CN105367709A - 一种调节交联剂含量控制聚丙烯酰胺水膨体吸水倍率的方法 - Google Patents

一种调节交联剂含量控制聚丙烯酰胺水膨体吸水倍率的方法 Download PDF

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Abstract

一种通过调节交联剂含量控制聚丙烯酰胺水膨体吸水倍率的方法，涉及油田调剖堵水技术领域，所述聚丙烯酰胺水膨体主要由丙烯酰胺、丙烯酸、膨润土、碳酸钠、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵和水反应生成，本发明通过改变交联剂含量制备了不同吸水倍率的聚丙烯酰胺水膨体，并确定交联剂加量在0.005%~0.08%时，制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水倍率高，性能稳定，可适用于不同油藏调剖堵水的需求；同时，本发明的生产工艺简单，操作简单，并且能有效控制产品的吸水倍率。

Description

一种调节交联剂含量控制聚丙烯酰胺水膨体吸水倍率的方法
一、技术领域
本发明涉及油田调剖堵水技术领域，通过调节交联剂加量来控制聚丙烯酰胺水膨体的吸水倍率。
二、背景技术
目前我国大部分油田进入高含水开发中后期，含水率高达85%以上，部分油田大于90%，调堵措施工作量大且任务艰巨。边水、底水和注入水是油田开发的能量来源。由于地层渗透率不均质，这些水常沿高渗透层过早侵入油井，使油井产液中含水率上升、产油量下降。注水井调剖和油井堵水是重要的提高原油采收率技术。聚丙烯酰胺水膨体，这是一类对水流产生较大阻力，而对油流产生较小阻力，通过油和水、产油层和产水层的差别进行堵水的堵剂。聚丙烯酰胺水膨体是丙烯酰胺水溶液在适当的温度下，加入交联剂、引发剂、添加剂等化学药剂进行共混聚合而生成体型聚合物，在国内各大油田调剖堵水技术措施中广泛运用。
王秀红等发表的文章“聚丙烯酸丙烯酰胺膨润土高吸水性复合材料的制备研究”一文中虽然也使用了N,N’-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，但是没有对交联剂的用量对材料的性能影响进行研究，文章的结论是：采用紫外光引发聚合方法合成了P(AA-AM)/膨润土高吸水性复合材料，光引发剂为0.8mass%，交联剂为0.05mass%，中和度为85%，AA与AM的物质量的比为5，膨润土含量为10mass%时，其吸水倍率可达到1135g/g，吸盐水倍率可达到100.1g/g，与未加填料的树脂相比，吸水及吸盐水倍率分别提高了14.88%和23.28%，说明加入适量的膨润土可以提高材料的吸水性和耐盐性。
尹晓宏等“聚丙烯酸脂高吸水交联小球的制备与表征”对交联剂用量对小球粒径及吸水倍率的影响进行了研究，研究认为由于交联剂整体用量较大,吸水倍率随交联剂用量的增加而显著减少,并且交联剂的用量对树脂粒径影响也较大。交联剂用量增大，树脂的平均粒径也随之增加，因为树脂内部与表面的交联密度都变大，使其不易与其他粒子再聚并。实验中发现当交联剂用量为单体质量的5%时，粒子的平均粒径能达到2.48mm，但吸水倍率下降较大。通常交联剂用量小，吸水倍率大，但形成的粒子强度小,表面易粘结。反之，交联剂用量大，则吸水倍率小，粒子强度大。
由于不同油藏需要不同吸水倍率的水膨体，为了获得高吸水倍率的水膨体，本发明研究了改变交联剂的加量对聚丙烯酰胺水膨体的吸水倍率的影响，通过改变实验条件，生成的聚丙烯酰胺水膨体的吸水倍率提高显著，而且形成的粒子强度较高，性能优良。
三、发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足和满足不同油藏调剖堵水对水膨体吸水倍率的不同要求，提供了一种控制聚丙烯酰胺水膨体吸水倍率的方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种控制聚丙烯酰胺水膨体吸水倍率的方法，包括将质量比为1:3的丙烯酸和丙烯酰胺的混合物、钙剂膨润土、碳酸钠分别溶于水，在引发剂过硫酸铵和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的作用下反应制得聚丙烯酰胺水膨体，并通过调节交联剂的加量控制制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水倍率。
本发明所述的控制聚丙烯酰胺水膨体吸水倍率的方法中，所述交联剂加量为反应物总重量的0.005%-0.08%。
本发明给出了制备聚丙烯酰胺水膨体的方法包括：
a．将0.2重量份的碳酸钠溶于水中；
b.将20重量份的丙烯酸和丙烯酰胺混合物加入步骤a中的水溶液中，搅拌溶解；
c．继续加入10重量份的钙剂膨润土并搅拌溶解；
d．继续加入交联剂，搅拌溶解；
e．继续加入0.02重量份的引发剂并搅拌溶解；
f．将步骤e所述反应物置于30℃-40℃的恒温水浴中，发生聚合反应即得到聚丙烯酰胺水膨体；
g．将聚丙烯酰胺水膨体粉碎烘干至恒重即得到本发明所述的目标产物。
为了使制备的聚丙烯酰胺水膨体易于取出，所述反应在塑料容器中完成。
优选的，在上述制备方法中，最优反应温度为40℃；最优烘干温度为65℃。
根据本发明所述的聚丙烯酰胺水膨体的制备方法，交联剂加量为0.005%时，制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水膨胀倍率为55.30g/g；交联剂加量为0.06%时，制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水膨胀倍率为16.68g/g；交联剂加量为0.08%时，制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水膨胀倍率为15.66g/g。
本发明进行了多次平行实验，取吸水倍率的平均值，实验结果表明，随着交联剂的增大水膨体的膨胀率不断减小，成下降趋势，当交联剂为0.005%时，吸水倍率达到最大，交联剂为0.06%时，下降趋势平缓。
这是因为交联剂加量较少时，交联密度较低，交联点间聚合物分子链长，颗粒充分溶胀后自由水在网格内穿流，网络保水能力差，强度差。当交联剂达到0.08%时，吸水倍率最小，此时水膨体有暴聚现象，整体偏硬偏脆，这是因为交联密度过大交联点间聚合物分子链短，形成致密的网络结构，网络弹性差，液体很难进入水膨体内部，吸水性能较差。在水中浸泡一段时间后变脆易碎，当交联剂为0.08%时为交联剂最高加量临界值，此时水膨体性能不符合使用要求，在合成此聚丙烯酰胺水膨体时，交联剂的加量应小于这个数值。当交联剂大于0.06%时，吸水倍率差距不大，所以当需要吸水倍率为16左右的水膨体时，交联剂加量可控制在0.06%。
四、附图说明
图1是制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水膨胀倍率随交联剂加量变化趋势图。
图2是反应装置示意图。
五、实施例
实施例1
将质量比为1:3的丙烯酸和丙烯酰胺的混合物、钙剂膨润土、碳酸钠分别溶于水，在引发剂过硫酸铵和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的作用下反应制得聚丙烯酰胺水膨体，并通过调节交联剂的加量控制制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水倍率。反应物组成及具体实验步骤为：
a．将0.2重量份的碳酸钠溶于水中；
b.将20重量份的丙烯酸和丙烯酰胺混合物加入步骤a中的水溶液中，搅拌溶解；
c．继续加入10重量份的钙剂膨润土并搅拌溶解；
d．继续加入交联剂，交联剂占反应物总重量的0.005%搅拌溶解；
e．继续加入0.02重量份的引发剂并搅拌溶解；
f．将步骤e所述反应物置于40℃恒温水浴中，发生聚合反应即得到聚丙烯酰胺水膨体；
g．将聚丙烯酰胺水膨体粉碎烘干至恒重，制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水倍率为55.30g/g。
实施例2
实验步骤同实施例1，所述交联剂加量反应物为总重量的0.01%，恒温水浴温度为30℃，制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水倍率为39.84g/g。
实施例3
实验步骤同实施例1，所述交联剂加量反应物为总重量的0.02%，恒温水浴温度为35℃，制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水倍率为26.56g/g。
实施例4
实验步骤同实施例1，所述交联剂加量反应物为总重量的0.03%，恒温水浴温度为33℃，制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水倍率为23.86g/g。
实施例5
实验步骤同实施例1，所述交联剂加量反应物为总重量的0.04%，恒温水浴温度为37℃，制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水倍率为19.03g/g。
实施例6
实验步骤同实施例1，所述交联剂加量反应物为总重量的0.05%，恒温水浴温度为40℃，制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水倍率为18.37g/g。
实施例7
实验步骤同实施例1，所述交联剂加量反应物为总重量的0.06%，恒温水浴温度为40℃，制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水倍率为16.68g/g。
实施例8
实验步骤同实施例1，所述交联剂加量反应物为总重量的0.07%，恒温水浴温度为40℃，制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水倍率为16.19g/g。
实施例9
实验步骤同实施例1，所述交联剂加量反应物为总重量的0.08%，恒温水浴温度为40℃，制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水倍率为15.66g/g。

Claims (9)

1.一种调节交联剂含量控制聚丙烯酰胺水膨体吸水倍率的方法，包括将质量比为1:3的丙烯酸和丙烯酰胺的混合物、钙剂膨润土、碳酸钠分别溶于水，在引发剂过硫酸铵和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的作用下反应制得聚丙烯酰胺水膨体，其特征在于：通过调节交联剂的加量控制制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水倍率。
2.根据权利要求1所述的控制聚丙烯酰胺水膨体吸水倍率的方法，其特征在于：所述交联剂加量为反应物总量的0.005%-0.08%。
3.根据权利要求1或2所述的控制聚丙烯酰胺水膨体吸水倍率的制备方法，其特征在于：所述制备聚丙烯酰胺水膨体的方法包括：
a．将0.2重量份的碳酸钠溶于水中；
b.将20重量份的丙烯酸和丙烯酰胺混合物加入步骤a中的水溶液中，搅拌溶解；
c．继续加入10重量份的钙剂膨润土并搅拌溶解；
d．继续加入交联剂，搅拌溶解；
e．继续加入0.02重量份的引发剂并搅拌溶解；
f．将步骤e所述反应物置于30-40℃的恒温水浴中，发生聚合反应即得到聚丙烯酰胺水膨体；
g．将聚丙烯酰胺水膨体粉碎烘干至恒重即得到本发明所述的目标产物。
4.根据权利要求3所述的聚丙烯酰胺水膨体的制备方法，其特征在于：所述反应在塑料容器中完成。
5.根据权利要求3所述的聚丙烯酰胺水膨体的制备方法，其特征在于：所述最优反应温度为40℃。
6.根据权利要求3所述的聚丙烯酰胺水膨体的制备方法，其特征在于：所述最优烘干温度为65℃。
7.根据权利要求1-6任一项所述的聚丙烯酰胺水膨体的制备方法，其特征在于：交联剂加量为0.005%时，制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水膨胀倍率为55.30g/g。
8.根据权利要求1-6任一项所述的聚丙烯酰胺水膨体的制备方法，其特征在于：交联剂加量为0.06%时，制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水膨胀倍率为16.68g/g。
9.根据权利要求1-6任一项所述的聚丙烯酰胺水膨体的制备方法，其特征在于：交联剂加量为0.08%时，制备的聚丙烯酰胺水膨体的吸水膨胀倍率为15.66g/g。
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