CN103160268B - 一种纳米二氧化硅/聚合物驱油剂及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米二氧化硅/聚合物驱油剂及其合成方法，该驱油剂是由丙烯酰胺、丙烯酸、纳米二氧化硅功能单体构成的三元共聚物；所用原料的质量百分数为：丙烯酰胺60.5%-69.9%，丙烯酸30%-35%，纳米二氧化硅功能单体0.1%-4.5%。其合成方法是：先在三口烧瓶中加入纳米二氧化硅功能单体、丙烯酰胺和丙烯酸，用氢氧化钠溶液调节pH值为7.0-7.5，配成单体总质量浓度为10%-20%的溶液，通氮气45min；再加入引发剂，在30-55℃下反应4-8h；然后经过无水乙醇洗涤、烘干、粉碎制得三元共聚物。本发明驱油剂具有较强的抗剪切性能，同时具有良好的耐温耐盐性能。
Description
技术领域
本发明涉及油田提高采收率技术领域，特别涉及一种纳米二氧化硅/聚合物驱油剂及其合成方法。
背景技术
广泛用于聚合物驱中的线性聚合物（聚丙烯酰胺和部分水解聚丙烯酰胺），受到剪切作用后，聚合物的分子链将遭到破坏，使得聚合物的粘度以及在多孔介质中的吸附滞留能力降低，从而导致聚合物的流度控制能力降低。为了克服线性聚合物存在的上述问题，非线性的聚合物受到越来越多的关注，这些聚合物主要有星形聚合物、支化聚合物以及树枝状聚合物等。此外，在聚合物中加入某些合适的纳米材料，例如纳米二氧化硅、氧化钛、氧化锌等，可以显著提高聚合物经过剪切后的粘度保留率以及在地层中的吸附滞留能力。
许多研究发现表明，纳米SiO2表面存在大量的不同状态的羟基，这使得纳米SiO2表面能较高，具有很高的化学活性，处于热力学非稳定的状态。利用这一特性，可以将多种物质接枝到纳米SiO2颗粒表面，同时修饰物还可以将不同的有机官能团引到纳米SiO2颗粒表面，使其功能化。纳米二氧化硅经过含有双键的硅烷偶联剂修饰以后，在表面接枝上了具有反应活性的双键，可与其他聚合物单体反应，可以合成出具有一定空间网络结构、同时具有较强抗剪切能力的聚合物。
本发明是将纳米二氧化硅引入到驱油用聚合物中，用以提高驱油用聚合物的抗剪切性能、耐温性以及耐盐性等性能，从而提高原油的采收率。
发明内容
本发明的目的是：为了使驱油剂具有良好的耐温性能、耐盐性能以及抗剪切性能，特提供一种纳米二氧化硅/聚合物驱油剂及其合成方法。
本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：一种纳米二氧化硅/聚合物驱油剂，该驱油剂是由丙烯酰胺、丙烯酸、纳米二氧化硅功能单体构成的三元共聚物，其结构式如下：
式中x、y、n为聚合度，红外光谱见图1；所用原料单体的质量百分数为：丙烯酰胺60.5%-69.9%，丙烯酸30%-35%，纳米二氧化硅功能单体0.1%-4.5%，质量以克为单位。
该驱油剂的合成方法为：先在250ml三颈烧瓶中加入0.05g纳米二氧化硅功能单体、6.50g丙烯酰胺以及3.45g丙烯酸，用氢氧化钠溶液调节pH值为7.0-7.5，配成单体总质量浓度为20%的水溶液，通氮气45min；再加入引发剂过硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液，过硫酸铵和亚硫酸氢钠的摩尔比为1:1，引发剂加入量为单体总质量的0.5%，继续通入氮气，在温度为45℃条件下反应8h；然后经过无水乙醇洗涤、烘干、粉碎制得三元共聚物。
纳米二氧化硅功能单体的制法为：首先在250ml三口烧瓶中依次加入1.54g纳米二氧化硅、100ml无水乙醇、17.22g蒸馏水以及1.58ml质量浓度为28%的氨水，再用超声波分散30min；然后在搅拌条件下向三口烧瓶中缓慢滴加0.22g乙烯基三乙氧基硅烷；待乙烯基三乙氧基硅烷滴加完后，在温度为30℃的水浴中反应18h，经离心、干燥后制得纳米二氧化硅功能单体。该驱油剂的应用是：将上述制得的三元共聚物配制成质量浓度为1500mg/L的水溶液，粘度为145.5mPa.s（剪切速率为7.34s-1，温度为65℃，水溶液的总矿化度为6000mg/L）；将该水溶液注入到一维填砂模型(填砂模型内径25mm，长度为500mm，原始含油饱和度为82%，水驱至含水率为95%，所用原油在温度为65℃、剪切速率为7.34s-1条件下的粘度为70.2mPa.s)中，注入速率为1ml/min，在注入0.3PV该驱油剂水溶液后，继续水驱至含水率为95%，该驱油剂提高采收率12.5%。
本发明具有以下有益效果：（1）将纳米二氧化硅经过乙烯基三乙氧基硅烷改性后，在纳米二氧化硅表面引入可聚合的双键，并与丙烯酰胺和丙烯酸聚合，制得的三元共聚物具有纳米二氧化硅以及聚合物的特性；（2）该驱油剂具有较强的抗剪切能力，在高剪切速率下具有较高的粘度，能够较大幅度提高原油采收率。
附图说明
图1为本发明三元共聚物的红外光谱图；
图2为本发明三元共聚物粘度与剪切速率的关系曲线；
图3为本发明三元共聚物粘度与温度的关系曲线；
图4为本发明三元共聚物粘度与矿化度的关系曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
实施例1：纳米二氧化硅功能单体的制备
首先在250ml三口烧瓶中依次加入1.54g纳米二氧化硅、100ml无水乙醇、17.22g蒸馏水以及1.58ml质量浓度为28%的氨水，再用超声波分散30min；然后在搅拌条件下向三口烧瓶中缓慢滴加0.22g乙烯基三乙氧基硅烷；待乙烯基三乙氧基硅烷滴加完后，在温度为30℃的水浴中反应18h，经离心、干燥后制得纳米二氧化硅功能单体。
实施例2：纳米二氧化硅/聚合物驱油剂的合成
先在250ml三颈烧瓶中加入0.05g纳米二氧化硅功能单体、6.50g丙烯酰胺以及3.45g丙烯酸，用氢氧化钠溶液调节pH值为7.0-7.5，配成单体总质量浓度为20%的水溶液，通氮气45min；再加入引发剂过硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液，过硫酸铵和亚硫酸氢钠的摩尔比为1:1，引发剂加入量为单体总质量的0.5%，继续通入氮气，在温度为45℃条件下反应8h；然后经过无水乙醇洗涤、烘干、粉碎制得三元共聚物。
实施例3：纳米二氧化硅/聚合物驱油剂的表征
通过实施例2合成的纳米二氧化硅/聚合物驱油剂的红外光谱图如图1所示，-C(O)NH2的伸缩振动峰位于3419cm-1，-C=O的伸缩振动峰位于1675cm-1，在1105cm-1处为Si-O的反对称伸缩振动吸收峰，在780cm-1处为Si-O的弯曲振动吸收峰。
实施例4：纳米二氧化硅/聚合物驱油剂的抗剪切性能
将上述制得的纳米二氧化硅/聚合物驱油剂配制成质量浓度为1500mg/L的水溶液，水溶液的总矿化度为6000mg/L，在65℃下用流变仪测定其在不同剪切速率下的粘度，由图2可知，在剪切速率低于50s-1时，随着剪切速率的增大，水溶液的粘度下降幅度较大；在剪切速率高于50s-1时，随着剪切速率的增大，水溶液的粘度下降幅度较小，粘度保留率较高。
实施例5：纳米二氧化硅/聚合物驱油剂的耐温性能
将上述制得的纳米二氧化硅/聚合物驱油剂配制成质量浓度为1500mg/L的水溶液，用Brookfiled粘度计测定其在不同温度下的粘度，剪切速率为7.34s-1，水溶液的总矿化度为6000mg/L，由图3可知，水溶液的粘度随着温度的升高而下降，在温度为90℃时的粘度为84.3mPa.s，表现出较好的耐温性能。
实施例6：纳米二氧化硅/聚合物驱油剂的耐盐性能
配制质量浓度为1500mg/L的纳米二氧化硅/聚合物驱油剂水溶液，分别向一定量该水溶液中加入一定量的NaCl，使水溶液中含不同浓度的NaCl，再用Brookfiled粘度计测定其在65℃下的粘度，剪切速率为7.34s-1，由图4可知，水溶液的粘度随着NaCl浓度的升高而下降，在矿化度为20000mg/L时的粘度为105.2mPa.s。
实施例7：纳米二氧化硅/聚合物驱油剂的提高采收率能力
将上述制得的驱油剂配制成质量浓度为1500mg/L的水溶液；将该水溶液注入到一维填砂模型(填砂模型内径25mm，长度为500mm，原始含有饱和度为82%，水驱至含水率为95%，所用原油在温度为65℃、剪切速率为7.34s-1条件下的粘度为70.2mPa.s)中，注入速率为1ml/min，在注入0.3PV该驱油剂水溶液后，继续水驱至含水率为95%，该驱油剂提高采收率的幅度为12.5%。
Claims (1)
1.一种纳米二氧化硅/聚合物驱油剂的合成方法，其特征在于，先在250mL三颈烧瓶中加入0.05g纳米二氧化硅功能单体、6.50g丙烯酰胺以及3.45g丙烯酸，用氢氧化钠溶液调节pH值为7.0-7.5，配成单体总质量浓度为20％的水溶液，通氮气45min；再加入引发剂过硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液，过硫酸铵和亚硫酸氢钠的摩尔比为1:1，引发剂加入量为单体总质量的0.5％，继续通入氮气，在温度为45℃条件下反应8h；然后经过无水乙醇洗涤、烘干、粉碎制得由丙烯酰胺、丙烯酸、纳米二氧化硅功能单体构成的三元共聚物；
其中，所述的纳米二氧化硅功能单体的合成方法为，首先在250mL三口烧瓶中依次加入1.54g纳米二氧化硅、100mL无水乙醇、17.22g蒸馏水以及1.58mL质量浓度为28％的氨水，再用超声波分散30min；然后在搅拌条件下向三口烧瓶中缓慢滴加0.22g乙烯基三乙氧基硅烷；待乙烯基三乙氧基硅烷滴加完后，在温度为30℃的水浴中反应18h，经离心、干燥后制得纳米二氧化硅功能单体。
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