CN106939158B - 一种抗温抗盐聚合物驱油剂及其制备方法 - Google Patents

一种抗温抗盐聚合物驱油剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种抗温抗盐聚合物驱油剂及其制备方法，所述驱油剂由摩尔比为(94‑97)：(1.7‑4.7)：(0.3‑1.0)：(0.3‑1.0)的丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、对苯乙烯磺酸钠、二甲基烯丙基十八烷基氯化铵聚合形成。所述聚合物驱油剂在较高的温度以及一定浓度的盐溶液中仍能保持良好的增黏作用，具有很好的抗温抗盐抗剪切性能，原料单体价格低廉，聚合反应条件温和，工艺简单。

Description

一种抗温抗盐聚合物驱油剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及驱油剂技术领域，具体涉及一种抗温抗盐聚合物驱油剂及其制备方法。
背景技术
石油素有“工业血液”之称，是一个国家重要的战略资源。石油是不可再生能源，石油的开采与储量与国家经济发展密切相关。油井开发过程可分为三个阶段：一次采油、二次采油和三次采油。一次采油，即自喷，是利用油藏本身的天然能力去开采出一部分油，采收率为5％～20％；二次采油，是注水、注气式采油，采收率可达到20％～40％；三次采油，为化学、混相驱等，采收率基本可达到50％～90％，不断提高采收率是油田开发的永恒主题。
提高采收率的方法可分为四大类：化学驱、气体混相驱、热力采油和微生物采油。其中化学驱是提高原油釆收率的有效方法之一，而化学驱又分为碱水驱、表面活性剂驱、聚合物驱、复合化学驱等。而聚合物驱是目前化学驱中发展较快且实际应用价值较高的一种方法，能够在水驱的基础上提高原油采收率，是提高经济效益、保证石油稳产、提高原油产量的重要措施。聚合物驱是指以聚合物做驱油剂(从注入井注入地层，将地层原油驱至采油井的物质)的提高原油采收率的方法。聚丙烯酰胺是现有的一种广泛使用的聚合物驱油剂，但这类聚合物具有剪切变稀、高温分解、遇盐降粘的缺点，而且在三次采油阶段油层较深油井内温度较高；而且在矿化度较高的油层中容易发生相分离，致使溶液粘度剧烈下降，因此，其增粘性能较差，耐温、抗盐、使用性能不佳。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种抗温抗盐聚合物驱油剂及其制备方法，所述聚合物驱油剂在较高的温度以及一定浓度的盐溶液中仍能保持良好的增黏作用，具有很好的抗温抗盐抗剪切性能，原料单体价格低廉，聚合反应条件温和，工艺简单。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种抗温抗盐聚合物驱油剂，所述驱油剂由摩尔比为(94-97)：(1.7-4.7)：(0.3-1.0)：(0.3-1.0)的丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、对苯乙烯磺酸钠、二甲基烯丙基十八烷基氯化铵聚合形成。
优选的，所述驱油剂由摩尔比为97:(1.7-2.7):(0.3-0.8):(0.5-1.0)的丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、对苯乙烯磺酸钠、二甲基烯丙基十八烷基氯化铵聚合形成。
更为优选的，所述驱油剂由摩尔比为97:1.7:0.3:1.0的丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、对苯乙烯磺酸钠、二甲基烯丙基十八烷基氯化铵聚合形成。
本申请技术方案还提供一种抗温抗盐聚合物驱油剂的制备方法，按摩尔比分别将二甲基烯丙基十八烷基氯化铵、丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、对苯乙烯磺酸钠依次加入纯水中，搅拌至溶液澄清后，在氮气保护下升温至40-60℃，再通入氮气去除体系中溶解的氧后，加入引发剂，恒温反应5-9h，直至胶体形成，将形成的胶体用无水乙醇洗涤、剪碎提纯后，恒温烘干、研磨，即得所述驱油剂。
其中，将二甲基烯丙基十八烷基氯化铵、丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、对苯乙烯磺酸钠依次加入纯水中时，需保证在前一组分溶解至澄清时再加入后一种组分。
优选的，所述引发剂由重量比例为(1.5-3)：1的NaHSO3和(NH4)2S2O8组成。
优选的，所述丙烯酰胺、所述烯丙基聚乙二醇、所述对苯乙烯磺酸钠、所述二甲基烯丙基十八烷基氯化铵的总质量为体系总质量的15-35％。
更为优选的，所述丙烯酰胺、所述烯丙基聚乙二醇、所述对苯乙烯磺酸钠、所述二甲基烯丙基十八烷基氯化铵的总质量为体系总质量的20％。
优选的，所述引发剂的重量为所述丙烯酰胺、所述烯丙基聚乙二醇、所述对苯乙烯磺酸钠、所述二甲基烯丙基十八烷基氯化铵的总质量的0.1-0.5％。
更为优选的，所述引发剂的重量为所述丙烯酰胺、所述烯丙基聚乙二醇、所述对苯乙烯磺酸钠、所述二甲基烯丙基十八烷基氯化铵的总质量的0.3％。
优选的，所述恒温反应的温度为40-50℃。
更为优选的，所述恒温反应的温度为45℃。
优选的，所述恒温反应的反应时间为6-8h。
更为优选的，所述恒温反应的反应时间为7h。
优选的，通入氮气去除体系中溶解的氧的时间为20-40min。
其中，通入氮气去除体系中溶解的氧的时间以去除体系中溶解的氧为准。
在本申请技术方案所述的抗温抗盐聚合物驱油剂由丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、对苯乙烯磺酸钠、二甲基烯丙基十八烷基氯化铵聚合形成，其中丙烯酰胺参与反应后，在聚合物驱油剂结构中形成主链结构，分子量较高且热稳定性较高的分子主链结构，能够提高聚合物驱油剂水溶液的表观粘度，表观粘度随着老化时间的增加而降低的幅度较小，其热稳定性较好；另外，分子链中含有氧会导致聚合物驱油剂的水溶液表观粘度降低，所以，为了提高聚合物驱油剂水溶液的表观粘度，筛选出不含氧的丙烯酰胺参与反应，同时在聚合反应过程中尽可能去除体系中的氧，形成聚合物驱油剂的主链结构。其中，对苯乙烯磺酸钠以及烯丙基聚乙二醇参与反应后，在聚合物驱油剂结构中形成侧链，分别为磺酸基团和非离子基团，两者均为盐敏性差、化学稳定性好、可以起缔合作用的基团，能够提高聚合物驱油剂的抗盐性能。其中二甲基烯丙基十八烷基氯化铵参与反应后，在聚合物驱油剂结构中形成侧链，为疏水基团，当含有亲水基和疏水基的分子进入水溶液中，疏水基会形成胶束，从而使溶液增粘，进而提高聚合物的抗温抗盐性。
本申请技术方案所述的聚合物驱油剂在较高的温度以及一定浓度的盐溶液中仍能保持良好的增黏作用，具有很好的抗温抗盐抗剪切性能，此外，本申请技术方案中所述的原料单体价格低廉，聚合反应条件温和，工艺简单。
附图说明
图1是质量浓度为0.5％的驱油剂溶液抗温性能评价曲线；
图2是质量浓度为1.0％的驱油剂溶液抗温性能评价曲线；
图3是NaCl对驱油剂溶液粘度的影响结果曲线；
图4是CaCl2对驱油剂溶液粘度的影响结果曲线；
图5是复配盐水对驱油剂溶液粘度的影响结果曲线；
图6是10％NaCl下对温度和驱油剂溶液粘度的关系曲线。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本申请技术方案提供了一种抗温抗盐聚合物驱油剂，所述驱油剂由摩尔比为(94-97)：(1.7-4.7)：(0.3-1.0)：(0.3-1.0)的丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、对苯乙烯磺酸钠、二甲基烯丙基十八烷基氯化铵聚合形成。
其制备方法是按摩尔比分别将二甲基烯丙基十八烷基氯化铵、丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、对苯乙烯磺酸钠依次加入纯水中(需保证在前一单体溶解至澄清时再加入后一种单体)，其中，二甲基烯丙基十八烷基氯化铵、丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、对苯乙烯磺酸钠的总质量为体系总质量的15-35％，搅拌至溶液澄清后，在氮气保护下升温至40-60℃，再通入氮气20-40min去除体系中溶解的氧后，加入由重量比例为(1.5-3)：1的NaHSO3和(NH4)2S2O8组成的引发剂，其中，引发剂的重量为二甲基烯丙基十八烷基氯化铵、丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、对苯乙烯磺酸钠的总质量的0.1-0.5％，恒温反应5-9h，直至胶体形成，将形成的胶体用无水乙醇洗涤、剪碎提纯后，恒温烘干、研磨，即得所述驱油剂。
以上本申请技术方案所述的聚合物驱油剂具有较好的抗温抗盐性能，具体见实施例。
实施例1
聚合单体的重量配比对驱油剂水溶液粘度和抗温抗盐能力的影响
不同的单体配比，其官能团之间会有不同的协同效果，从而会影响合成的聚合物驱油剂水溶液粘度和抗温抗盐能力。采用单因素法研究单体的不同的配比对驱油剂水溶液粘度和抗温抗盐能力的影响，其中单体分别为丙烯酰胺(AM)，烯丙基聚乙二醇(APEG-700)，对苯乙烯磺酸钠(SSS)，二甲基烯丙基十八烷基氯化铵(C-18)，反应时单体总质量浓度为20％，引发剂为占单体总质量的0.3％，引发剂由重量比例为2：1的NaHSO3和(NH4)2S2O8组成，反应温度为45℃，反应时间为9小时，按表1改变单体的配比，把合成的聚合物驱油剂配置成质量浓度为0.5％溶液，用仪器NDJ-8SN数显粘度计测定不同条件下的表观粘度，结果见表1。
表1单体配比对驱油剂水溶液粘度和抗温抗盐能力的影响结果
Figure BDA0001249221220000051
从上表可以看出，当单体的配比为n(AM):n(APEG-700):n(SSS):n(C-18)＝97:1.7:0.3:1时，聚合物驱油剂溶液的抗温抗盐能力最强。
实施例2
反应温度对驱油剂水溶液粘度和抗温抗盐能力的影响
反应温度越高，体系的能量会随之增大，反应聚合速率会加快，增粘效果越显著，但随着反应温度不断升高，聚合反应会过于剧烈，迫使链终止的提前发生，从而影响聚合物的表观粘度及其抗温抗盐性能。采用单因素法，在固定的单体配比为n(AM):n(APEG-700):n(SSS):n(C-18)＝97:1.7:0.3:1的条件下，反应时单体总质量浓度为20％，引发剂为占单体总质量的0.3％，引发剂由重量比例为2：1的NaHSO3和(NH4)2S2O8组成，反应时间为9小时，按表2改变反应温度，把合成的聚合物驱油剂配置成质量浓度为0.5％溶液，用仪器NDJ-8SN数显粘度计测定不同条件下的表观粘度，结果见表2。
表2反应温度对驱油剂水溶液粘度和抗温抗盐能力的影响结果
Figure BDA0001249221220000061
从上表可以看出，反应温度在45℃时聚合物驱油剂的抗温抗盐性最优。
实施例3
引发剂加量对驱油剂水溶液粘度和抗温抗盐能力的影响
引发剂的加量较少时，聚合反应发生较为缓慢，不能有效的增粘，但若引发剂加量较多时，又会加剧聚合物的合成反应，使聚合物提前进行了链终止，从而影响聚合物的表观粘度及其抗温抗盐性能。采用单因素法，在固定的单体配比为n(AM):n(APEG-700):n(SSS):n(C-18)＝97:1.7:0.3:1的条件下，反应时单体总质量浓度为20％，引发剂由重量比例为2：1的NaHSO3和(NH4)2S2O8组成，反应温度为45℃，反应时间为9小时，按表3改变引发剂加量，把合成的聚合物驱油剂配置成质量浓度为0.5％溶液，用仪器NDJ-8SN数显粘度计测定不同条件下的表观粘度，结果见表3。
表3引发剂加量对驱油剂水溶液粘度和抗温抗盐能力的影响结果
Figure BDA0001249221220000071
可以看出，聚合物驱油剂溶液的表观粘度随着引发剂加量的升高呈现出先增加后降低的趋势，当引发剂加量为0.3％时粘度达到最大，抗温抗盐性能最好，之后聚合物溶液的表观粘度又随着引发剂加量的增加而降低，抗温抗盐性也逐渐降低。
实施例4
单体浓度对驱油剂水溶液粘度和抗温抗盐能力的影响
聚合反应过程中单体浓度越高，反应速度会增加，体系迅速增粘，且合成的聚合物会更硬，但单体浓度太高时就会使聚合反应的链终止提前，使产物变脆，且影响聚合物的粘度和抗温抗盐性能。采用单因素法，在固定的单体配比为n(AM):n(APEG-700):n(SSS):n(C-18)＝97:1.7:0.3:1的条件下，引发剂为占单体总质量的0.3％，引发剂由重量比例为2：1的NaHSO3和(NH4)2S2O8组成，反应温度为45℃，反应时间为9小时，按表4改变反应时单体总质量浓度，把合成的聚合物驱油剂配置成质量浓度为0.5％溶液，用仪器NDJ-8SN数显粘度计测定不同条件下的表观粘度，结果见表4。
表4单体浓度对驱油剂水溶液粘度和抗温抗盐能力的影响
可以看出，聚合物驱油剂溶液的表观粘度随单体浓度的升高而增加，在单体浓度达到25％时达到最高，粘度可达173mPa·s，但抗温抗盐性稍差，相比较而言，单体浓度为20％的情况下，粘度较高，抗温抗盐性较优。之后聚合物溶液的表观粘度随单体浓度的升高而逐渐降低，所以单体浓度优选20％。
实施例5
反应时间对驱油剂水溶液粘度和抗温抗盐能力的影响
聚合反应的反应程度会随着聚合物反应时间的增加而增加，聚合物的粘度会相对提高，聚合物的分子链增加，其抗温抗盐性能逐渐增加。采用单因素法，在固定的单体配比为n(AM):n(APEG-700):n(SSS):n(C-18)＝97:1.7:0.3:1的条件下，反应时单体总质量浓度为20％，引发剂为占单体总质量的0.3％，引发剂由重量比例为2：1的NaHSO3和(NH4)2S2O8组成，反应温度为45℃，按表5改变反应时间，把合成的聚合物驱油剂配置成质量浓度为0.5％溶液，用仪器NDJ-8SN数显粘度计测定不同条件下的表观粘度，结果见表5。
表5反应时间对驱油剂水溶液粘度和抗温抗盐能力的影响结果
Figure BDA0001249221220000091
可以看出，聚合物驱油剂溶液的粘度随反应时间的增加而持续性增加，但在达到7h后粘度变化基本趋于平稳，且此时的抗温抗盐性也基本保持不变，溶液中的单体已达到完全反应，最佳的反应时间为7小时。
实施例6
抗温性能评价
采用质量浓度为0.5％、1.0％的驱油剂溶液进行评价，附图1是0.5％驱油剂溶液的评价结果，附图2是1.0％的驱油剂溶液的评价结果，从附图1和附图2可以看出，0.5％驱油剂溶液的粘度会随着温度的增加而降低，当驱油剂溶液的温度升高到90℃时，驱油剂溶液的粘度仍有22mPa·s，粘度保留度为7.86％；1.0％驱油剂溶液的粘度随温度的增加而降低的趋势明显低于0.5％的驱油剂溶液，且在90℃时的粘度仍有487mPa·s，且在60℃后下降趋势已趋于平缓，在100℃还有回升的趋势。
实施例7
抗盐性能评价
1、NaCl对驱油剂粘度的影响
采用NaCl以一定加量来模拟地下水况，进行驱油剂抗盐性能测试，其中驱油剂溶液浓度为0.5％，附图3是NaCl对驱油剂粘度的影响结果，从附图3可以看出，驱油剂溶液的粘度在加入NaCl后先急剧下降，后缓慢回升，当NaCl达到10％时，驱油剂溶液的粘度已超过初始粘度。这是由于矿化度低时静电屏蔽占主导地位，溶液粘度下降；当矿化度升高，溶液的极性作用占据主导地位，虽然静电屏蔽作用依然存在，但矿化度的升高极大的增加溶液的极性，从而促进疏水缔合结构的形成，表现为遇盐增稠效应。
2、CaCl2对驱油剂粘度的影响
采用CaCl2以一定加量来模拟地下水况，进行驱油剂抗盐性能测试，其中驱油剂溶液浓度为0.5％，附图4是CaCl2对驱油剂粘度的影响结果，从附图4可以看出，驱油剂溶液的粘度在加入CaCl2后会急剧下降，但随着之后的持续加盐，驱油剂溶液的粘度又大幅度上升，在加盐量5％左右时，粘度已经达到了初始粘度；在加盐量达到25％时粘度仍保持上升趋势。且CaCl2对驱油剂粘度影响较NaCl大，同样由于在低矿化度时，静电屏蔽作用占据主导地位，使粘度下降；而高矿化度下，溶液的极化作用主导，使溶液表现出增粘作用。
3、复配盐水对驱油剂粘度的影响
测试CaCl2、NaCl同时存在时对驱油剂的粘度影响，将CaCl2、NaCl进行复配，改变CaCl2、NaCl总质量，测定不同盐加量对驱油剂的粘度的影响，控制m(CaCl2):m(NaCl)＝2:8，改变盐加量测定驱油剂的粘度。附图5是复配盐水对粘度的影响结果，从附图5可以看出，驱油剂溶液的粘度在加入复配盐后会急剧下降，但随着之后的持续加盐，驱油剂溶液的粘度又逐渐上升，且渐渐大于初始粘度，在加盐至10％时，驱油剂的粘度已大于初始粘度；在加盐量达到25％时粘度仍保持上升趋势无下降趋势，且复配盐对驱油剂粘度影响较NaCl大，但较CaCl2小。其中溶液粘度下降是由于低矿化度下静电屏蔽作用为主导，而随后的粘度上升是由于随着矿化度的增加，溶液的极性作用逐渐增加，占据主导。
实施例8
抗温抗盐性能评价
模拟地层水NaCl加量10％，测定驱油剂溶液在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃下的表观黏度，其中，聚合物浓度为0.5％，附图6是测定结果曲线图，从附图6可以看出，驱油剂在加盐的情况下，随温度的升高，粘度先下降后缓慢回升，这是由于在一定的矿化度下，温度的升高使聚合物中的疏水基团热运动增加，亲水基团水化作用降低，降低了溶液粘度。在90℃下仍保持10mPa·s的粘度，所以本申请所述驱油剂的抗温抗盐性能较好。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抗温抗盐聚合物驱油剂，其特征在于：所述驱油剂由摩尔比为(94-97)：(1.7-4.7)：(0.3-1.0)：(0.3-1.0)的丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、对苯乙烯磺酸钠、二甲基烯丙基十八烷基氯化铵聚合形成。
2.根据权利要求1所述的一种抗温抗盐聚合物驱油剂，其特征在于：所述驱油剂由摩尔比为97:(1.7-2.7):(0.3-0.8):(0.5-1.0)的丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、对苯乙烯磺酸钠、二甲基烯丙基十八烷基氯化铵聚合形成。
3.根据权利要求2所述的一种抗温抗盐聚合物驱油剂，其特征在于：所述驱油剂由摩尔比为97:1.7:0.3:1.0的丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、对苯乙烯磺酸钠、二甲基烯丙基十八烷基氯化铵聚合形成。
4.一种抗温抗盐聚合物驱油剂的制备方法，其特征在于：按摩尔比分别将二甲基烯丙基十八烷基氯化铵、丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、对苯乙烯磺酸钠依次加入纯水中，搅拌至溶液澄清后，在氮气保护下升温至40-60℃，再通入氮气去除体系中溶解的氧后，加入引发剂，恒温反应5-9h，直至胶体形成，将形成的胶体用无水乙醇洗涤、剪碎提纯后，恒温烘干、研磨，即得所述驱油剂。
5.根据权利要求4所述的一种抗温抗盐聚合物驱油剂的制备方法，其特征在于：所述引发剂由重量比例为(1.5-3)：1的NaHSO3和(NH4)2S2O8组成。
6.根据权利要求4所述的一种抗温抗盐聚合物驱油剂的制备方法，其特征在于：所述丙烯酰胺、所述烯丙基聚乙二醇、所述对苯乙烯磺酸钠、所述二甲基烯丙基十八烷基氯化铵的总质量为体系总质量的15-35％。
7.根据权利要求4所述的一种抗温抗盐聚合物驱油剂的制备方法，其特征在于：所述引发剂的重量为所述丙烯酰胺、所述烯丙基聚乙二醇、所述对苯乙烯磺酸钠、所述二甲基烯丙基十八烷基氯化铵的总质量的0.1-0.5％。
8.根据权利要求4所述的一种抗温抗盐聚合物驱油剂的制备方法，其特征在于：所述恒温反应的温度为40-50℃。
9.根据权利要求4所述的一种抗温抗盐聚合物驱油剂的制备方法，其特征在于：所述恒温反应的反应时间为6-8h。
10.根据权利要求4所述的一种抗温抗盐聚合物驱油剂的制备方法，其特征在于：通入氮气去除体系中溶解的氧的时间为20-40min。
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