物在海水中的抗温和耐剪切性能问题，两者 含量越高，耐温和耐剪切能力也越强，但是不宜过量，过量后会造成分子量越小、造成聚合 物难溶解。所以研究中会兼顾性能要求来确定各个组分适合的比例。理论上具有该组分聚 合物的稠化剂是一种超支化度的分子结构，每一个分子链节中都有一个枝型结构的侧链， 聚合物具有的分子结构模型如图1所示。
[0041] 具有多支链结构的聚合物其支链越多可水解能力越差，抗温性能越好。支链中磺 化官能团越多抗盐能力越强。而支链越多交联点位越多，交联剂与聚合物具有较多的交联 点和较强劲的交联韧性。交联点越多交联体的携砂能力也越强。交联韧性越强耐剪切能力 越强。
[0042] 本实施例中的稠化剂称为海水基速溶稠化剂，该稠化剂为以磺酸盐为主体结构， 以乙烯基吡咯烷酮、丙烯腈、阳离子单体为次主单体合成的聚合物；磺酸盐、乙烯基吡咯烷 酮、丙烯腈、阳离子单体的重量比为：9:2:4:1。
[0043] 其中的磺酸盐为2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸盐。具体实施时，
[0044] 其中的阳离子单体为甲基二烯丙基氯化铵；具体实施时也可以用甲基丙烯酰氧乙 基三甲基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种。或者将其中的组分混合。
[0045] 将淡水压裂体系中常用的植物胶稠化剂和本实施例中的海水基速溶稠化剂分别 在海水和淡水中进行流变测试对比。
[0046] 实验条件：同在0. 5%浓度下的不同植物胶和聚合物，120°C，170s1条件下剪切Ih 的粘度值。对比数据如表2 :
[0047] 表2不同稠化剂抗剪切、耐盐、水不溶物指标对比
[0048]
[0049] 根据对比结果显示出：海水基速溶稠化剂其水不溶物仅仅为0. 05%，比任何一种 植物类的和复合植物胶的水不溶物都低的多，对地层的伤害小。而且其抗温性能和抗剪切 性能均好于植物胶和复合植物胶。
[0050] 为了使海水基速溶稠化剂满足海水配液要求；技术人员对稠化剂的生产工艺进行 了改进。具体步骤为：
[0051] 步骤1)，以往工艺中是用水将功能单体进行溶解。优化后，用浓度0. 02摩尔/升 的EDTA的二钠盐代替水，进行功能单体的溶解。其主要作用是以此来解决高矿化度对稠化 剂交联强度、交联速度和交联后粘度的影响。
[0052] 步骤2)，将以往工艺中釜式聚合改为平板釜聚合工艺。在这个体系的聚合过程中， 功能单体能否按照预定的结构聚合是合成的关键。传统水溶液聚合法主要依靠催化剂、浓 度、起始温度的选择将单体聚合，然而在这个分子设计中，几种单体的竞聚率不相同，甚至 相差很远，更难的是要在H)TA盐溶液中将功能单体均匀聚合，仅靠传统的水溶液催化聚合 法很难实现。
[0053] 步骤2)中催化剂选用过氧化物与还原剂一起组成的氧化还原体系。其中过氧化 物可以为过氧化氢、过氧化苯甲酰和叔丁基过氧化物中的一种或几种；还原剂则可以采用 亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、有机胺中的一种或多种。
[0054] 催化剂的用量按重量百分比为单体的1 %至2. 8%或者3. 1 %至5%。
[0055] 要克服超支链单体竞聚率相差大和EDTA盐溶液阻聚造成的自由基聚合难的问 题，一要提高聚合单体的有效浓度，二要增大氧化还原剂的用量。如果采用以往聚合工艺中 的釜式聚合，只是釜大与釜小的区别。我们知道，单体浓度越高、催化剂量越大越容易聚合， 然而反应放热也越多，容易形成爆聚，爆聚的直接结果是分子量极低而且很容易造成聚合 物不溶解。为保证分子量不太低，最好控制在300-500万之间，更要保证聚合物的溶胀时间 要求控制在5min之内，一个首要问题是及时将聚合热撤出反应体系外。鉴于釜式聚合聚合 热很难及时撤出，出于这种需求，我们将采用一种新式聚合工艺，即平板聚合工艺。
[0056] 所谓平板聚合工艺是将已经引发了的聚合物粘稠溶液迅速导流到宽100cm，高度 为Icm的平板中，根据单体聚合能力的需要，在平板中还需要补充一部分催化剂。采用这种 平板代替聚合釜目的是能够快速的撤掉因单体和催化剂浓度增大而造成的急剧升温。利用 这种工艺一方面保证竞聚率不相同的功能单体聚合，实现稠化剂的耐剪切、抗温、抗盐、携 砂流变性能。
[0057] 步骤3)，在平板聚合结束后增加捏合机捏合后处理工序。将平板状胶体倒入捏合 机进行表面活性剂处理接枝再聚合，处理的目的是增加聚合物的后亲水性能，提高溶解速 度。
[0058] 步骤4)，对聚合物进行烘干。
[0059] 步骤5)粉碎工序用柱磨机代替对滚粉碎机降低成品聚合物的粒径。
[0060] 步骤6)用60目筛分机进行筛分，将聚合物由普通的30-40目该换成到60目，用 降低聚合物粒径物理方法解决产品的速溶问题。
[0061] 通过上述工艺得到的海水基速溶稠化剂与现有的性能较好的产品胍胶的对比实 验数据如表3和表4所示。
[0062] 表3胍胶在不同水中的溶解速度及粘度对比
[0066] 海水基速溶稠化剂的红外光谱如图3所示；通过红外光谱分析，可以看出其中共 聚产物中同时存在3种共聚单体结构。A中-SO3-的3个振动吸收峰，分别是1188、1115和 1040cmSB中酰胺基团的羰基伸缩吸收峰对应1665cm1X中的CN键对应1614cmi。D的酯 羰基特征峰1720cm\不明显，需要由元素分析定量确定其存在。
[0067] 对海水基速溶稠化剂的评测依据石油天然气行业标准《SY/T5107-2005水基压裂 液性能评价方法》进行实验。
[0068] 超支化聚合物要与交联剂形成一定强度的冻胶压裂液，交联剂分子的半径越小， 所需的稠化剂浓度就越大；增大交联剂分子的半径，就可以降低稠化剂浓度，也可以形成一 定强度的冻胶。本课题研究出含有多头官能团的新型交联剂，称之抗盐复合交联剂。设想 的交联剂分子模型如图4。
[0069] 抗盐复合交联剂是以氧氯化锆、柠檬酸、二乙醇胺、三乙醇胺和丙三醇等为原料， 研究了配位体种类、配位体与氧氯化锆配比、反应温度和反应时间等对合成的有机锆在PH 值为3,交联比为100 :: 06的条件下交联海水基压裂液分子的性能，发现：选择三乙醇胺、柠 檬酸和氧氯化锆为原料合成的有机锆在氧氯化锆：柠檬酸：三乙醇胺的摩尔比为2:1:7,反 应温度为80°C_90°C，反应时间控制在4-6h时，合成有机锆对稠化剂有较好的交联性能，形 成冻胶的时间较短、凝胶状态良好，耐温性较好。有机锆交联剂的机构表征如图5所示。
[0070] 由图可以看出：3353. 3cm1处的吸收峰可能是胺的N-H(伸缩）振动，也可能是-OH 的收缩振动，3158. 4cm1处的吸收峰是羧酸分子中的-OH振动，2937. 7cm1和2901cm1处的 吸收峰是烷基的C-H(伸缩）振动，1631. 5cm1处的吸收峰是C= 0(伸缩）振动，1095. 5cm1 处的吸收峰是胺的C-N(伸缩）振动，可知合成的有机锆中含有胺基和羟基。
[0071]当交联剂与稠化剂水溶液接触时，聚合金属离子与稠化剂中的羟基、酰胺基、氨基 产生交联形成多头结构。一般交联剂都是配制成一定浓度的水溶液，水是聚合两性金属离 子的稀释液。在抗盐复合交联剂配制过程中，用低分子聚合物水溶液代替水作为聚合两性 金属离子的稀释液，同时加入适量有机酸作为离子保护剂和抑制剂。
[0072] 低分子聚合物稀释液是由3000~5000分子量的聚丙烯酸钠和3000~5000分子 量的聚丙烯酸组成，将二者配制成一个缓冲溶液作为交联剂的稀释液，其主要目的是提高 交联剂的