CN104762076B - 水溶性AM‑AA‑改性纳米SiO2功能单体三元共聚物驱油剂 - Google Patents

水溶性AM‑AA‑改性纳米SiO2功能单体三元共聚物驱油剂 Download PDF

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本发明涉及一种水溶性AM‑AA‑改性纳米SiO2功能单体三元共聚物驱油剂，所述驱油剂是由丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、改性纳米SiO2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70％～80％，丙烯酸19.8％～29.5％，改性纳米SiO2功能单体0.2％～0.5％。本发明所述的驱油剂在高剪切速率下具有较高的粘度，具有较强的抗温、抗盐及抗剪切能力，可以聚合物驱提高原油采收率。

Description

水溶性AM-AA-改性纳米SiO2功能单体三元共聚物驱油剂
技术领域
本发明涉及石油开采的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种水溶性AM-AA-改性纳米SiO2功能单体三元共聚物驱油剂。
背景技术
石油作为不可再生资源，在工业、国防等领域中具有举足轻重的重要地位。为了提高油田的开采期限、提高油田产量，采用聚合物驱是一项重要的技术。聚合物驱是指在注入水中加入少量的聚合物，依靠增大水相粘度和降低油层渗透率来起到提高波及系数以及提高采收率的作用。目前，聚合物驱在我国的大庆油田、胜利油田、大港油田、吉林油田、河南油田已经进入工业化阶段，取得较好的增油效果。
目前，聚合物驱广泛使用的聚合物是聚丙烯酰胺及其衍生物。这类聚合物在用于低温、低矿化度油藏时可以取得理想的增油效果，但是在用于高温高矿化度油藏时其提高采收率效果大幅度降低。此外，由于聚合物溶液在配注过程中会受到搅拌器、管线阀门、注入泵、炮眼以及多孔介质等的剪切作用，聚合物溶液的粘度将大幅度降低，聚合物驱提高采收率的效果受到严重影响。因此，需要研发出耐温、耐盐以及抗剪切性能更好的驱油用聚合物。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种水溶性AM-AA-改性纳米SiO2功能单体三元共聚物驱油剂。本发明所述的驱油剂具有耐高温、抗盐及抗剪切的性能，能够满足高温高盐油藏提高采收率的现实需求。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种水溶性AM-AA-改性纳米SiO2功能单体三元共聚物驱油剂，其特征在于：所述驱油剂的结构式如下：
其中，所述驱油剂是由改性纳米SiO2功能单体、丙烯酰胺、丙烯酸反应制备得到的三元共聚物；其中，丙烯酰胺的含量为70～80wt％，丙烯酸的含量为19.8～28.5wt％，改性纳米SiO2功能单体的含量为0.2～0.5wt％。
其中，所述驱油剂的合成方法为：(1)将改性纳米SiO2功能单体、丙烯酰胺以及丙烯酸混合，并用氢氧化钠调节pH值至7.0～7.5，加入蒸馏水配成单体总质量浓度为20～25％的水溶液；温度升高至40℃时，加入引发剂，通氮气保护，在温度为40℃条件下反应6～12h；反应产物经乙醇洗涤、粉碎、烘干可得三元共聚物。
其中，所述驱油剂的合成方法为：(1)将改性纳米SiO2功能单体、丙烯酰胺以及丙烯酸混合，并用氢氧化钠调节pH值至7.3，加入蒸馏水配成单体总质量浓度为22％的水溶液；温度升高至40℃时，加入引发剂，通氮气保护，在温度为40℃条件下反应6h；反应产物经乙醇洗涤、粉碎、烘干可得三元共聚物。
其中，所述引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物，并且二者的摩尔比为1∶1。
其中，所述改性纳米SiO2功能单体采用以下方法制备得到：(1)将纳米SiO2和3-氨丙基三乙氧基硅烷在甲苯溶液中反应制备得到改性纳米SiO2；(2)将制备得到的改性纳米SiO2与马来酸酐在N，N-二甲基甲酰胺溶液中反应制备得到所述改性纳米8iO2功能单体。
其中，所述改性纳米SiO2功能单体采用以下方法制备得到：(1)将纳米SiO2与3-氨丙基三乙氧基硅烷在无水甲苯溶液中，在80℃下反应12h以上，反应产物用无水乙醇洗涤，然后真空干燥得改性纳米SiO2；(2)在N，N-二甲基甲酰胺溶液中加入马来酸酐，搅拌溶解完全后，加入改性纳米SiO2，在60℃下搅拌反应6h以上，反应产物用蒸馏水洗涤、过滤、烘干可得改性纳米SiO2功能单体。
其中，所述3-氨丙基三乙氧基硅烷与纳米SiO2的质量比0.03～0.06∶1；所述马来酸酐与改性纳米SiO2的质量比为0.25～0.50∶1。
与现有技术相比，本发明所述的三元共聚物驱油剂具有以下有益效果：
(1)发明人将纳米SiO2引入到驱油剂中，在纳米SiO2表面接枝上碳碳双键，使其与丙烯酸以及丙烯酰胺聚合，合成出的三元共聚物具有空间网络结构。
(2)发明人发现改性纳米SiO2表面碳碳双键的含量对共聚物的性能有显著的影响，而通过两步改性方法可以控制SiO2表面接枝的碳碳双键的程度在合适的含量范围内。
(3)本发明得到的三元共聚物驱油剂在高剪切速率下具有较高的粘度，具有较强的抗温、抗盐及抗剪切能力，可以显著提高原油采收率。
附图说明
图1为本发明AM-AA-改性纳米SiO2功能单体三元共聚物驱油剂的红外光谱图；
图2为本发明所述三元共聚物驱油剂的表观粘度与剪切速率随时间的关系图；
图3为本发明所述三元共聚物驱油剂的表观粘度与剪切速率随时间的关系图；
图4为本发明所述三元共聚物驱油剂的表观粘度与盐浓度的关系图；
图5为本发明所述三元共聚物驱油剂的注入量与采收率的关系图。
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于阐述本发明的技术方案，并不用于限定发明的保护范围。
实施例1 改性纳米SiO2功能单体的合成
在500ml圆底烧瓶中加入1.0g纳米SiO2、0.05g 3-氨丙基三乙氧基硅烷和80mL无水甲苯，在80℃下反应12h，反应产物用无水乙醇洗涤，然后在80℃下真空干燥得改性纳米SiO2。在250ml锥形瓶中加入30.0ml的N，N-二甲基甲酰胺和0.5g马来酸酐，搅拌溶解完全后，向溶液中加入2.0g改性纳米SiO2，然后在60℃下搅拌反应6h，反应产物用蒸馏水洗涤、过滤、 烘干可得改性纳米SiO2功能单体。
实施例2 AM-AA-改性纳米SiO2功能单体三元共聚物驱油剂的合成
先在100ml三口烧瓶中加入0.044g改性纳米SiO2功能单体、8.206g AM以及2.750gAA，用氢氧化钠调节pH值至7.3，加入蒸馏水配成单体总质量浓度为22％的水溶液；待温度升高到40℃时，加入0.022g引发剂(过硫酸铵和亚硫酸氢钠的摩尔比为1∶1)，通氮气保护，在温度为40℃条件下反应6h；反应产物经乙醇洗涤、粉碎、烘干可得三元共聚物。
实施例3 AM-AA-改性纳米SiO2功能单体三元共聚物驱油剂的表征
通过实施例2合成的驱油剂的红外光谱图如图1所示，N-H伸缩振动吸收峰位于3402.3cm-1；-CH2伸缩振动吸收峰位于2943.1cm-1；C＝O伸缩振动吸收峰位于1668.92cm-1；-NH弯曲振动吸收峰(面内)吸收峰位于1558.9cm-1；C-N伸缩振动吸收峰位于1396.4cm-1；-NH弯曲振动吸收峰(面外)吸收峰位于650.3cm-1；SiO2的特征吸收峰位于1116.2cm-1和780.4cm-1。
实施例4 AM-AA-改性纳米SiO2功能单体三元共聚物驱油剂的抗剪切性能
将上述制得的驱油剂用蒸馏水配制成质量浓度为2000mg/L的水溶液，在70℃下用流变仪测定其在不同剪切速率下的粘度。由图2可知，2000mg/L的驱油剂溶液在500s-1下剪切5min后的粘度保留率为84.9％。
实施例5 AM-AA-改性纳米SiO2功能单体三元共聚物驱油剂的耐温性能
将上述制得的驱油剂用蒸馏水配制成浓度为2000mg/L的水溶液，用BrookfiledDV-III粘度计(剪切速率为7.34s-1)测定驱油剂水溶液在不同温度下的粘度。由图3可知，2000mg/L驱油剂溶液的粘度随着温度的升高而降低，95℃下驱油剂溶液的粘度为67.8mPa.s，该驱油剂具有较好的耐温性能。
实施例6 AM-AA-改性纳米SiO2功能单体三元共聚物驱油剂的耐盐性能
将上述制得的驱油剂用蒸馏水配制成浓度为2000mg/L的共聚物溶液，分别向2000mg/L的共聚物溶液中加入不同质量的NaCl，搅拌至溶解完全，用Brookfiled DV-III粘度计(剪切速率为7.34s-1)测定驱油剂溶液在70℃下的粘度。从图4可知，随着NaCl加量升高，驱油剂溶液的粘度迅速降低，随后基本趋于稳定。当NaCl浓度为20000mg/L时驱油剂水溶液的粘度为67.SmPa.s，表明该驱油剂具有较强的抗盐性能。
实施例7 AM-AA-改性纳米SiO2功能单体三元共聚物驱油剂的驱油能力
配制质量浓度为2000mg/L的驱油剂水溶液(NaCl质量浓度为5000mg/L)。采用一维填砂模型研究驱油剂水溶液的提高采收率能力，实验在70℃下进行。一维填砂模型的内径为2.5cm，长度为50cm，中间充填石英砂(渗透率：573×10-3μm2，孔隙度：24.7％)。实验步骤如下：(1)饱和水：以0.6mL/min的速度向一维填砂模型中注入5000mg/L的NaCl盐水；(2)饱和油：分别以0.2mL/min、0.4mL/min和0.6mL/min的速度使一维填砂模型饱和原油(70℃下粘度为56.9mPa.s)，直至一维填砂模型的出口只有原油流出；(3)水驱油：用5000mg/L的NaCl溶液以0.6mL/min的速度驱替一维填砂模型中的原油，直到含水率达到95％；(4)注入聚合物：以0.6mL/min的速度向一维填砂模型注入2000mg/L的驱油剂水溶液(用5000mg/LNaCl盐水配制)，直到含水率再次达到95％。从图5可知，水驱油阶段的采收率为32.2％，2000mg/L驱油剂水溶液提高采收率23.1％，表现出较强的驱油能力。

Claims (6)

1.一种水溶性AM-AA-改性纳米SiO2功能单体三元共聚物驱油剂，其特征在于：所述驱油剂是由改性纳米SiO2功能单体、丙烯酰胺、丙烯酸反应制备得到的三元共聚物；其中，丙烯酰胺的含量为70～80wt％，丙烯酸的含量为19.8～28.5wt％，改性纳米SiO2功能单体的含量为0.2～0.5wt％；丙烯酰胺、丙烯酸、改性纳米SiO2功能单体三者的质量百分比之和为100％；所述改性纳米SiO2功能单体采用以下方法制备得到：(1)将纳米SiO2和3-氨丙基三乙氧基硅烷在甲苯溶液中反应制备得到改性纳米SiO2；(2)将制备得到的改性纳米SiO2与马来酸酐在N，N-二甲基甲酰胺溶液中反应制备得到所述改性纳米SiO2功能单体；
所述驱油剂的结构式如下：
2.根据权利要求1所述的三元共聚物驱油剂，其特征在于：所述驱油剂的合成方法为：(1)将改性纳米SiO2功能单体、丙烯酰胺以及丙烯酸混合，并用氢氧化钠调节pH值至7.0～7.5，加入蒸馏水配成单体总质量浓度为20～25％的水溶液；温度升高至40℃时，加入引发剂，通氮气保护，在温度为40℃条件下反应6～12h；反应产物经乙醇洗涤、粉碎、烘干可得三元共聚物。
3.根据权利要求1所述的三元共聚物驱油剂，其特征在于：所述驱油剂的合成方法为：(1)将改性纳米SiO2功能单体、丙烯酰胺以及丙烯酸混合，并用氢氧化钠调节pH值至7.3，加入蒸馏水配成单体总质量浓度为22％的水溶液；温度升高至40℃时，加入引发剂，通氮气保护，在温度为40℃条件下反应6h；反应产物经乙醇洗涤、粉碎、烘干可得三元共聚物。
4.根据权利要求2所述的三元共聚物驱油剂，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物，并且二者的摩尔比为1∶1。
5.根据权利要求1所述的三元共聚物驱油剂，其特征在于：所述改性纳米SiO2功能单体采用以下方法制备得到：(1)将纳米SiO2与3-氨丙基三乙氧基硅烷在无水甲苯溶液中，在80℃下反应12h以上，反应产物用无水乙醇洗涤，然后真空干燥得改性纳米SiO2；(2)在N，N-二甲基甲酰胺溶液中加入马来酸酐，搅拌溶解完全后，加入改性纳米SiO2，在60℃下搅拌反应6h以上，反应产物用蒸馏水洗涤、过滤、烘干可得改性纳米SiO2功能单体。
6.根据权利要求5所述的三元共聚物驱油剂，其特征在于：所述3-氨丙基三乙氧基硅烷与纳米SiO2的质量比0.03～0.06∶1；所述马来酸酐与改性纳米SiO2的质量比为0.25～0.50∶1。
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