CN107236234A - 一种温敏型聚合物体系及其制备方法和应用 - Google Patents

一种温敏型聚合物体系及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种温敏型聚合物体系及其制备方法和应用，该温敏型聚合物体系包括：聚合物、增效剂、助剂和水；其中，所述聚合物为含丙烯酰胺水溶性聚合物；所述增效剂为聚羧酸(盐)和/或有机磷化合物；所述助剂为氯化铝、氯化钙、氯化镁、氯化铜和氯化锆中的至少一种；其中，以水的体积为基准，所述聚合物的浓度为500‑5000mg/L；以聚合物体系的总重量为基准，所述增效剂的含量为0.02‑0.5wt％，所述助剂以金属离子计的含量为0.05‑0.5wt％。本发明的温敏性聚合物体系为透明均相体系，在地面条件下，所述温敏性聚合物体系的粘度较低，进入地层后随温度升高，溶液粘度大幅度提高，有利于大幅度提高采收率。

Description

一种温敏型聚合物体系及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及油田开发领域，更具体地，涉及一种温敏型聚合物体系及其制备方法和应用。
背景技术
我国陆上油田早在20世纪七十年代就在大庆油田和新疆克拉玛依油田进行了聚合物驱的先导性现场驱油试验，并取得了较好的效果，现在我国陆上油田聚合物驱油技术已经是一项相对比较成熟的技术了。以我国大庆油田为代表的聚合物驱工业化应用技术，无论从规模上还是从经济效益上都处于世界领先水平。
聚合物驱所用的聚合物一般情况下是部分水解聚丙烯酰胺，这种聚合物溶液的特性是随着温度的升高，粘度逐渐降低。在地面条件下，温度比较低，聚合物溶液的粘度较高，当注入到地下后，在油藏高温条件下，聚合物溶液的粘度大幅度降低。同时，聚合物溶液在搅拌、溶解及溶液泵送与注入及在地层内流动过程中，由于粘度高，会发生明显的剪切降解，分子链在剪切作用下将发生断裂，导致增粘能力降低。如果注入时聚合物溶液的粘度较低，而在储层条件下粘度升高，就可以避免注入过程中的粘度损失，并且在较低注入压力下就可以进入地层深部。因此，采用温敏性聚合物体系，即在室温下聚合物溶液粘度不大，在搅拌、溶解及溶液泵送与注入过程中聚合物溶液粘度损失相对较小，同时粘度低有利于注入到地层中，进入地层后由于温度升高，聚合物溶液粘度提高，有利于改善油水流度比、扩大聚合物驱提高采收率的效果。
温敏型聚合物在最近几十年中得到了广泛的发展，并受到高度的重视，可以应用于药物缓释、分子机器、纳米模板等，近几年来这方面的研究报道大量增加。目前广泛研究和应用的有2类温敏高分子聚合物：一种是丙烯酰胺聚合物类，包括聚N-疏水基取代丙烯酰胺，如聚N-丙基丙烯酰胺；另一种则是以聚环氧乙烷(PEO)为亲水链段，以聚环氧丙烷(PPO)、聚环氧丁烷(PBO)或者聚乳酸(PLA)等为疏水链段的嵌段共聚物(如Pluronic@，Tetronic@等)。温敏型聚合物在一定温度范围下可以与水互溶，如果高于临界溶解温度，则高分子水溶液发生相分离，出现凝胶-溶胶相变。因此这类聚合物可以用于药物缓释等，虽然在过去几十年中这类报道很多，但是距离真正的实际应用还很远。目前的温敏型聚合物也不能直接用于油藏应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种温敏型聚合物体系及其制备方法。通过向含有温敏基团的聚合物溶液中添加增效剂和助剂，形成在油藏温度条件下具有温敏特性的聚合物溶液体系，以实现低温粘度低、高温粘度高的目的，从而有利于提高油藏的原油采收率。
为了实现上述目的，本发明提供一种温敏型聚合物体系，该温敏型聚合物体系包括：聚合物、增效剂、助剂和水；其中，所述聚合物为含丙烯酰胺水溶性聚合物；所述增效剂为聚羧酸(盐)和/或有机磷化合物；所述助剂为氯化铝、氯化钙、氯化镁、氯化铜和氯化锆中的至少一种；其中，以水的体积为基准，所述聚合物的浓度为500-5000mg/L；以聚合物体系的总重量为基准，所述增效剂的含量为0.02-0.5wt％，所述助剂以金属离子计的含量为0.05-0.5wt％。
本发明还提供一种上述温敏型聚合物体系的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)使聚合物溶解于水中，得到聚合物溶液；(2)向所述聚合物溶液中加入助剂、增效剂后搅拌直至溶解。
本发明的温敏性聚合物体系为透明均相体系，在地面条件下，所述温敏性聚合物体系的粘度较低，进入地层后随温度升高，溶液粘度大幅度提高，有利于大幅度提高采收率。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为不同增效剂浓度下聚合物体系的粘温曲线。
图2为不同聚合物浓度下聚合物体系的粘温曲线。
图3为不同助剂浓度下聚合物体系的粘温曲线。
具体实施方式
本发明提供一种温敏型聚合物体系，该温敏型聚合物体系包括：聚合物、增效剂、助剂和水；
其中，所述聚合物为含丙烯酰胺水溶性聚合物；所述增效剂为聚羧酸(盐)和/或有机磷化合物；所述助剂为氯化铝、氯化钙、氯化镁、氯化铜和氯化锆中的至少一种；
其中，以水的体积为基准，所述聚合物的浓度为500-5000mg/L；以聚合物体系的总重量为基准，所述增效剂的含量为0.02-0.5wt％，所述助剂以金属离子计的含量为0.05-0.5wt％。
优选地，以水的体积为基准，所述聚合物的浓度为1000-3000mg/L。
优选地，以聚合物体系的总重量为基准，所述增效剂的含量为0.2-0.3wt％。
优选地，以聚合物体系的总重量为基准，所述助剂以金属离子计的含量为0.1-0.5wt％。
优选地，所述聚合物为疏水缔合聚合物、梳型聚合物和抗盐聚合物中的至少一种。所述聚合物可以为多元共聚聚合物。
进一步优选地，所述聚合物的分子链上含有磺酸基、羧酸基和N-异丙基丙烯酰胺基中的至少一种。
根据本发明，所述聚羧酸(盐)优选为聚丙烯酸、丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物、丙烯酸-磺酸盐-酰胺基三元共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯-膦酸-磺酸盐四元共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸盐三元共聚物、聚甲基丙烯酸、马来酸-丙烯酸共聚物和水解聚马来酸酐中的至少一种。
本发明中，聚羧酸(盐)是指聚羧酸和/或聚羧酸盐，以下相似表达方式所表达的含义与此类同。
根据本发明，所述有机磷化合物优选为氨基三亚甲基膦酸(盐)、羟基乙叉二膦酸(盐)、乙二胺四甲叉膦酸(盐)、二乙烯三胺五甲叉膦酸(盐)、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(盐)、多元醇磷酸酯、2-羟基膦酰基乙酸(盐)、己二胺四甲叉膦酸(盐)、多氨基多醚基甲叉膦酸(盐)和双1,6亚己基三胺五甲叉膦酸(盐)中的至少一种。
其中，膦酸盐和乙酸盐各自独立地优选为钠盐、钾盐和铵盐中的至少一种。
根据本发明，所述水优选为油田回注污水、油田注入清水、模拟盐水和蒸馏水中的至少一种。
本发明提供上述温敏型聚合物体系的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)使聚合物溶解于水中，得到聚合物溶液；(2)向所述聚合物溶液中加入助剂、增效剂后搅拌直至溶解。
当所用水中含有较多杂质时，该方法优选包括：在溶解聚合物之前，将水进行过滤处理。所述过滤例如为滤膜过滤，所述滤膜可以为常规孔径的滤膜，例如可为0.45微米的滤膜。
使聚合物溶解的方法可以为搅拌，例如，在600转/分转速下搅拌溶解2小时。
本发明对助剂和增效剂的加入顺序没有特别限定，优选地，先加入助剂，搅拌均匀后再加入增效剂。
本发明的所述温敏型聚合物体系可作为油藏用驱油剂。
通过以下实施例对本发明进行进一步的说明。
以下实施例中，所有粘度均通过Brookfild DVⅢ型流变仪测定。
实施例1：增效剂浓度的影响
(1)用模拟盐水(含氯化钠34g/L)配制1500mg/L的聚合物水溶液(聚合物为法国SNF公司的C6240)，在600转/分转速下溶解2小时；
(2)向1500mg/L的聚合物水溶液中加入助剂(氯化镁)，使其浓度为0.3wt％，加入不同浓度的增效剂H(二乙烯三胺五甲叉膦酸盐)，搅拌均匀使各组分充分溶解。
(3)测定不同体系在各温度下的粘度，结果见表1和图1。
表1不同增效剂浓度对聚合物体系粘度的影响(粘度单位：mPa.s)
编号 组成 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ 70℃ 80℃
A 1500mg/L C6240 19.43 15.85 12.62 10.61 8.01 6.89
B 1500mg/L C6240+0.02％H 19.43 15.85 12.62 10.61 8.01 6.89
C 1500mg/L C6240+0.1％H 19.46 16.23 14.1 16.15 26.25 31.93
D 1500mg/L C6240+0.2％H 20.26 17.76 19.45 66.1 55.16 41.84
E 1500mg/L C6240+0.3％H 21.36 19.46 18.52 33.02 47.78 41.09
F 1500mg/L C6240+0.4％H 22.28 19.15 17.5 25.35 40.59 35.49
G 1500mg/L C6240+0.5％H 22.52 19.11 17.26 24.86 38.95 34.75
实施例2：聚合物浓度的影响
(1)用模拟盐水(含氯化钠34g/L)配制5000mg/L的聚合物水溶液(聚合物为法国SNF公司的C6240)，在600转/分转速下溶解2小时；
(2)用模拟盐水(含氯化钠34g/L)稀释5000mg/L的聚合物水溶液，配制成500mg/L、1000mg/L、1500mg/L、3000mg/L的聚合物溶液，在各个溶液中加入助剂(氯化镁)，使其浓度为0.3wt％，搅拌均匀后再分别加入增效剂H(具体为二乙烯三胺五甲叉膦酸盐)，使其浓度为0.2wt％，搅拌均匀使各组分充分溶解。
(3)测定不同体系在各温度下的粘度，结果见表2和图2。
表2不同聚合物浓度对聚合物体系粘度的影响(粘度单位：mPa.s)
编号 组成 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ 70℃ 80℃
A 500mg/L C6240+0.02％H 8.35 8.21 53.27 54.35 46.81 41.62
B 1000mg/L C6240+0.2％H 11.17 11.03 79.27 71.84 64.28 46.94
C 1500mg/L C6240+0.2％H 20.26 17.76 99.45 66.1 55.16 41.84
D 3000mg/L C6240+0.2％H 188.5 200.8 562.4 650.4 543.2 478.2
E 5000mg/L C6240+0.2％H 244.8 302.6 657.5 700.4 611.5 505
实施例3：助剂浓度的影响
(1)用模拟盐水(含氯化钠34g/L)配制1500mg/L的聚合物水溶液(聚合物为法国SNF公司的C6240)，在600转/分转速下溶解2小时；
(2)向1500mg/L的聚合物水溶液中加入助剂(氯化镁)，使其浓度分别为0.05wt％、0.1wt％、0.3wt％、0.5wt％，搅拌均匀后加入0.2wt％增效剂H(具体为二乙烯三胺五甲叉膦酸盐)，搅拌均匀使各组分充分溶解。
(3)测定不同体系在各温度下的粘度，结果见表3和图3。
表3不同助剂浓度对聚合物体系粘度的影响(粘度单位：mPa.s)
助剂浓度 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ 70℃ 80℃
0.05％ 30.99 28.06 25.7 24.59 20.29 16.57
0.10％ 27.85 24.54 22.4 26.33 118.8 99.59
0.30％ 20.26 17.76 99.45 66.1 55.16 41.84
0.50％ 18.98 21.48 65.91 65.33 54.84 53.51

Claims (10)

1.一种温敏型聚合物体系，其特征在于，该温敏型聚合物体系包括：聚合物、增效剂、助剂和水；
其中，所述聚合物为含丙烯酰胺水溶性聚合物；所述增效剂为聚羧酸(盐)和/或有机磷化合物；所述助剂为氯化铝、氯化钙、氯化镁、氯化铜和氯化锆中的至少一种；
其中，以水的体积为基准，所述聚合物的浓度为500-5000mg/L；以聚合物体系的总重量为基准，所述增效剂的含量为0.02-0.5wt％，所述助剂以金属离子计的含量为0.05-0.5wt％。
2.根据权利要求1所述的温敏型聚合物体系，其中，以水的体积为基准，所述聚合物的浓度为1000-3000mg/L；以聚合物体系的总重量为基准，所述增效剂的含量为0.2-0.3wt％，所述助剂以金属离子计的含量为0.1-0.5wt％。
3.根据权利要求1所述的温敏型聚合物体系，其中，所述聚合物为疏水缔合聚合物、梳型聚合物和抗盐聚合物中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的温敏型聚合物体系，其中，所述聚合物的分子链上含有磺酸基、羧酸基和N-异丙基丙烯酰胺基中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的温敏型聚合物体系，其中，所述聚羧酸(盐)为聚丙烯酸、丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物、丙烯酸-磺酸盐-酰胺基三元共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯-膦酸-磺酸盐四元共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸盐三元共聚物、聚甲基丙烯酸、马来酸-丙烯酸共聚物和水解聚马来酸酐中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的温敏型聚合物体系，其中，所述有机磷化合物为氨基三亚甲基膦酸(盐)、羟基乙叉二膦酸(盐)、乙二胺四甲叉膦酸(盐)、二乙烯三胺五甲叉膦酸(盐)、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(盐)、多元醇磷酸酯、2-羟基膦酰基乙酸(盐)、己二胺四甲叉膦酸(盐)、多氨基多醚基甲叉膦酸(盐)和双1,6亚己基三胺五甲叉膦酸(盐)中的至少一种。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的温敏型聚合物体系，其中，所述水为油田回注污水、油田注入清水、模拟盐水和蒸馏水中的至少一种。
8.权利要求1-7中任意一项所述的温敏型聚合物体系的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)使聚合物溶解于水中，得到聚合物溶液；
(2)向所述聚合物溶液中加入助剂、增效剂后搅拌直至溶解。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，该方法包括：在溶解聚合物之前，将水进行过滤处理。
10.权利要求1-7中任意一项所述的温敏型聚合物体系作为油藏用驱油剂的应用。
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