有的两亲分子结构使溶液具有特殊的增稠、耐剪切作用。

[0006] 文献报道（任占春，油醇系浓缩缔合聚合物压裂增稠剂的制备与应用，钻井液与完 井液，2016，33（1）：107‑112）了一种由液体石蜡、甲醇，疏水缔合聚合物增稠剂、分散剂配制 的悬浮乳液增稠剂。其可以实现现场快速配制，具有良好的耐温抗剪切性。另外，缔合非交 联液还具有携砂性、易破胶返排、低残渣等特点，是一种性能好的清洁压裂液。然而此体系 聚丙烯酰胺有效物仅有25%，与常规的聚丙烯酰胺悬浮乳液相比有效含量（30%‑50%）偏低， 竞争力较弱。

[0007] 文献报道（祝琦，陈宁，张志行. 分子自组装对缔合压裂液黏度“回复”的机理分

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说 明 书

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析，2017，34（3）：111‑116）了对于乳液体系，由于大量表活剂的存在，对缔合聚合物的缔合 作用有一定的抑制作用，因此选择合适的乳化稳定体系，对缔合聚合物的性能发挥也至关 重要。

发明内容

[0008] 为实现上述目的,本发明第一方面提供了一种具有较长稳定期和有利于降低现场 操作成本的多功能压裂用疏水缔合聚丙烯酰胺悬浮乳液。

• [0009] 本发明采用的技术方案是：疏水缔合聚丙烯酰胺悬浮乳液包括以重量计的以下组 分：

按重量份的有机烃类溶剂400‑600份、粘土20‑50份、高分子稳定剂10‑30份、乳化 剂和转相剂10‑20份、疏水缔合聚丙烯酰胺粉剂300‑500份；

• 其中，所述有机烃类溶剂选自汽油、煤油、柴油或白油一种或几种，优选白油。

• [0010] 所述粘土优选为膨润土。

• [0011] 所述高分子稳定剂为甲基丙烯酸和甲基丙烯酸多碳烷基酯共聚物、聚乙烯基吡咯 烷酮、苯乙烯和马来酸酐的共聚物、乙烯基吡咯烷酮和乙酸乙烯酯共聚物中的一种或几种 混合物。

[0012] 所述乳化剂选自吐温‑20、吐温‑80、op‑10、司盘‑80中一种。

• [0013] 所述转相剂为非离子表面活性剂，选自失水山梨醇单月桂酸酯、辛基酚聚氧乙烯 醚、聚乙二醇辛基苯基醚和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或几种混合物。

• [0014] 所述疏水缔合聚丙烯酰胺是用常规的水溶液聚合或者胶束聚合工艺制备得到。制 备疏水缔合聚合物的不饱和疏水单体可以是阴离子型、阳离子型或非离子型，选自8—21个 碳原子的单乙烯类化合物。

• [0015] 优选的，所述不饱和疏水单体选自N‑烷基取代丙烯酰胺及其衍生物、长链烷基不 饱和季铵盐、（甲基）丙烯酸烷基酯、丙烯酰胺烷基磺酸及其磺酸盐中的一种或多种。

[0016] 优选的，所述阴离子型单体是丙烯酰胺十二烷基磺酸钠、丙烯酰胺十四烷基磺酸 钠、丙烯酰胺十六烷基磺酸钠、丙烯酰胺十八烷基磺酸钠中的一种或多种，非离子型单体是 N‑十二烷基丙烯酰胺、N‑十四烷基丙烯酰胺、N‑十六烷基丙烯酰胺、N‑十八烷基丙烯酰胺， （甲基）丙烯酸十二烷基酯、（甲基）丙烯酸十四烷基酯、（甲基）丙烯酸十六烷基酯和（甲基） 丙烯酸十八烷基酯，阳离子型单体是烯丙基十二烷基氯化铵、烯丙基十四烷基氯化铵、烯丙 基十六烷基氯化铵、烯丙基十八烷基氯化铵中的一种或多种。

• [0017] 一种疏水缔合聚丙烯酰胺悬浮乳液的制备方法，该制备方法包括如下步骤： 步骤一、将有机烷烃溶剂置于带机械搅拌的反应釜中；

步骤二、向反应釜中依次加入粘土，高分子稳定剂，小分子乳化剂； 步骤三、加入转相剂；

• 步骤四、加入疏水缔合聚丙烯酰胺粉剂，持续搅拌。

• [0018] 本发明采用引入高分子稳定剂作为稳定体系的一种组分。高分子稳定剂是指相对 分子数量在数千以上，并具有表面活性的高分子化合物。高分子乳化剂因结构独特，亲水基 团和疏水基团大小、位置等可以调节，具有一系列独特的性能。首先，它具有很好的稳定性， 不易发生迁移与解吸；其次，高分子稳定剂两端具有碳氢长链，可以与油相在界面层形成定

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