CN103421137A

CN103421137A - 耐高温驱油用聚丙烯酰胺的制备方法

Info

Publication number: CN103421137A
Application number: CN2012101504340A
Authority: CN
Inventors: 夏燕敏; 于志省; 许汇; 宋晓芳
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2032-05-16
Also published as: CN103421137B

Abstract

本发明涉及一种耐高温驱油用聚丙烯酰胺的制备方法，主要解决现有技术中聚合物分子量偏低，耐温抗盐性能及热稳定性差的问题。本发明通过引入无机或有机改性的蒙脱土，采用复合引发体系组合物，先进行丙烯酰胺和蒙脱土的原位水溶液聚合,然后进行后水解反应，最后干燥粉碎,得到固含量90%左右，水解度10～30%，分子量2500万以上，10000mg/L左右矿化度95℃下测试的溶液表观粘度大于38mPa.s的聚丙烯酰胺的技术方案较好地解决了该问题，可用于耐高温驱油用聚丙烯酰胺的工业制备中。

Description

耐高温驱油用聚丙烯酰胺的制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐高温驱油用聚丙烯酰胺的制备方法。

背景技术

国内各大油田经过一次、二次采油，原油含水率不断增加，部分大油田先后进入三次采油阶段。聚合物驱是三次采油的主要技术方法，驱油机理清楚，工艺相对简单，技术日趋成熟，是一项有效的提高采收率技术措施。聚合物的驱油机理主要是利用水溶性聚丙烯酰胺分子链的粘度，改善驱替液的流度比，提高驱替效率和波及体积，从而达到提高采收率的目的。

由于三次采油周期长，深层油井温度高，因此，三次采油用聚合物必须有良好的增粘、耐温、抗盐性，性能稳定。

近年来，有关耐温抗盐型聚丙烯酰胺的研究主要通过在聚合物主链上引入大侧基或刚性侧基提高聚合物的热稳定性、引入抑制水解的单体或对盐不敏感的单体进行共聚来提高聚合物的耐水解及抗盐性能，或通过疏水基团的疏水缔合作用来改善聚合物的耐温抗盐性能。但由于共聚单体的质量或价格使得聚合物难以达到高分子量或产品具有较高的成本，在工业生产或在三次采油实际应用上会受到一些限制。目前三次采油中，能满足耐温抗盐要求的聚合物很少，不是价格太高就是性能不稳定，特别是不能满足矿化度10000mg/L左右，能耐90℃以上高温的聚合物。

蒙脱土(Montmorillonite,简称MMT)矿藏资源十分丰富,价格低廉,性能优良,可用于轻工、石油、冶金、沙漠治理、污水处理、药品等多种行业,被人们誉为“万能材料”。天然蒙脱土是一种层状结构、片状结晶的含水铝硅酸盐的土状矿物,主要成分为氧化硅和氧化铝, 晶胞平行叠置,属于2∶1型三层夹心结构,具有很高的刚性,层间不易滑移，这种特殊的晶体结构赋予蒙脱土独特的性质,如较大的表面活性、较高的阳离子交换能力、异常含水特征的层间表面、强烈改变液体流动特性的能力等。对其进行无机、有机或有机－无机复合改性处理后大大拓宽了应用领域，特别是在絮凝剂材料、聚合物复合材料方面有广泛应用。但是将改性的蒙脱土引入丙烯酰胺聚合中以提高聚合物的热稳定性却鲜见报道，经专利检索没有查到，只有少数文献在吸水性树脂或增稠剂等方面有有类似的研究。如舒小伟、沈上越等(中国粉体技术，2005，2：9－11)以N,N－亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸钠为引发剂，采用水溶液法制备出高岭土复合聚丙烯酸－丙烯酰胺超吸水性树脂，高岭土的加入量为丙烯酸单体的50%；安景云、刘红宇等(河南化工，2008，31(3)：19－20，30)使用AM、AA、AMPS 和钠基蒙脱土合成了一种具有较高抗电解质性能的增稠剂，蒙脱土含量在1%～5%的范围内。特别是将蒙脱土改性聚丙烯酰胺作为三次采油用驱油剂尚未见到报道。

本发明利用无机或有机改性的蒙脱土与丙烯酰胺原位聚合后蒙脱土纳米层与聚丙烯酰胺分子链相互作用，提高了聚合物的耐热及稳定性，本发明所述的适合于耐高温驱油用聚合物的制备方法、二元复合及其在三次采油中的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的聚合物耐温抗盐及热稳定性能不能满足三次采油要求的问题，提供一种新的耐高温驱油用聚丙烯酰胺的制备方法.该方法所制得的聚合物具有较高分子量并具有良好耐温抗盐及热稳定性能，能在三次采油中满足耐高温驱油用聚合物的要求。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种驱油用耐高温聚丙烯酰胺的制备方法，包括以下步骤：

a) 将丙烯酰胺单体配成质量浓度为10～40%的水溶液Ⅰ；

b) 向溶液Ⅰ中加入丙烯酰胺单体重量0.05～5%的无机或有机改性蒙脱土，混合均匀后得到溶液Ⅱ；

c) 向溶液Ⅱ中通氮除氧10～40分钟后加入相对于单体质量浓度0.02～5%的复合引发体系组合物，得溶液Ⅲ；

d) 向溶液Ⅲ中通氮除氧10～40分钟后，在5～25℃下引发，聚合2～10小时后得胶状产物Ⅰ；

e) 将胶状产物Ⅰ剪碎后加入质量浓度5～50%的碱液进行水解反应1～5小时，其中温度为80～95℃，得胶状产物Ⅱ；

f) 将胶状产物Ⅱ经干燥、粉碎、过筛后得细颗粒状耐高温型聚丙烯酰胺；

其中复合引发体系组合物，以重量百分比计包括以下组分：(a)0.5～20%的过硫酸盐；(b)0.1～40%的亚硫酸盐或酸式亚硫酸盐；(c)0.5～20%的由NR₁R₂R₃代表的叔胺类化合物或由N⁺R₄R₅R₆R₇代表的季铵类化合物或由NH₂R₈代表的脂肪胺类化合物，式中R₁～R₇均选自C₁～C₁₄直链或支链烷基或烷基衍生物，R₈选自C₁～C₁₈直链或支链烷基或烷基衍生物；(d)10～80%的尿素、硫脲或氨水；(e)5～60%的乙二胺四乙酸二钠。

上述技术方案中，改性蒙脱土选自经过钠化改性、有机铵盐改性或硅烷类改性的产品。过硫酸盐选自过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。亚硫酸盐选自亚硫酸钠或亚硫酸钾，酸式亚硫酸盐选自亚硫酸氢钠或亚硫酸氢钾。叔胺类化合物选自甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯或β-二甲氨基丙腈。季铵类化合物为N,N-二甲基二烯丙基氯化铵。脂肪胺类化合物选自甲胺或乙二胺。

本发明涉及的耐高温驱油用聚丙烯酰胺制备方法，由于采用了复合引发体系组合物，并以优选的工艺与之配套，故反应平稳、有利于链增长，产物不仅分子量高，在一定矿化度的盐水中也表现出较高的表观粘度；其中添加的功能单体可能使聚合物形成较特殊的结构，使得其同时具有较好的耐温抗盐性能；采用了后水解工艺，聚合及水解反应都精确可控，能得到较高分子量和一定水解度的产品；改性蒙脱土由于含有多价金属离子或层状结构，可以在丙烯酰胺的原位聚合过程中提供络合点，产生分子间的物理交联或轻微的化学交联，形成一定的二维或三维结构，即使在较高的温度或矿化度下仍具有稳定的结构，大大提高了聚合物的耐热及稳定性。使用本发明所提供的制备工艺制得的耐高温驱油用聚丙烯酰胺，分子量≧2500万，95℃下在盐水中的表观粘度≧38mPa·s(盐水总矿化度10000 mg·L^-1左右，Ca²⁺+Mg²⁺100 mg·L^-1左右)。

采用本发明制备的耐高温型聚丙烯酰胺，以用量为0.1～0.3wt%与0.1～0.4wt%的脂肪酸聚氧乙烯醚磺酸类表面活性剂形成驱油用组合物，在无碱条件下，可用于较高温度和矿化度的油田区块的地层原油和水，测定了该驱油剂在河南油田江河模拟水95℃下的溶液表观粘度大于38mPa.s，与河南油田某区块原油之间的动态界面张力值，可达10^-3～10^-4mN/m的超低界面张力，经物理模拟驱替试验室内评价在高温、高盐油藏上该驱油剂能在水驱基础上(水驱提高原油采收率达41.1%)提高原油采收率可达16.8%，取得了较好的技术效果。

下面通过实施例对本发明作进一步阐述。

具体实施方式

【实施例1】

先将125g丙烯酰胺(AM)和0.125g钠基蒙脱土(Na-MMT)加入352g去离子水中，搅拌溶解均匀，用5%质量浓度的NaOH溶液调节pH值至8.5，并开始通入高纯氮气，30min后将水浴降温至15℃，然后依次加入1.25%尿素水溶液8g，0.9%乙二胺四乙酸二钠(EDTA-二钠)水溶液10g，1.25%甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(DMAEMA)水溶液1g，1.25%的过硫酸钾水溶液1g，1%的亚硫酸氢钠水溶液1g，1小时后将反应温度逐渐升至40℃，反应3小时后得到凝胶状聚合产物，切胶后加入10%NaOH水溶液120g，在90 oC水解反应2小时，然后在75℃下真空干燥6h，用粉碎机打碎筛分后取样分析。

按GB/T12005.2-89聚丙烯酰胺固含量测定方法测试固含量为88.5%，按GB/T12005.8-89粉状聚丙烯酰胺溶解速度测定方法测试溶解时间≦90min，按GB/T12005.6-89部分水解聚丙烯酰胺水解度测定方法测试水解度为17.6%，按GB/T12005.10-92聚丙烯酰胺分子量测定(粘度法)测定特性粘数，并按[η]=3.73×10^-4Mw^0.66计算分子量为2519万，1500mg/L聚合物浓度溶液在95℃、7.34s^-1下的表观粘度为41.1 mPa·s(盐水总矿化度8730 mg·L^-1，Ca²⁺+Mg²⁺：48 mg·L^-1)，95℃老化30天后粘度保留率为98%。

【实施例2】

先将125g丙烯酰胺(AM)和0.188g钠基蒙脱土(Na-MMT)加入370g去离子水中，搅拌溶解均匀后，用5%质量浓度的NaOH溶液调节pH值至9.0，并开始通入高纯氮气，30min后将水浴降温至15℃，然后依次加入1.25%硫脲水溶液1g，0.81%乙二胺四乙酸二钠(EDTA-二钠)水溶液1g，1.25%β-二甲氨基丙腈水溶液1g，1.25%的过硫酸钠水溶液1g，1.69%的亚硫酸钾水溶液1g，0.5小时后将反应温度逐渐升至35℃，反应4小时后得到凝胶状聚合产物，切胶后加入10%NaOH水溶液120g，在90 oC水解反应2小时，然后在75℃下真空干燥6h，用粉碎机打碎筛分后取样分析。

按GB/T12005.2-89聚丙烯酰胺固含量测定方法测试固含量为87.9%，按GB/T12005.8-89粉状聚丙烯酰胺溶解速度测定方法测试溶解时间≦120min，按GB/T12005.6-89部分水解聚丙烯酰胺水解度测定方法测试水解度为16.5%，按GB/T12005.10-92聚丙烯酰胺分子量测定(粘度法)测定特性粘数，并按[η]=3.73×10^-4Mw^0.66计算分子量为2504万，1500mg/L聚合物浓度溶液在95℃、7.34s^-1下的表观粘度为38.8mPa·s(盐水总矿化度8730 mg·L^-1，Ca²⁺+Mg²⁺：48 mg·L^-1)，95℃老化30天后粘度保留率为96%。

【实施例3】

先将125g丙烯酰胺(AM)和0.215g钠基蒙脱土(Na-MMT)加入370g去离子水中，搅拌溶解均匀后，用5%质量浓度的NaOH溶液调节pH值至8.6，并开始通入高纯氮气，30min后将水浴降温至15℃，然后依次加入1.38%尿素水溶液1g，0.33%乙二胺四乙酸二钠(EDTA-二钠)水溶液1g，0.99%N,N-二甲基二烯丙基氯化铵水溶液1g，1.25%的过硫酸铵水溶液1g，2.63%的亚硫酸钾水溶液1g，1小时后将反应温度逐渐升至40℃，反应3.5小时后得到凝胶状聚合产物，切胶后加入10%NaOH水溶液120g，在90 oC水解反应2小时，然后在75℃下真空干燥6h，用粉碎机打碎筛分后取样分析。

按GB/T12005.2-89聚丙烯酰胺固含量测定方法测试固含量为89.8%，按GB/T12005.8-89粉状聚丙烯酰胺溶解速度测定方法测试溶解时间≦90min，按GB/T12005.6-89部分水解聚丙烯酰胺水解度测定方法测试水解度为15.6%，按GB/T12005.10-92聚丙烯酰胺分子量测定(粘度法)测定特性粘数，并按[η]=3.73×10^-4Mw^0.66计算分子量为3218万，1500mg/L聚合物浓度溶液在95℃、7.34s^-1下的表观粘度为38.8mPa·s(盐水总矿化度8730 mg·L^-1，Ca²⁺+Mg²⁺：48 mg·L^-1)，95℃老化30天后粘度保留率为102%。

【实施例4】

先将125g丙烯酰胺(AM)和0.125g有机改性蒙脱土(O-MMT)加入369g去离子水中，搅拌溶解均匀后，用5%质量浓度的NaOH溶液调节pH值至9.8，并开始通入高纯氮气，30min后将水浴降温至15℃，然后依次加入3.13%硫脲水溶液1g，1.04%氨水溶液1g ，2.5%乙二胺四乙酸二钠(EDTA-二钠)水溶液1g，1.56%甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(DMAEMA)水溶液1g，1.25%的过硫酸铵水溶液1g，0.94%的亚硫酸钠水溶液1g，1.5小时后将反应温度逐渐升至40℃，反应3小时后得到凝胶状聚合产物，切胶后加入10%NaOH水溶液115g，在90 oC水解反应2小时，然后在75℃下真空干燥6h，用粉碎机打碎筛分后取样分析。

按GB/T12005.2-89聚丙烯酰胺固含量测定方法测试固含量为87.9%，按GB/T12005.8-89粉状聚丙烯酰胺溶解速度测定方法测试溶解时间≦90min，按GB/T12005.6-89部分水解聚丙烯酰胺水解度测定方法测试水解度为16.4%，按GB/T12005.10-92聚丙烯酰胺分子量测定(粘度法)测定特性粘数，并按[η]=3.73×10^-4Mw^0.66计算分子量为2616万，1500mg/L聚合物浓度溶液在95℃、7.34s^-1下的表观粘度为39.8 mPa·s(盐水总矿化度8730 mg·L^-1，Ca²⁺+Mg²⁺：48 mg·L^-1)，95℃老化30天后粘度保留率为105%。

【实施例5～9】

按照实施例1的各个步骤及条件引发丙烯酰胺聚合，得到聚丙烯酰胺，改变聚合工艺条件，其得到的聚合物结果列于表1。

【比较例1】

将125g丙烯酰胺单体加入355g去离子水中，搅拌均匀溶解完全后，用5%的NaOH溶液调节pH值至8，然后通氮气30min，并将水浴温度调至15℃，分别加入0.125wt%的过硫酸钾水溶液10g，0.0963wt%的亚硫酸氢钠水溶液10g，30min后将反应温度逐渐升至45℃，反应4h后取出胶块，粉碎成颗粒状后，加入10%的NaOH水溶液120克，在90℃下水解反应2h，然后在75℃真空下干燥6h，用粉碎机打碎筛分后取样分析。

按GBT12005.2-89聚丙烯酰胺固含量测定方法测试固含量为88.65%，按GBT12005.6-89部分水解聚丙烯酰胺水解度测定方法测试水解度为17.3%，按GBT12005.10-92聚丙烯酰胺分子量测定(粘度法)测定特性粘数，并按[η]=3.73×10^-4Mw^0.66计算分子量为1963万，在总矿化度为8730mg/L、其中钙离子和镁离子的总量为48mg/L的水溶液中，1500mg/L聚合物浓度溶液在95℃、7.34s^-1下的表观粘度为26.2mps，95℃老化30天后粘度保留率为55%。

【比较例2】

将125g丙烯酰胺单体加入345g去离子水中，搅拌均匀溶解完全后，用5%的NaOH溶液调节pH值至8，然后通氮气30min，并将水浴温度调至15℃，分别加入0.125wt%的过硫酸钾水溶液10g，0.0963wt%的亚硫酸氢钠水溶液10g，0.125wt%的AIBI水溶液10g，30min后将反应温度逐渐升至45℃，反应4h后取出胶块，粉碎成颗粒状后，加入10%的NaOH水溶液120克，在90℃下水解反应2h，然后在75℃真空下干燥6h，用粉碎机打碎筛分后取样分析。

按GBT12005.2-89聚丙烯酰胺固含量测定方法测试固含量为87.54%，按GBT12005.6-89部分水解聚丙烯酰胺水解度测定方法测试水解度为16.3%，按GBT12005.10-92聚丙烯酰胺分子量测定(粘度法)测定特性粘数，并按[η]=3.73×10^-4Mw^0.66计算分子量为2132万，在总矿化度为8730mg/L、其中钙离子和镁离子的总量为48mg/L的水溶液中，1500mg/L聚合物浓度溶液在95℃、7.34s^-1下的表观粘度为31.9mps，95℃老化30天后粘度保留率为69%。

表1 不同MMT加量制得的聚合物性能

* 按GBT12005.10-92聚丙烯酰胺分子量测定(粘度法)测定特性粘数，并按[η]=3.73×10^-4Mw^0.66

计算分子量。

**在总矿化度为8730mg/L、其中钙离子和镁离子的总量为48mg/L的水溶液中，1500mg/L聚合物浓度溶液在95℃、7.34s^-1下的表观粘度。

Claims

1.一种驱油用耐高温聚丙烯酰胺的制备方法，包括以下步骤：

a) 将丙烯酰胺单体配成质量浓度为10～40%的水溶液Ⅰ；

2.根据权利要求1所述的驱油用耐高温聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于改性蒙脱土选自经过钠化改性、有机铵盐改性或硅烷类改性的产品。

3.根据权利要求1所述的驱油用耐高温聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于过硫酸盐选自过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。

4.根据权利要求1所述的驱油用耐高温聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于亚硫酸盐选自亚硫酸钠或亚硫酸钾，酸式亚硫酸盐选自亚硫酸氢钠或亚硫酸氢钾。

5.根据权利要求1所述的驱油用耐高温聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于叔胺类化合物选自甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯或β-二甲氨基丙腈。

6.根据权利要求1所述的驱油用耐高温聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于季铵类化合物为N,N-二甲基二烯丙基氯化铵。

7.根据权利要求1所述的驱油用耐高温聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于脂肪胺类化合物选自甲胺或乙二胺。