一种聚合物固砂剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于疏松砂岩油藏化学防砂的聚合物固砂剂及其制备方法，属于 石油工程技术领域。
【背景技术】
[0002] 疏松砂岩油藏分布范围广、地质储量大，但在开采过程中砂粒容易从基质上剥落、 运移，从而产生严重的出砂问题。目前国内大部分砂岩油田进入高含水期，为保证油田稳 产，提液强度进一步增大，加剧了地层砂骨架结构的破坏，出砂的风险和规模越来越大，防 砂难度也越来越高。化学防砂技术可W在不动管柱的情况下，通过直接注入化学剂对地层 砂碱进行有效的固结，具有施工简单、井下不留工具等优点。尤其对于细粉砂及泥质含量高 的油藏，化学防砂效果明显优于传统的机械防砂方法。
[0003] 国内外主要使用的化学防砂方法包括桥接防砂、胶结防砂W及人工井壁防砂= 类。常用的防砂体系有树脂、水泥、阳离子聚合物、有机或无机凝胶等。近年来，国外报道了 一种利用硅烷偶联剂水解产生的娃醇与岩石表面形成共价键连接进行防砂的方法，既可W 作为独立段塞使用，也可W作为钻井泥浆、砂岩酸处理液、压裂液等多种油田工作液的添加 剂。但是该方法主要依靠岩石表面形成的单分子膜起作用，因此在较低浓度下固砂强度不 高，仅能在弱出砂地层中使用。
[0004] 针对现有技术的不足，考虑通过将带有双键的有机硅烷偶联剂与丙締酷胺、阳离 子单体等物质共聚合，形成具有多支链结构的新型阳离子聚合物。该聚合物的末端可水解 基团（如烷氧基、面素、酷氧基等)可W水解生成-Si-OH,而后与石英砂表面上的-Si-OH形成 氨键，受热固化脱水后形成-Si-O-Si共价键连接，从而在砂粒表面包裹一层牢固的吸附膜。 同时，聚合物的多支链结构可W相互缠绕交联，形成空间网状结构，增加砂粒间的接触点， 为吸附膜提供有力的支撑，从而大幅提高吸附膜的强度。此外，杂环上的带有正电荷的单元 可W与砂粒发生静电吸引，增强砂粒间的桥接强度。运种聚合物防砂方法结合了化学桥接 法和化学胶结法的优点与特色，可W满足中高等出砂强度下油水井防砂作业的要求。
[0005] 关于有机硅烷偶联剂与丙締酷胺聚合反应的报道较少，多侧重于使用有机娃对聚 丙締酷胺的改性。如专利CN102649830A使用超声辅助聚合法将有机娃单体、阳离子单体、丙 締酷胺共聚得到了一种疏水缔合聚丙締酷胺。由于分子中有机娃所占含量较少(约0.5%~ 10%)，因此该聚合物总体上仍保持着类似聚丙締酷胺的结构和性质。专利CN1528796A通过 乳液聚合法用有机娃对聚丙締酷胺进行改性，开发出一种具有良好耐溫性和缔合能力的二 元和=元共聚物。运种共聚物中有机娃所占比例同样较低(0.2%~10%)，其粘度比相同分 子量的聚丙締酷胺高。作为一种非离子-阴离子型聚合物主要用于油田=次采油方面。
【发明内容】
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[0006] 本发明的目的是提出一种聚合物固砂剂及其制备方法。
[0007] 本发明的目的按W下技术方案实现：
[0008] 所述聚合物固砂剂，由=元共聚物作为主剂，醇酸类物质作为助剂，HCl作为引发 剂和水或酸化体系在常溫下复配得到，各组分所占质量百分含量为:=元共聚物1 %~5 %， 醇酸类助剂0.5%~2%，肥1 1%~5%，水或酸化体系88%~97.5%，各组分的百分含量之 和为100%。
[0009] 其中，所述S元共聚物是W丙締酷胺(AM)或2-丙締酷胺基-2-甲基丙横酸(AMPS) 和阳离子单体二甲基二締丙基氯化锭(DMDAAC) W及带有双键的有机硅烷偶联剂化H570/ 八174、4171、4172、4151)的^元共聚物，即选自41、010440与硅烷偶联剂皿570^174)的共聚 物，AM、DMDAAC与硅烷偶联剂A171的共聚物，41、010440与硅烷偶联剂4172的共聚物，八1、 DMDAAC与硅烷偶联剂A151的共聚物，AMPS、DMDAAC与硅烷偶联剂KH570的共聚物，AMPS、 DMD AAC与硅烷偶联剂A171的共聚物，AMP S、DMD AAC与硅烷偶联剂A17 2的共聚物，AMP S、 DMDAAC与硅烷偶联剂A151的共聚物中的一种或几种。
[0010] 所述的醇酸类助剂选用乙二醇单下酸、乙二醇二下酸、二乙二醇下酸、丙二醇下酸 中的一种或几种。
[0011] 所述的酸化体系为氣棚酸、多氨酸、盐酸和氯化锭中的一种或几种。
[0012] 按照上述所述聚合物固砂剂的制备方法，按W下步骤实现：
[0013] 1.=元共聚物的制备：W氧化-还原体系为引发剂，利用自由基聚合原理，使单体 丙締酷胺或2-丙締酷胺基-2-甲基丙横酸和带有双键的有机硅烷偶联剂W及阳离子单体二 甲基二締丙基氯化锭发生自由基共聚合反应，得到分子量在500~2000万之间的具有多支 链结构的共聚物，具体的制备步骤还包括：
[0014] (1)在40~60°C下将单体A溶于水配制成质量分数为20%的母液；
[0015] (2)将阳离子单体B、有机硅烷偶联剂C与单体A母液按照质量比1:(1~3) :5混合；
[0016] (3)调节混合溶液抑在6.5~7.5范围内W减缓有机娃的水解；
[0017] (4) WlOmL/min~lOOmL/min的速度向混合溶液中通氮气除氧15~60min;
[001引（5)加入总单体质量0.1 %~1 %的引发剂D;
[0019] (6)在20~40°C下放置于水浴锅中反应0.5~化；
[0020] (7)将反应完毕后得到的胶状物剪碎、烘干、粉碎后得到=元共聚物。
[0021] 其中，所述的单体A，选自丙締酷胺(AM)、2-丙締酷胺基-2-甲基丙横酸(AMPS)中的 一种，主要根据使用溫度要求进行选择，70°C W上的高溫地层防砂时选用2-丙締酷胺基-2-甲基丙横酸，70°C W下的中低溫地层选用丙締酷胺。
[0022] 所述的阳离子单体B，主要是二甲基二締丙基氯化锭(DMDAAC)。
[0023] 所述的有机硅烷偶联剂C，选自3-(甲基丙締酷氧）丙基S甲氧基硅烷化H570/ A174)或乙締基S甲氧基硅烷(A171)或乙締基S(2-甲氧基乙氧基)硅烷(A172)或乙締基S 乙氧基硅烷(A151)中的一种。
[0024] 所述的引发剂D，主要为氧化-还原引发体系，选自过硫酸锭/亚硫酸氨钢、过硫酸 钟/亚硫酸氨钢、叔下基过氧化氨/焦亚硫酸钢中的组或几种组。
[0025] 2.聚合物固砂剂的制备：取按上述步骤制备的=元共聚物1%~5%，醇酸类助剂 0.5 %~2 %，盐酸1 %~5 %和水或酸化体系88 %~97.5%，在常溫下混合复配而成，上述各 组分的百分含量均为质量百分含量，各组分的百分含量之和为100%;所述的酸化体系为氣 棚酸、多氨酸、盐酸和氯化锭中的一种或几种。
[0026] 本发明的有益效果是:本发明是由丙締酷胺(AM)或2-丙締酷胺基-2-甲基丙横酸 (AMPS)与二甲基二締丙基氯化锭(DMDAAC) W及有机硅烷偶联剂共聚形成S元共聚物，属于 阳离子聚合物。主要利用合成聚合物在固体表面的成膜作用、杂环季锭盐与砂粒间的静电 吸引W及聚合物链节之间的相互缠绕来对砂粒进行固结，因此反应物中硅烷偶联剂所占比 重更大(30%~60% )，W保证产物分子中有足够多的娃氧基团能够与岩石产生多点吸附， 带正电的季锭盐链节可W通过静电作用将砂粒桥接。同时，在r激发下，通过末端基团水解 形成-Si-O-Si-键在砂粒表面固化成膜，通过多支化的长碳链间相互缠绕，形成S维网状结 构，增强了固结强度。
【具体实施方式】
[0027] 为了更加清楚地理解本发明，现对本发明的具体实施方案进行详细的阐述，但本 发明所保护范围不仅限于此。
[00%]实施例1，在40°C下将丙締酷胺单体溶于水配制成浓度为20%的丙締酷胺母液，然 后将二甲基二締丙基氯化锭、3-(甲基丙締酷氧)丙基S甲氧基硅烷化H570/A174)与丙締酷 胺母液按照质量比1: 3:5混合，调节混合溶液pH为7.0。W60mL/min的速度向混合溶液中通 氮气除氧30min，然后加入总单体质量1%的过硫酸锭/亚硫酸氨钢作为引发剂，在50°C下放 置于水浴锅中反应化后，得到的胶状产物，剪碎、烘干、粉碎得到后得到AM、DMDAAC和K册70/ A174的=元共聚物。分子结构为：
[0029]
[0030] 式中，m= 14000 ~100000，n = 6000 ~40000，1 = 6000 ~50000，分子量为 500 ~2000 万。
[0031] 将质量含量分别为2%的AM与DMDAACW及K册70的S元共聚物、1 %的乙二醇单下 酸、5%的盐酸和92%的水，在常溫下配制成8%的固砂剂水溶液。在70°C下使用填砂管物模 实验测量固砂剂抑砂率、临界出砂流速及地层伤害率。选用40-60目石英砂52.3g、100-120 目石英砂lOOg、高岭±2.7g混合均匀后，用湿法填制填砂管，卸掉填砂管一端筛网，将有筛 网的一端朝下，向填砂管中倒入一定量的标准盐水，然后加入适量混合砂粒，加砂量不得超 过填砂管中标准盐水水面，用铁键之类的工具敲击填砂管侧面加速砂粒沉降。填砂完毕后， 从有筛网一端(正向）WlmL/min的流速注入标准盐水2PW孔隙体积倍数），测量填砂管初始 渗透率Ki。然后反向注入固砂剂溶液1.5PV，关闭填砂管两端阀口，静置化。用ImL/min的流 量从有筛网的一端注入标准盐水，待压力曲线稳定后，测量渗透率K2。实验中，通常W20mL/ min下的抑砂率为基准。固砂剂对填砂管渗透率的影响见表1。固砂剂抑砂率及临界出砂流 速见表2。
[0032] 表1固砂剂对填砂管渗透率影响 r00331
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[0035]
[0036] 从表1及表2可W看出固砂剂对于地层渗透率具有一定的伤害，伤害率为12.0%， 伤害程度不大。由于实验用电累的最大注入速度为99.99m