CN102952532A - 一种提高油田聚合物驱粘度稳定性的方法 - Google Patents

一种提高油田聚合物驱粘度稳定性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种提高油田聚合物驱粘度稳定性的方法，解决了在高温、含氧条件下聚合物粘度降低的问题。本发明使用阴离子型聚丙烯酰胺以及六次甲基四胺和硫脲。通过在配聚前投入硫脲，配聚后投入六次甲基四胺，使聚合物溶液的粘度稳定性大幅提高。本发明可使驱替液的粘度稳定性大幅提高，并增强了聚丙烯酰胺抗高温性能和抗氧化性能，工艺简单，成本较低，且便于运输和储藏。

Description

一种提高油田聚合物驱粘度稳定性的方法
技术领域
本发明涉及三次采油中的聚合物驱，更具体地涉及一种提高油田聚合物驱粘度稳定性的方法。
背景技术
在三次采油技术中，提高石油采收率的方法很多，如注表面活性剂、注聚合物稠化水、注碱水驱、注CO2驱、注碱加聚合物驱、注惰性气体驱、注烃类混相驱、火烧油层和注蒸汽驱等。目前在国内高含水油田的开采过程中，普遍采用聚合物驱以提高油田采收率；聚合物驱机理就是在注入水中加入高分子聚合物，增加驱替相粘度，调整吸水剖面，增大驱替相波及体积，从而提高最终采收率。我国原油粘度高，比较适合聚合物驱；但由于聚合物易受到高温、氧化、剪切、矿物盐等共同作用的影响，易发生降解，进而使其粘度迅速降低，导致油田采收率得不到保障。因此需在聚合物抗温、抗盐研究方面加大力度，筛选出适合的添加剂，使驱油剂不仅有较强的增粘性，同时也有较好的稳定性。
专利公开号CN101074365提供一种高温交联剂，其使用乙酸铬(8-12％)、苯酚(10-15％)、乌洛托品(六次甲基四胺，5-8％)、甲醛(24-45％)、间苯二酚(0.05-1％)和水(20-40％)制成聚合物驱耐高温交联剂，可有效提高驱替液的抗高温性能。但该发明中的交联剂需要在配聚之前提前制备，需提供额外的配套装置；且六次甲基四胺使用量过高。
专利申请号CN200910216370提供一种耐高温延缓交联聚合物深部调剖剂，由阴离子部分水解聚丙烯酰胺和交联剂乌洛托品、苯酚及硫脲交联反应而成，在交联反应的过程中通过控制反应条件(浓度、配比、反应温度等)，使得整个反应体系最终得到以分子内交联为主，分子间交联为辅的三维网状结构的聚合物交联凝胶体系。该发明得到的调剖剂耐高温，可延缓交联，成胶后加压可流动，能够实现深部调剖的调剖剂。其中，交联剂乌洛托品、苯酚和硫脲在溶液中重量百分比分别为0.15％、0.03％和0.005-0.02％。该发明中三种交联剂与聚丙烯酰胺均按配比加淡水一步混合配置调剖剂；但需要苯酚参与交联反应，且其中六次甲基四胺使用量依然很高。
发明内容
本发明的目的是避免现有技术中的不足，增强聚丙烯酰胺抗高温和抗氧化的能力，并使聚合物溶液的粘度稳定性得以提高。进而降低流度比，提高波及系数，增加油田采收率。
本发明提供一种提高油田聚合物驱粘度稳定性的方法，包括如下步骤：步骤A，配聚前，在常温下将还原剂硫脲搅拌溶于配聚水中，静置；步骤B，配聚中，在20～40℃下将阴离子型聚丙烯酰胺吹洒搅拌加入步骤A所得的配聚水中，静置得到聚合物溶液；所述聚丙烯酰胺分子量为1000～2000万，水解度20～30％；步骤C，配聚后，向步骤B所述聚合物溶液中搅拌加入稳粘剂六次甲基四胺，所述六次甲基四胺的浓度为50～250mg/L，即其在溶液中重量百分数为0.005～0.025％。
本发明克服了上述专利中六次甲基四胺投加量过高的问题。本发明采用聚合物水解度在20～30％的超高分子量聚丙烯酰胺，可以有效提高聚合物溶液的初始粘度。本发明通过在配聚水中加入硫脲(即在配聚前加入硫脲)的方式，可以有效降低水中溶解氧的含量，减少配聚过程中聚合物氧化降解的损失；而在注入高温地下后，硫脲的存在可以减少羟基自由基的形成，避免聚合物发生自由基降解，进而可以极大地提高聚合物溶液粘度的稳定性。本发明不需要提前制备交联剂，而是直接将六次甲基四胺加入到聚合物溶液中，因而在降低成本的同时操作又极为简便。本发明提高油田聚合物驱粘度稳定性的方法中，仅需要硫脲、聚丙烯酰胺和六次甲基四胺这三种药剂即可实现聚合物驱的粘度稳定，无需苯酚等其他物质参与交联反应，本发明是通过高温下产生的甲醛直接参与反应，降低了使用成本，并能够满足现场采油对驱替液粘度的要求，同时，也使采出水更易处理并达标外排。
优选本发明中所述阴离子型聚丙烯酰胺的浓度范围为500～2500mg/L，硫脲的浓度范围为50～250mg/L；更优选二者的浓度范围分别为1000～2000mg/L和100～200mg/L。
优选本发明中所述六次甲基四胺浓度范围为100～200mg/L。
本发明中所要求的配聚水较优条件为：总矿化度低于20000mg/L，Fe2+浓度低于0.2mg/L，pH值为5～9。优选本发明中所述步骤B中的配聚温度为25～30℃，配聚中搅拌速度为50～500转/分。
本发明方法应用于油田的三次采油时，所适用的油田地藏温度范围为65～95℃。
本发明所使用的六次甲基四胺的结构式为：
Figure BSA00000558889900021
所述化合物为无色或白色晶体，溶于水，醇、醚等。本发明的化合物结构可通过元素分析、傅立叶红外光谱、核磁共振和质谱等加以确定。
本发明所使用的六次甲基四胺其分子结构中含有四个氮原子，因此可在三维空间与阴离子型聚丙烯酰胺中的酰胺基或者与水解产生的羧酸基形成多个氢键，增强了聚丙烯酰胺分子内及分子间的弱相互作用。同时在高温下，六次甲基四胺缓慢分解成氨和甲醛，而甲醛可以与阴离子型聚丙烯酰胺发生缩合反应，使聚丙烯酰胺分子间形成交联，使原本线性的聚丙烯酰胺分子形成空间网状结构的甲撑基聚丙烯酰胺凝胶，从而增强了其抗高温和抗盐的能力，并使驱替液的粘度稳定性得以提高。
阴离子型聚丙烯酰胺与甲醛缩合反应过程如下：
本发明所使用的硫脲的结构式为：
Figure BSA00000558889900041
所述化合物为白色光亮苦味晶体，溶于冷水、乙醇、微溶于乙醚。本发明的化合物结构可通过元素分析、傅立叶红外光谱、核磁共振和质谱等加以确定。
本发明方法的具体操作可以如下。向配聚水中加入还原剂硫脲：在常温下，将硫脲溶于配聚水中，并不断搅拌，如搅拌时间1小时并静置1小时；配制聚合物溶液：在20℃～40℃下将阴离子型聚丙烯酰胺分多次吹洒入已加入硫脲的配聚水中搅拌，搅拌速度控制在使聚丙烯酰胺颗粒充分分散开为宜，待聚丙烯酰胺颗粒充分分散后，将搅拌速度控制在120转/分以内，搅拌时间2小时，并静置2～6小时；向聚合物溶液中加入稳粘剂六次甲基四胺：将六次甲基四胺固体颗粒投加入聚合物溶液中，搅拌时间0.5～1小时，使其充分溶解。
具体实施方式
以下仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可很容易进行的改变或变化都涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。
本发明中粘度测量使用BrookField DV II+型粘度计，测量时选取0号转子，转速为n＝6min-1。
实施例1
聚丙烯酰胺：分子量为1800万，水解度为26％。
配聚水：总矿化度为362mg/L，Na+、K+浓度为79.2mg/L，Ca2+浓度为23.4mg/L，Mg2+浓度为9.5mg/L，Cl-浓度为104mg/L，SO4 2-浓度为20mg/L，HCO3 -浓度为126mg/L，pH值为7.8的水溶液。
实验方法：在常温下，在配聚水中加入50mg/L的硫脲，搅拌2小时，静置1小时；在25℃下，将阴离子型聚丙烯酰胺分多次吹洒入已加入硫脲的配聚水中搅拌，初始的搅拌速度为300转/分，待聚合物颗粒充分分散后，将搅拌速度控制在120转/分，搅拌2小时，并静置6小时，最终配制出浓度为1500mg/L的聚合物溶液；向聚合物溶液中加入六次甲基四胺，使溶液中六次甲基四胺的浓度达150mg/L，搅拌0.5小时，使其充分溶解；
粘度保留率：将所制样品放置于80℃下恒温水浴保存，并在80℃下定期测定其粘度变化。30日后的粘度保留率为25.2％。
实施例2
聚丙烯酰胺和配聚水条件同实施例1。
实验方法同实施例1，但向配聚水中加入硫脲的浓度达到100mg/L。所得样品在80℃保存30日后的粘度保留率为56.0％。
实施例3
聚丙烯酰胺和配聚水条件同实施例1。
实验方法同实施例1，但向配聚水中加入硫脲的浓度达到150mg/L。所得样品在80℃保存30日后的粘度保留率为93.4％。
实施例4
聚丙烯酰胺和配聚水条件同实施例1。
实验方法同实施例1，但向配聚水中加入硫脲的浓度达到200mg/L。所得样品在80℃保存30日后的粘度保留率为95.6％。
由实施例1～4可知，在六次甲基四胺浓度一定的情况下，随着硫脲投加量的增加，聚合物溶液在高温下的粘度保留率不断提高；但随着硫脲投加量的增加，聚合物溶液粘度保留率提高的幅度放缓。在硫脲投加浓度为200mg/L相比于其浓度为150mg/L时，其粘度保留率提高幅度不明显。
实施例5
聚丙烯酰胺：分子量为1200万，水解度为22％。
配聚水：总矿化度5002mg/L，Na+、K+浓度为1601mg/L，Ca2+浓度为14mg/L，Mg2+浓度为7.5mg/L，Cl-浓度为1172mg/L，SO4 2-浓度为391.5mg/L，HCO3 -浓度为1816mg/L，pH值为8.2的水溶液。
实验方法：在常温下，在配聚水中加入150mg/L的硫脲，搅拌2小时，静置1小时；在27℃下，将阴离子型聚丙烯酰胺分多次吹洒入已加入硫脲的配聚水中搅拌，初始的搅拌速度为300转/分，待聚合物颗粒充分分散后，将搅拌速度控制在120转/分，搅拌2小时，并静置4小时，最终配制出浓度为1750mg/L的聚合物溶液；向聚合物溶液中加入六次甲基四胺，使溶液中六次甲基四胺的浓度达100mg/L，搅拌0.5小时，使其充分溶解；
粘度保留率：将所制样品放置于70℃下恒温水浴保存，并在70℃下定期测定其粘度变化。30日后的粘度保留率为28.5％。
实施例6
聚丙烯酰胺和配聚水条件同实施例5。
实验方法同实施例5，但向聚合物溶液中加入的六次甲基四胺浓度达到150mg/L。所得样品在70℃保存30日后的粘度保留率为39.1％。
实施例7
聚丙烯酰胺和配聚水条件同实施例5。
实验方法同实施例5，但向聚合物溶液中加入的六次甲基四胺浓度达到200mg/L。所得样品在70℃保存30日后的粘度保留率为44.4％。
实施例8
聚丙烯酰胺和配聚水条件同实施例5。
实验方法同实施例5，但向聚合物溶液中加入的六次甲基四胺浓度达到250mg/L。所得样品在70℃保存30日后的粘度保留率为36.4％。
由实施例5～8可知，在硫脲浓度一定的情况下，随着六次甲基四胺投加量在100～250mg/L内的增加，聚合物溶液在高温下的粘度保留率出现先提高后降低的趋势。当六次甲基四胺投加浓度达到250mg/L时，其粘度保留率较之于投加量在200mg/L时明显降低。
实施例9
聚丙烯酰胺：分子量为1800万，水解度为28％。
配聚水：总矿化度为10000mg/L的NaCl溶液，Fe2+浓度为0.1mg/L，pH值为6.5的水溶液。
实验方法：在常温下，在配聚水中加入80mg/L的硫脲，搅拌2小时，静置1小时；在25℃下，将阴离子型聚丙烯酰胺分多次吹洒入已加入硫脲的配聚水中搅拌，初始的搅拌速度为300转/分，待聚合物颗粒充分分散后，将搅拌速度控制在120转/分，搅拌2小时，并静置6小时，最终配制出浓度为1250mg/L的聚合物溶液；向聚合物溶液中加入六次甲基四胺，使溶液中六次甲基四胺的浓度达80mg/L，搅拌0.5小时，使其充分溶解；
粘度保留率：将所制样品放置于90℃下恒温水浴保存，并在90℃下定期测定其粘度变化。30日后的粘度保留率为20.1％。
实施例10
聚丙烯酰胺和配聚水条件同实施例8。
实验方法同实施例8，但向配聚水中加入硫脲的浓度达到160mg/L，且向聚合物溶液中加入的六次甲基四胺浓度达到160mg/L。所得样品在90℃保存30日后的粘度保留率为42.6％。
实施例11
聚丙烯酰胺和配聚水条件同实施例8。
实验方法同实施例8，但向配聚水中加入硫脲的浓度达到240mg/L，且向聚合物溶液中加入的六次甲基四胺浓度达到240mg/L。所得样品在90℃保存30日后的粘度保留率为61.5％。

Claims (7)

1.一种提高油田聚合物驱粘度稳定性的方法，包括如下步骤：
步骤A，配聚前，在常温下将还原剂硫脲搅拌溶于配聚水中，静置；
步骤B，配聚中，在20～40℃下将阴离子型聚丙烯酰胺吹洒搅拌加入步骤A所得的配聚水中，静置得到聚合物溶液；所述聚丙烯酰胺分子量为1000～2000万，水解度20～30％；
步骤C，配聚后，向步骤B所述聚合物溶液中搅拌加入稳粘剂六次甲基四胺，所述六次甲基四胺的浓度为50～250mg/L。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阴离子型聚丙烯酰胺的浓度范围为500～2500mg/L，硫脲的浓度范围为50～250mg/L。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阴离子型聚丙烯酰胺的浓度范围为1000～2000mg/L硫脲的浓度范围为100～200mg/L。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述六次甲基四胺浓度范围为100～200mg/L。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述配聚水的条件为：总矿化度低于20000mg/L，Fe2+浓度低于0.2mg/L，pH值为5～9。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤B中的配聚温度为25～30℃，配聚中搅拌速度为50～500转/分。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述方法在三次采油中的应用，其中油田地藏温度范围为65～95℃。
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