CN102924655B - 一种调剖用高强耐温粘弹聚合物 - Google Patents
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Abstract
一种调剖用高强耐温粘弹聚合物，其特征在于该聚合物的配比为：各原料按质量份配比，丙烯酰胺5-60份；2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸5-55份；2-丙烯酰胺基十二烷磺酸2-15份；丙烯酸酯0-3份；N-乙烯基酰胺0-3份；阳离子单体1-5份；促溶剂0.01-1份；去离子水25-55份；本发明具有如下优点：一是反应经典：很容易实现工业化生产；二是产率较高：总产率达90%以上；三是该类聚合物的合成原料和工艺路线环境友好，对环境毒性小，生物降解性能好，优良抗盐、抗温等特点；四是与交联剂形成凝胶耐温、耐盐、抗剪切、稳定性优于普通聚合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种油田堵水调剖用聚合物，特别是一种调剖用高强耐温粘弹聚合物。
背景技术
油田注水开发过程中，注水开发的油田由于地层的非均质性和油藏地层的复杂性，随着注水量的增加，注水剖面的不均匀性增加，水在储层中运动都是沿阻力最小的路径前进，导致油井大量出水导致注水采油效率降低。目前国内油田大多数进入开发的中后期，为高含水期或过高含水期，主力油层已大面积水淹。
长期以来，我国矿场上使用的化学调堵剂一般以聚丙烯酰胺为主的各种地下交联凝胶类调驱体系，其成胶条件苛刻，堵塞程度低，不适合大孔道和裂缝油藏，耐温能力低，耐盐性能差，交联时间缓慢，交联体系在地层孔隙内长时间的运移造成扩散、稀释、剪切、降解等，从而造成本来在地面成胶条件就苛刻的交联体系在地下成胶情况变差，甚至造成部分交联体系无法交联；同时在温度较高时聚合物水解严重，而且随着地层温度升高，聚合物沉淀形成加快，高温高盐易导致聚丙烯酰胺从水溶液中沉淀出来，水解度越高现象越严重，溶液粘度对温度和盐度都非常敏感，在高温高盐中溶液粘度保留率很低，调堵效果越来越差。
目前铬凝胶体系是油藏应用最普遍的凝胶体系，主要是由还原产生的Cr（Ⅲ）与部分水解聚丙烯酰胺在一定条件下形成凝胶，凝胶时间通过选择合适的还原剂来调整。但众所周知，聚丙烯酰胺对剪切敏感，持续剪切环境下的剪切梯度可阻止混合物成胶，有些油田凝胶作业失败是由于聚合物高剪切梯度和聚合物在油藏岩石上高速吸附造成的。推广程度很高的聚合物驱目前还存在很多问题，因此改善油田开发效果，应用深部调驱技术挖掘高含水主力剩余油具有重要的意义，但是深部调驱具有以下难点：高温、高盐、不耐剪切等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服背景技术中存在的不足，提供一种调剖用高强耐温粘弹聚合物。该聚合物主要采用工业原料丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2甲基-1-丙磺酸等。
本发明采用的技术方案为：一种调剖用高强耐温粘弹聚合物，其特征在于该聚合物的配比为：
各原料按质量份配比
丙烯酰胺 5-60份；
2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸 5-55份；
2-丙烯酰胺基十二烷磺酸 2-15份；
丙烯酸酯 0-3份；
N-乙烯基酰胺 0-3份；
阳离子单体 1-5份；
促溶剂 0.01-1份；
去离子水 25-55份。
所述丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、含氟丙烯酸甲酯、含氟甲基丙烯酸甲酯、含硅丙烯酸甲酯、含硅甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；
所述N-乙烯基酰胺为N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺中的一种或两种；
所述促溶剂为尿素、硫脲、氨水、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或多种；
所述阳离子单体为烯丙基三甲基氯化铵、乙烯基苄基三甲基氯化铵、2-（甲基丙烯酰氧）乙基三甲基氯化铵、二甲基[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基][3-（三甲氧硅丙基）]氯化铵中的一种或多种。
所述配比中各原料按质量份配比优选为：
丙烯酰胺 10-40份，
2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸 13-30份，
2-丙烯酰胺基十二烷磺酸 6-14份，
丙烯酸酯 0-3份，
N-乙烯基酰胺 0-3份，
阳离子单体 1-5份，
促溶剂 0.01-1份，
去离子水 25-55份。
所述丙烯酸酯为含氟丙烯酸甲酯、含硅丙烯酸甲酯中的一种或两种；
所述N-乙烯基酰胺为N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺中的一种或两种；
所述促溶剂为碳酸铵；
所述阳离子单体为乙烯基苄基三甲基氯化铵、二甲基[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基][3-（三甲氧硅丙基）]氯化铵中的一种或两种。
所述配比中各原料按质量份配比为：
丙烯酰胺：19.5份；
2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸：16.8份；
2-丙烯酰胺基十二烷磺酸：9.2份；
含氟丙烯酸甲酯：0.5份；
N-乙烯基乙酰胺：0.2份；
二甲基[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基][3-（三甲氧硅丙基）]氯化铵：1.2份；
碳酸铵：0.08份；
去离子水：52.52份。
本发明配比中2-丙烯酰胺基-2甲基-1-丙磺酸是强电解质单体，由于2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸共聚物分子链上磺酸基团的电离，使得在较高的盐浓度下扔可保持相当程度的电离，因此抗盐程度比普通的聚合物好；由于加入了丙烯酸甲酯类产品，增强了聚合物链的刚性和增大聚合物分子量。增强链的刚性在一定程度上可以抵抗高温、高盐度的影响，克服了普通聚丙烯酰胺溶液与交联剂成胶后强度不大、不耐温、不耐剪切等问题。
本发明具有如下优点：一是反应经典：很容易实现工业化生产；二是产率较高：总产率达90%以上；三是该类聚合物的合成原料和工艺路线环境友好，对环境毒性小，生物降解性能好，优良抗盐、抗温等特点；四是与交联剂形成凝胶耐温、耐盐、抗剪切、稳定性优于普通聚合物。
具体实施方式：
实施例1：
溶液的配制：在烧杯中加入去离子水525.2g，依次加入2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸单体168g，2-丙烯酰胺基十二烷磺酸92g，搅拌均匀用氢氧化钠调整pH值在6.5左右，加入丙烯酰胺195g，含氟丙烯酸甲酯5g，N-乙烯基乙酰胺2g，二甲基[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基][3-（三甲氧硅丙基）]氯化铵12g，碳酸铵0.8g，搅拌均匀，调整温度在13±1℃之间。
溶液的聚合：吹氮气除氧30-40min，加入引发剂过硫酸铵，通氮气15min，加入引发剂甲醛亚硫酸氢钠，继续通氮气，当诱发期内有2℃的升温，停止通氮气，反应5小时结束，剪切，烘干，造粒得成品。
实施例2：
溶液的配制：在烧杯中加入去离子水320g，依次加入2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸单体550g，2-丙烯酰胺基十二烷磺酸20g，搅拌均匀用氢氧化钠调整pH值在6.5左右，加入丙烯酰胺50g，含氟丙烯酸甲酯30g，二甲基[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基][3-（三甲氧硅丙基）]氯化铵50g，碳酸铵0.1g，搅拌均匀调整温度在13±1℃之间。
溶液的聚合：吹氮气除氧30-40min，加入引发剂过硫酸铵，通氮气15min，加入引发剂甲醛亚硫酸氢钠，继续通氮气，当诱发期内有2℃的升温，停止通氮气，反应5小时结束，剪切，烘干，造粒得成品。
实施例3：
溶液的配制：在烧杯中加入去离子水250g，依次加入2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸单体50g，2-丙烯酰胺基十二烷磺酸150g，搅拌均匀用氢氧化钠调整pH值在6.5左右，加入丙烯酰胺600g，二甲基[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基][3-（三甲氧硅丙基）]氯化铵20g，碳酸铵10g，搅拌均匀调整温度在13±1℃之间。
溶液的聚合：吹氮气除氧30-40min，加入引发剂过硫酸铵，通氮气15min，加入引发剂甲醛亚硫酸氢钠，继续通氮气，当诱发期内有2℃的升温，停止通氮气，反应5小时结束，剪切，烘干，造粒得成品。
实施例4：
溶液的配制：在烧杯中加入去离子水400g，依次加入2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸单体300g，2-丙烯酰胺基十二烷磺酸60g，搅拌均匀用氢氧化钠调整pH值在6.5左右，加入丙烯酰胺100g，含氟丙烯酸甲酯2g，二甲基[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基][3-（三甲氧硅丙基）]氯化铵30g，碳酸铵2g，搅拌均匀调整温度在13±1℃之间。
溶液的聚合：吹氮气除氧30-40min，加入引发剂过硫酸铵，通氮气15min，加入引发剂甲醛亚硫酸氢钠，继续通氮气，当诱发期内有2℃的升温，停止通氮气，反应5小时结束，剪切，烘干，造粒得成品。
实施例5：
溶液的配制：在烧杯中加入去离子水441，依次加入2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸单体400g，2-丙烯酰胺基十二烷磺酸140g，搅拌均匀用氢氧化钠调整pH值在6.5左右，加入丙烯酰胺300g， N-乙烯基乙酰胺15g，二甲基[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基][3-（三甲氧硅丙基）]氯化铵40g，碳酸铵4g，搅拌均匀调整温度在13±1℃之间。
溶液的聚合：吹氮气除氧30-40min，加入氧化引发剂过硫酸铵，通氮气15min，加入还原引发剂甲醛亚硫酸氢钠，继续通氮气，当诱发期内有2℃的升温，停止通氮气，反应5小时结束，剪切，烘干，造粒得成品。
实施例6：
溶液的配制：在烧杯中加入去离子水550g，依次加入2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸单体230g，2-丙烯酰胺基十二烷磺酸40g，搅拌均匀用氢氧化钠调整pH值在6.5左右，加入丙烯酰胺400g，含氟丙烯酸甲酯2g，N-乙烯基乙酰胺30g，二甲基[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基][3-（三甲氧硅丙基）]氯化铵25g，碳酸铵6g，搅拌均匀调整温度在13±1℃之间。
溶液的聚合：吹氮气除氧30-40min，加入引发剂过硫酸铵，通氮气15min，加入引发剂甲醛亚硫酸氢钠，继续通氮气，当诱发期内有2℃的升温，停止通氮气，反应5小时结束，剪切，烘干，造粒得成品。
对本发明各实施例制得的调剖用高强耐温粘弹聚合物进行性能测试结果如下:
表1为本发明各实施例制得聚合物样品和对比物PAM成胶强度测试结果数据表。实验条件：聚合物浓度2000ppm、交联剂浓度4000ppm、基交比25:1、45℃条件下测定粘度；实验仪器：DV-Ⅲ粘度计或同类型产品、恒温干燥箱；实验步骤：1、按要求配好交联体系放入广口瓶中，用DV-Ⅲ粘度计测定粘度，此时粘度为第一天粘度；2、将测好后的样品放入45℃恒温干燥箱中；3、第2、3、6、7、10、13、20、23、30天分别测定样品粘度。
表1
由表1可以很直观的看到高强耐温粘弹聚合物成胶强度及稳定性优于普通聚合物PAM。
表2至表7分别为剪切率对本发明各实施例制得聚合物样品成胶强度的影响测试结果数据表。实验条件：聚合物浓度2000ppm、交联剂浓度4000ppm、基交比25:1、45℃条件下测定粘度；实验仪器：DV-Ⅲ粘度计或同类型产品、均化仪、恒温干燥箱；实验步骤：1、按确定好的基交比配制交联体系，测定初始粘度；2、用均化仪对样品进行剪切，控制剪切率在40%、60%、80%，测定初始粘度，将样品放入45℃恒温干燥箱中；3、第2、3、6、10、13、20、23、30天分别测定样品粘度。
表2
表3
表4
表5
表6
表7
由表2至7数据可以看出在不同剪切率下，高强耐温粘弹聚合物均能成胶，且成胶稳定性很好。
表8至表13分别为矿化度对本发明各实施例制得聚合物样品成胶强度的影响测试结果数据表。实验条件：氯化钠、聚合物浓度2000ppm、交联剂浓度4000ppm、基交比25:1、45℃条件下测定粘度；实验仪器：DV-Ⅲ粘度计或同类型产品、恒温干燥箱；实验步骤：1、分别用氯化钠配置1000ppm、5000ppm、8000ppm、30000ppm的水；2、按确定好的基交比配制交联体系（所用水为上述所配水），测定初始粘度，将样品放入45℃恒温干燥箱中；3、第2、3、6、10、13、20、23、30天分别测定样品粘度。
表8
表9
表10
表11
表12
表13
由表8至13中数据可知，随着矿化度增加，成胶强度减弱，但是成胶粘度均大于10000mpa.s，且成胶强度很稳定。
本发明各实施例中含氟丙烯酸甲酯可由具有共性的其它丙烯酸酯如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、含氟甲基丙烯酸甲酯、含硅丙烯酸甲酯、含硅甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种代替；N-乙烯基甲酰胺可由具有共性的其它N-乙烯基酰胺如N-乙烯基乙酰胺代替或使用；碳酸铵可由具有共性的其它促溶剂如尿素、硫脲、氨水、碳酸氢铵中的一种或多种替代；二甲基[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基][3-（三甲氧硅丙基）]氯化铵可由具有共性的其它阳离子单体如烯丙基三甲基氯化铵、乙烯基苄基三甲基氯化铵、2-（甲基丙烯酰氧）乙基三甲基氯化铵中的一种或多种替代。
Claims (3)
1.一种调剖用高强耐温粘弹聚合物，其特征在于该聚合物的配比为：
各原料按质量份配比
丙烯酰胺 5-60份；
2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸 5-55份；
2-丙烯酰胺基十二烷磺酸 2-15份；
丙烯酸酯 0-3份；
N-乙烯基酰胺 0-3份；
阳离子单体 1-5份；
促溶剂 0.01-1份；
去离子水 25-55份；
所述丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、含氟丙烯酸甲酯、含氟甲基丙烯酸甲酯、含硅丙烯酸甲酯、含硅甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；
所述N-乙烯基酰胺为N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺中的一种或两种；
所述促溶剂为尿素、硫脲、氨水、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或多种；
所述阳离子单体为烯丙基三甲基氯化铵、乙烯基苄基三甲基氯化铵、2-（甲基丙烯酰氧）乙基三甲基氯化铵、二甲基[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基][3-（三甲氧硅丙基）]氯化铵中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的一种调剖用高强耐温粘弹聚合物，其特征在于所述配比中各原料按质量份配比为：
丙烯酰胺 10-40份，
2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸 13-30份，
2-丙烯酰胺基十二烷磺酸 6-14份，
丙烯酸酯 0-3份，
N-乙烯基酰胺 0-3份，
阳离子单体 1-5份，
促溶剂 0.01-1份，
去离子水 25-55份；
所述丙烯酸酯为含氟丙烯酸甲酯、含硅丙烯酸甲酯中的一种或两种；
所述N-乙烯基酰胺为N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺中的一种或两种；
所述促溶剂为碳酸铵；
所述阳离子单体为乙烯基苄基三甲基氯化铵、二甲基[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基][3-（三甲氧硅丙基）]氯化铵中的一种或两种。
3.如权利要求2所述的一种调剖用高强耐温粘弹聚合物，其特征在于所述配比中各原料按质量份配比为：
丙烯酰胺：19.5份；
2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸：16.8份；
2-丙烯酰胺基十二烷磺酸：9.2份；
含氟丙烯酸甲酯：0.5份；
N-乙烯基乙酰胺：0.2份；
二甲基[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基][3-（三甲氧硅丙基）]氯化铵：1.2份；
碳酸铵：0.08份；
去离子水：52.52份。
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