CN105331349B - 一种苯基缩水甘油醚聚合物作为co2增稠剂的应用 - Google Patents
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Abstract
一种苯基缩水甘油醚聚合物作为CO2增稠剂的应用,属于CO2增稠技术领域。本发明所采用的技术方案是将苯基缩水甘油醚聚合物溶解于高压CO2达到CO2增稠的目的。实验表明在5~30MPa范围内,相同温度压力条件下实施例提供的聚醚化合物能够有效提高CO2粘度1.5~2.5倍。与现有技术相比,本发明的有益效果在于苯基缩水甘油醚聚合物在液态或超临界CO2流体中具有较高的溶解性而且能够有效增稠CO2;苯基缩水甘油醚聚合物不含昂贵的氟化基团,增稠CO2也不需要加入助溶剂,价格低廉、环境友好,更利于实际应用。
Description
技术领域
本发明属于CO2增稠技术领域,具体涉及一种苯基缩水甘油醚聚合物作为CO2增稠剂的应用。
背景技术
自从Whorton于1952年取得第一个利用CO2采油的专利以来,CO2采油技术始终是石油开采领域的研究重点。目前美国是CO2驱油技术发展最快的国家,近20多年来CO2驱油技术已经成为美国提高采收率的主导技术。2004年,美国应用CO2驱油技术增产的原油达3.24×104m3/d,约占其国内日产油量的4%。CO2驱油技术不仅提高了采油率,而且将CO2这种温室气体封存于地下,以应对温室气体对全球气候变暖的影响。
国内对CO2驱油技术的研究相对较晚,驱油技术及其效果与国外存在一定差距。我国首先于1963年在大庆油田利用CO2驱油技术作为主要提高采收率的方法进行研究,随后开展了多次CO2驱油技术先导试验。之后吉林油田、江苏富民油田、江苏油田富14断块、胜利油田、洲城油田洲Ⅲ断块稠油油藏QK18井、茨榆坨油田13断块进行了CO2驱油技术现场试验,并获得了一定的增油效果。随着稠油和低渗油藏的开采,CO2驱油技术呈快速发展的趋势。据“中国陆上已开发油田提高采收率第二次潜力评价及发展战略研究”结果表明,在参与评价的1.01×1011t常规稀油油田的储量中,适合CO2驱油技术的原油储量约为1.23×1010t,预计利用CO2驱油技术可增加可采储量约1.6×109t。另外对于国内现已探明尚还未被动用的3.16×109t低渗透油藏原油同样适用于CO2驱油技术。
但是由于液态和超临界CO2自身粘度较低,流动性较大的原因导致最终采收率并没有达到预想中的那么完美,驱油过程中存在“粘性指进”等问题,稠化CO2驱油技术可以有效控制CO2流度,从而提高采收率。据美国国家石油技术办公室估算,提高CO2粘度2-10倍,最终的日产油量可以从每天18万桶提高到40万桶。
增稠剂是一种通过增加CO2流体粘度控制CO2流体渗透率的添加剂。国外在20世纪80年代初开始研究CO2增稠剂,但是到目前为止廉价环保的CO2增稠剂鲜有报道。Heller及其合作者于1983年首次提出使用聚合物增稠CO2用于控制CO2流度,仅有少数几种材料可以引起CO2流体粘度小量增加,如1wt%含量的无规聚环氧丙烷(Mw=409)在28~33℃、13.8~17.9Ma时可以增加CO2流度粘度25%。高分子量聚二甲基硅氧烷在大量共溶剂(如甲苯)作用下可以有效的增稠CO2,如 4wt%PDMS-20wt%甲苯-76wt%CO2体系增加CO2流体粘度30倍,该方法因为需要大量共溶剂导致经济效益不明显。聚丙烯酸全氟烷基酯及其共聚物能够有效提高CO2流体粘度3~200倍,但是其价格昂贵且有环保问题导致无法实际应用。廉价的CO2增稠剂只有低分子量聚1-癸烷和聚乙基乙烯醚,但是至今还没有其应用报道。
查阅文献和专利发现聚苯基缩水甘油醚主要应用在环氧树脂、表面活性剂和导电聚合物等领域,目前还没有关于苯基缩水甘油醚均聚物或共聚物在CO2增稠剂领域应用的报道。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷,本发明的目的是提供一种苯基缩水甘油醚聚合物作为CO2增稠剂的应用,增稠的CO2适用于CO2驱油技术,拟解决CO2驱油过程中因CO2粘度低造成的“粘性指进”问题。
本发明所采用的技术方案是:将苯基缩水甘油醚聚合物溶解于高压CO2达到CO2增稠的目的。与现有技术相比,本发明的有益效果在于苯基缩水甘油醚聚合物在液态或超临界CO2流体中具有较高的溶解性而且能够有效增稠CO2;苯基缩水甘油醚聚合物不含昂贵的氟化基团,增稠CO2也不需要加入助溶剂,价格低廉、环境友好,更利于实际应用。
为实现上述发明目的,本发明还提供一种上述苯基缩水甘油醚聚合物的制备方法:在通氮气、搅拌条件下,向10~15mL甲苯中缓慢加入1.0~5mL乙二醇和0.30~3.0mL三氟化硼乙醚络合物,室温下活化20~40分钟;然后在冰水浴条件下,向上述反应体系中滴加10~25mL甲苯稀释的10~25mL苯基缩水甘油醚和0~30mL环氧丙烷,20~60分钟滴加完毕,冰水浴条件下继续反应3~5h;加入0.1~0.8g氢氧化钠搅拌5~15分钟终止反应,去离子水洗涤反应混合物至pH值为5.0~6.0;将所得有机层旋蒸去除甲苯和低沸点有机物,得到苯基缩水甘油醚聚合物,化学结构通式如式I所示,其中羟基端基苯基缩水甘油醚均聚物结构如式II所示,记为PGPE-OH,羟基端基苯基缩水甘油醚-环氧丙烷共聚物结构如式III所示,记为PPOGPE-OH;将3~8g所制羟基端基苯基缩水甘油醚聚合物和1.8~10mL三乙胺溶于甲苯中,搅拌下加入1.8~10mL乙酰氯,室温反应10~15h,用蒸馏水洗涤至pH为5.0~6.0,将有机层分离,过滤,将滤液减压蒸馏,得到R1和R2均为乙酰基的苯基缩水甘油醚聚合物,其中乙酰氧基端基苯基缩水甘油醚均聚物结构如式IV所示,记为PGPE-AcO,乙酰氧基端基苯基缩水甘油醚-环氧丙烷共聚物结构如式V所示,记为PPOGPE-AcO。
n为0~15之间的整数;
m为3~15之间的整数;
R1和R2各自独立的选自氢或乙酰基;
聚合物数均分子量范围为450~3200。
附图说明
图1为羟基端基苯基缩水甘油醚均聚物的氢核磁波谱;
图2为乙酰氧基端基苯基缩水甘油醚均聚物的氢核磁波谱;
图3为羟基端基苯基缩水甘油醚-环氧丙烷共聚物的氢核磁波谱;
图4为乙酰氧基端基苯基缩水甘油醚-环氧丙烷共聚物的氢核磁波谱;
图5为50℃条件下PGPE6-AcO/CO2体系、PGPE5-AcO/CO2体系与纯CO2体 系的粘度与体系压力之间的关系曲线,CO2溶液体系与纯CO2体系粘度对比可知乙酰氧基端基苯基缩水甘油醚均聚物可增稠CO2粘度1.5~2.5倍。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明,但本发明不限于所举的实施例。以下便结合实施例附图,对本发明的具体实施方式作进一步的详述,以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
实施例1:
本实施例提供聚合度m=6的乙酰氧基端基苯基缩水甘油醚均聚物在CO2增稠方面的用途,聚合度m=6的乙酰氧基端基苯基缩水甘油醚均聚物记为PGPE6-AcO,其化学结构如式IV所示,其凝胶渗透色谱数据见表1中PGPE6-AcO的数据。
PGPE6-AcO苯基缩水甘油醚聚合物的制备方法:在通氮气、搅拌条件下,向15mL甲苯中缓慢加入1.5mL乙二醇和0..36mL三氟化硼乙醚络合物,室温下活化30分钟;然后在冰水浴条件下,向上述反应体系中滴加10mL甲苯稀释的15mL苯基缩水甘油醚,45分钟滴加完毕,冰水浴条件下继续反应4h;加入0.3g氢氧化钠搅拌10分钟终止反应,去离子水洗涤反应混合物至pH值为5.0~6.0;将所得有机层旋蒸去除甲苯和低沸点有机物,得到R1和R2均为羟基的苯基缩水甘油醚均聚物,记为PGPE6-OH,其核磁谱图见图1;将6g所制羟基端基苯基缩水甘油醚均聚物和7.0mL三乙胺溶于甲苯中,搅拌下加入3.4mL乙酰氯,室温反应12h,用蒸馏水洗涤至pH为5.0~6.0,将有机层分离,过滤,将滤液减压蒸馏,得到R1和R2均为乙酰基的苯基缩水甘油醚均聚物,记为PGPE6-AcO,其核磁谱图见图2。
测试本实施例乙酰氧基端基苯基缩水甘油醚均聚物在CO2中的增稠性的试验方法是利用超临界CO2溶解釜和高压毛细管粘度计测试CO2溶液的粘度,具体操作方法为:在超临界CO2溶解釜中预先投入0.5g的PGPE6-AcO,通过超临界泵在恒温(50℃)下向超临界CO2溶解釜内加入25g纯净CO2气体,调节超临界CO2溶解釜体积改变压力为10MPa长时间搅拌直至系统内为均一透明的饱和溶液,然后通过恒流泵将CO2溶液恒速通过高压毛细管粘度计,测得该10MPa、50℃下CO2溶液粘度,以此方法测得其它压力、50℃下CO2溶液粘度,形成PGPE6-AcO/CO2溶液的压力-粘度曲线,并与50℃条件下纯CO2压力-粘度曲线进行对比,结果如图5所示,从对比图可以看出,在5~30MPa范围内,相同温度压力条件下实施例提供的聚醚化合物能够有效提高CO2粘度1.5~2.5倍。
表1:增稠剂样品的凝胶渗透色谱数据
增稠剂样品名称 | 数均分子量Mn | 重均分子量Mw | 聚合物分散指数PDI |
PGPE5-OH | 770 | 840 | 1.1 |
PGPE5-AcO | 830 | 924 | 1.1 |
PGPE6-OH | 1010 | 1140 | 1.1 |
PGPE6-AcO | 1040 | 1170 | 1.1 |
PPOGPE-OH | 1550 | 1960 | 1.3 |
PPOGPE-AcO | 1580 | 2050 | 1.3 |
实施例2:
本实施例提供聚合度m=5的乙酰氧基端基苯基缩水甘油醚均聚物在CO2增稠方面的应用,聚合度m=5的乙酰氧基端基苯基缩水甘油醚均聚物记为PGPE5-AcO,其化学结构如式IV所示,其凝胶渗透色谱数据见表1中PGPE5-AcO的数据。
PGPE5-AcO苯基缩水甘油醚聚合物的制备方法:在通氮气、搅拌条件下,向15mL甲苯中缓慢加入3.1mL乙二醇和0.72mL三氟化硼乙醚络合物,室温下活化30分钟;然后在冰水浴条件下,向上述反应体系中滴加10mL甲苯稀释的15mL苯基缩水甘油醚,45分钟滴加完毕,冰水浴条件下继续反应4h;加入0.45g氢氧化钠搅拌10分钟终止反应,去离子水洗涤反应混合物至pH值为5.0~6.0;将所得有机层旋蒸去除甲苯和低沸点有机物,得到R1和R2均为羟基的苯基缩水甘油醚均聚物,记为PGPE5-OH;将5g所制羟基端基苯基缩水甘油醚均聚物和8.0mL三乙胺溶于甲苯中,搅拌下加入4.5mL乙酰氯,室温反应12h,用蒸馏水洗涤至pH为5.0~6.0,将有机层分离,过滤,将滤液减压蒸馏,得到R1和R2均为乙酰基的苯基缩水甘油醚均聚物,记为PGPE5-AcO。
测试本实施例乙酰氧基端基苯基缩水甘油醚均聚物在CO2中的增稠性的试验方法是利用超临界CO2溶解釜和高压毛细管粘度计测试CO2溶液的粘度,具体操作方法为:在超临界CO2溶解釜中预先投入0.5g的PGPE5-AcO,通过超临界泵在恒温(50℃)下向超临界CO2溶解釜内加入25g纯净CO2气体,调节超临界CO2溶解釜体积改变压力为10MPa长时间搅拌直至系统内为均一透明的饱和溶液,然后通过恒流泵将CO2溶液恒速通过高压毛细管粘度计,测得该10MPa、50℃下CO2溶液粘度,以此方法测得其它压力、50℃下CO2溶液粘度,形成PGPE5-AcO/CO2溶液的压力-粘度曲线,并与50℃条件下纯CO2压力-粘度曲线进行对比,结果如图5所示,从 对比图可以看出,在5~30MPa范围内,相同温度压力条件下实施例提供的聚醚化合物能够有效提高CO2粘度1.5~2.5倍。
实施例3:
本实施例提供乙酰氧基端基苯基缩水甘油醚-环氧丙烷共聚物的制备方法,乙酰氧基端基苯基缩水甘油醚-环氧丙烷共聚物记为PPOGPE-AcO,其化学结构如式V所示。
PPOGPE-AcO苯基缩水甘油醚聚合物的制备方法:在通氮气、搅拌条件下,向15mL甲苯中缓慢加入0.9mL乙二醇和0.36mL三氟化硼乙醚络合物,室温下活化30分钟;然后在冰水浴条件下,向上述反应体系中滴加10mL甲苯稀释的5.4mL苯基缩水甘油醚和11.2mL环氧丙烷,40分钟滴加完毕,冰水浴条件下继续反应4h;加入0.6g氢氧化钠搅拌10分钟终止反应,去离子水洗涤反应混合物至pH值为5.0~6.0;将所得有机层旋蒸去除甲苯和低沸点有机物,得到R1和R2均为羟基的羟基端基苯基缩水甘油醚-环氧丙烷共聚物,记为PPOGPE-OH,其核磁谱图见图3;将5.6g所制羟基端基苯基缩水甘油醚-环氧丙烷共聚物和4.2mL三乙胺溶于甲苯中,搅拌下加入2.1mL乙酰氯,室温反应12h,用蒸馏水洗涤至pH为5.0~6.0,将有机层分离,过滤,将滤液减压蒸馏,得到R1和R2均为乙酰基的乙酰氧基端基苯基缩水甘油醚-环氧丙烷共聚物,记为PPOGPE-AcO,其核磁谱图见图4,凝胶渗透色谱数据见表1。
本发明的有益效果在于苯基缩水甘油醚聚合物在液态或超临界CO2流体中具有较高的溶解性而且能够有效增稠CO2;苯基缩水甘油醚聚合物不含昂贵的氟化基团,增稠CO2也不需要加入助溶剂,价格低廉、环境友好,更利于实际应用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (2)
1.一种结构式如下所示的苯基缩水甘油醚聚合物作为CO2增稠剂的应用,
其中:
n为0~15之间的整数;
m为3~15之间的整数;
R1和R2各自独立的选自氢或乙酰基。
2.如权利要求1所述的一种苯基缩水甘油醚聚合物作为CO2增稠剂的应用,其特征在于:所述聚合物的数均分子量范围为450~3200。
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