本發(fā)明屬于油氣田壓裂材料開發(fā)，涉及一種自降解清潔壓裂劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、壓裂技術(shù)作為提升非常規(guī)油氣資源開發(fā)效率的關(guān)鍵手段，其核心目標(biāo)在于實現(xiàn)單井增產(chǎn)增注。這一技術(shù)通過壓裂液傳遞的高壓在地層巖石中誘導(dǎo)形成人工裂縫，隨后將高強(qiáng)度支撐劑引入并填充這些裂縫，從而構(gòu)建出具有高流通能力的油氣傳輸通道，并顯著擴(kuò)大油氣的滲流面積。針對非常規(guī)儲層的特性，壓裂改造過程中采用了減阻性能更為優(yōu)異的聚丙烯酰胺作為壓裂液，以期獲得更佳的壓裂效果。然而，壓裂后的液體需要經(jīng)歷破膠返排過程，以減少對儲層的潛在傷害。高分子聚合物，如聚丙烯酰胺，可通過機(jī)械外力降解和化學(xué)降解兩種方式實現(xiàn)破膠。在聚丙烯酰胺的破膠過程中，通常需要伴注破膠劑（如過硫酸銨）以刺激自由基反應(yīng)，從而將大分子聚合物降解為小分子。但實際操作中，固體的過硫酸銨與壓裂液混合時存在不均勻的問題，這可能導(dǎo)致部分大分子聚合物無法完全破膠而吸附在地層中，進(jìn)而造成地層堵塞。此外，過硫酸銨在分解過程中會產(chǎn)生so42-離子，這些離子與地層水中的ca2+、mg2+、ba2+、sr2+等陽離子反應(yīng)，容易形成地層結(jié)垢，進(jìn)一步加劇地層孔隙的堵塞風(fēng)險。

2、為解決上述問題，基于可自降解聚合物的清潔壓裂液應(yīng)運(yùn)而生，這種新型壓裂液無需額外加入破膠劑，即可在壓裂過程中實現(xiàn)自降解，從而有效避免破膠不徹底及地層結(jié)垢的問題。這一創(chuàng)新不僅有望提升壓裂效率，還能顯著降低對儲層的潛在傷害，為低孔低滲且敏感性強(qiáng)的非常規(guī)儲層的高效開發(fā)提供有力支持。

3、中國專利申請cn117106129a公開了一種清潔環(huán)保型自降解反相乳液聚合物及其制備方法，該方法以酯類化合物替代傳統(tǒng)的白油作為油相分散相，酯類化合物可自降解成醇和酸，作為壓裂液應(yīng)用有效實現(xiàn)了聚丙烯酰胺的自發(fā)破膠，有效降低外來流體對儲層的傷害。雖然該方法采用酯類替代白油作為油相分散相，減少了溶劑油污染，但仍需油相體系（乳化劑、轉(zhuǎn)相劑）和復(fù)雜的反相乳液聚合工藝（預(yù)乳化和氮氣保護(hù)），在環(huán)保性上仍有待提高，另外，該聚合物依賴酯類自降解為酸/醇輔助破膠，降解速率受環(huán)境條件（如溫度、ph）影響較大，破膠過程不可控。另外，中國專利申請cn118063676a公開了一種自降解減阻劑及其制備和應(yīng)用，該自降解減阻劑由丙烯酰胺、降解性單體a、支化功能單體b和磺化交聯(lián)單體c聚合而成，所述的降解性單體a為含有硫代環(huán)狀碳酸酯的5-(異丁烯?；?甲基-1,3-氧硫雜環(huán)戊烷-2-硫酮或者含有硫內(nèi)酯的(2-氧代三氫噻吩-3-基)甲基丙烯酸甲酯；所述的支化功能單體b為2-(二甲基氨)乙基甲基丙烯酸鹽或n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺；所述的磺化交聯(lián)單體c為2-氨基乙烷-1-磺酸鹽，該減阻劑雖然通過降解性單體a的引入實現(xiàn)了自降解，但是需合成復(fù)雜支化結(jié)構(gòu)（如硫代環(huán)狀碳酸酯、磺化交聯(lián)單體），單體種類多、合成步驟復(fù)雜，另外，該自降解減阻劑通過支化結(jié)構(gòu)（如n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺）提升抗剪切能力，但支化會導(dǎo)致分子鏈纏結(jié)困難，影響降解效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種自降解清潔壓裂劑及其制備方法，進(jìn)一步采用該壓裂劑制備水性清潔壓裂液，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的壓裂液在使用時需要加入破膠劑，導(dǎo)致壓裂施工后期出現(xiàn)的破膠不徹底以及地層和井筒結(jié)垢的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、一種自降解清潔壓裂劑，所述自降解清潔壓裂劑的結(jié)構(gòu)式如下：

4、

5、其中，式中m、a、y、n、o以及p為相應(yīng)聚合單元的聚合度；

6、所述自降解清潔壓裂劑的相對分子質(zhì)量為300萬~850萬。

7、上述的一種自降解清潔壓裂劑的制備方法，包括以下步驟：

8、s1：將聚合物單體以及二烯丙基聚氧乙烯醚加入水中，攪拌溶解，然后調(diào)節(jié)體系的ph值為6.5~7.5，調(diào)節(jié)ph值過程中，維持體系的溫度低于28?℃，其中，所述聚合物單體包括丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸以及乙烯基吡咯烷酮；所述聚合物單體占聚合物單體與水總質(zhì)量的30%~31%；

9、s2：將調(diào)節(jié)完ph值的體系降溫至0~5?℃，除去體系中的溶解氧，加入引發(fā)劑進(jìn)行聚合反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)體系達(dá)到最高反應(yīng)溫度時，持續(xù)保溫反應(yīng)，制得聚合膠塊；

10、s3：對所述聚合膠塊進(jìn)行造粒、破碎以及過篩處理，制得所述自降解清潔壓裂劑。

11、優(yōu)選的，所述聚合物單體中，丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、乙烯基吡咯烷酮質(zhì)量比為(120~160):(90~120):(20~40):(0.5~5)。

12、優(yōu)選的，所述二烯丙基聚氧乙烯醚占聚合物單體總質(zhì)量的1%~10%。

13、優(yōu)選的，步驟s2中，除去體系中的溶解氧，具體為，向體系中通入純度為99.99%氮氣20~40?min，完成溶解氧的去除過程。

14、優(yōu)選的，步驟s2中，所述引發(fā)劑為氧化類引發(fā)劑、還原類引發(fā)劑以及偶氮類引發(fā)劑構(gòu)成的復(fù)合引發(fā)劑；所述氧化類引發(fā)劑、還原類引發(fā)劑與偶氮類引發(fā)劑的質(zhì)量比為1:2:(50~100)。

15、優(yōu)選的，所述氧化類引發(fā)劑占聚合物單體總質(zhì)量的0.001%~0.05%，所述還原類引發(fā)劑占聚合物單體總質(zhì)量的0.002%~0.1%，所述偶氮類引發(fā)劑占聚合物單體總質(zhì)量的0.1%~0.5%。

16、優(yōu)選的，步驟s2中，持續(xù)保溫反應(yīng)1~2?h。

17、優(yōu)選的，步驟s2中，持續(xù)保溫反應(yīng)后，將產(chǎn)物在70~90?℃下干燥4~6?h，制得所述聚合膠塊。

18、一種自降解清潔壓裂液，將上述的一種自降解清潔壓裂劑溶于水中制得，所述自降解清潔壓裂液的質(zhì)量濃度為0.05%~0.4%；所述壓裂液的減阻率為65%~80%，在90?℃、170s-1條件下剪切1?h后的剪切剩余粘度為40~80?mpa·s，在60?℃和90?℃溫度下進(jìn)行降解，當(dāng)粘度低于5?mpa·s的時間分別為90~220?h和50~190?h。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

20、本發(fā)明公開一種自降解清潔壓裂劑，該自降解清潔壓裂劑的結(jié)構(gòu)式如下：

21、

22、其中，式中m、a、y、n、o以及p為相應(yīng)聚合單元的聚合度；所述自降解清潔壓裂劑的相對分子質(zhì)量為300萬~850萬。

23、第一方面，該自降解清潔壓裂劑中包含有作為抗鹽單體的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸單元（包含聚合度為o的單元）、作為剛性單體的乙烯基吡咯烷酮單元（包含聚合度為p的單元），更重要的是，該壓裂劑中鍵合有作為降解單元的二烯丙基聚氧乙烯醚（包含聚合度為a和y的單元）。2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（amps）作為抗鹽單體，提高了聚合物的耐鹽性能，乙烯基吡咯烷酮（nvp）作為剛性單體，提高了聚合物作為壓裂液應(yīng)用中的抗剪切性，二烯丙基聚氧乙烯醚作為降解單體，實現(xiàn)聚合物的自降解性，避免了破膠劑的加入，同時，通過二烯丙基聚氧乙烯醚作為內(nèi)置降解單體，可定向設(shè)計降解路徑，破膠更可控，相應(yīng)的單體之間協(xié)同作用，實現(xiàn)抗鹽、抗剪切與自降解的協(xié)同優(yōu)化。

24、第二方面，本發(fā)明通過引入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（amps）作為抗鹽單體，其磺酸基團(tuán)對高價金屬離子（ca2?、mg2?）具有強(qiáng)耐受性，本發(fā)明壓裂劑在高礦化度返排液中仍能保持高粘度，可直接重復(fù)利用返排液，降低淡水消耗；另外，本發(fā)明采用乙烯基吡咯烷酮（nvp）作為剛性單體，通過分子鏈剛性化增強(qiáng)抗剪切性，同時保持線性結(jié)構(gòu)，避免支化與降解性能的沖突。

25、第三方面，本發(fā)明控制自降解清潔壓裂劑的相對分子質(zhì)量為300萬~850萬，平衡了壓裂劑的粘度、強(qiáng)度、自降解性能以及攜砂性能。

26、另外，本發(fā)明還公開了上述的一種自降解清潔壓裂劑的制備方法，該壓裂劑采用水溶液聚合法，僅需常規(guī)丙烯酸類單體與二烯丙基聚氧乙烯醚共聚反應(yīng)即可獲得，完全避免油相體系的使用，減少對乳化劑和轉(zhuǎn)相劑的依賴，工藝簡單，且反應(yīng)條件溫和（低溫0~5℃），無需復(fù)雜交聯(lián)或支化步驟，更適合規(guī)模化生產(chǎn)。具體的，在制備過程中，將聚合物單體以及二烯丙基聚氧乙烯醚加入水中溶解，控制所述聚合物單體占聚合物單體與水總質(zhì)量的30%~31%，可得到相對分子質(zhì)量滿足要求的聚合物，然后調(diào)節(jié)體系的ph值為6.5~7.5，可使得引發(fā)劑發(fā)揮最佳自由基引發(fā)聚合效果，以獲得理想的目標(biāo)聚合物壓裂劑，在調(diào)節(jié)ph值過程中，維持體系的溫度低于28?℃，有效避免了單體的自聚過程；然后控制體系溫度為0~5?℃，并除去體系中的溶解氧，可避免氧氣與自由基結(jié)合形成過氧化自由基，這些過氧化自由基的活性較低且產(chǎn)生阻聚作用，無法有效地參與聚合反應(yīng)，然后加入引發(fā)劑進(jìn)行聚合反應(yīng)，且當(dāng)反應(yīng)體系達(dá)到最高反應(yīng)溫度時，持續(xù)保溫反應(yīng)，制得聚合膠塊，聚合過程為放熱過程，體系溫度逐漸升高，當(dāng)反應(yīng)體系達(dá)到最高反應(yīng)溫度時保溫反應(yīng)，可使得體系中的單體充分發(fā)生聚合反應(yīng)；最后對制得的聚合膠塊進(jìn)行造粒、破碎以及過篩處理，制得所述自降解清潔壓裂劑，使得后續(xù)的使用更加便捷。

27、另外，本發(fā)明還公開一種自降解清潔壓裂液。具體的，將上述的一種自降解清潔壓裂劑按照一定比例溶于水中制得壓裂液，所述自降解清潔壓裂液的濃度為0.05%~0.4%，可使得液體作為滑溜水或攜砂液使用。