CN111349193B - 一种四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺及其合成方法与应用 - Google Patents

一种四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺及其合成方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺及其合成方法与应用。本发明的聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺单体、抗盐功能单体、抗温功能单体I、抗温功能单体II构成的四元共聚物，其中，丙烯酰胺单体、抗盐功能单体、抗温功能单体I和抗温功能单体II的物质的量比为(0.2～0.7)：(0.2～0.6)：(0.03～0.2)：(0.01～0.1)。本发明聚丙烯酰胺中引入了抗盐和抗温功能单体，降低了聚丙烯酰胺对盐和温度的敏感性，从而提高了聚丙烯酰胺的抗温抗盐能力，利用该聚丙烯酰胺采油时可适用的温度为80～140℃，矿化度为150000～300000mg/L，制备的聚丙烯酰胺在高温高矿化度下粘度保留率较高。

Description

一种四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺及其合成方法与应用
技术领域
本发明涉及一种四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺及其合成方法与应用，属于油田采油技术领域。
背景技术
随着世界经济和工业的发展，人类对石油的需求量也日益增长。由于近几十年对石油大范围的集中开采，油藏地质条件好、开采成本较低的油田区块已接近枯竭，剩余的油田多数是开采条件不佳或开采成本较高的区块。一些油藏温度较高和地层矿化度高等开采难度大的油田(如新疆某些区块油藏温度达到80～140℃，地层水矿化度达到150000～300000mg/L，钙镁等高价离子含量10000～20000mg/L)仍需继续开采。但是，传统聚丙烯酰胺驱油剂在高温和高矿化度条件下，容易迅速降解和分解，不能达到有效驱油的目的，因此开发一种适用于此类油藏的新型驱油剂是十分必要的。中国专利文献CN107987211A(申请号201711287341.1)公开了一种四元共聚抗盐抗温聚丙烯酰胺的合成方法，首先在反应装置中加入丙烯酰胺、抗盐功能、抗温功能和pH缓冲单体和去离子水配制成单体混合水溶液，调节pH值为5～8后，通入氮气除氧，同时加入偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐；至氧含量＜0.1mg/L后，控制温度在0～8℃密封反应4～8小时；然后将胶体破碎，与水解剂混合，60～80℃保温反应4～8小时，烘干粉碎后即得成品。该发明合成的成品改变了以往聚丙烯酰胺单一的分子结构，主链引入功能单体生成特殊官能团，降低了聚丙烯酰胺对盐和温度的敏感性。现有技术中，已经有关于抗温抗盐驱油剂的相关报道，但是其抗温效果还有待进一步提高，以适应高温油藏的开采。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺及其合成方法与应用，本发明制备的聚丙烯酰胺可作为驱油剂用于高温、高矿化度油藏的开采。
本发明的技术方案如下：
一种四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺，该聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺单体、抗盐功能单体、抗温功能单体I、抗温功能单体II构成的四元共聚物，其中，丙烯酰胺单体、抗盐功能单体、抗温功能单体I和抗温功能单体II的物质的量比为(0.2～0.7)：(0.2～0.6)：(0.03～0.2)：(0.01～0.1)。
根据本发明优选的，所述抗盐功能单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基磺酸钠或甲基丙烯磺酸钠中的任意一种。
根据本发明优选的，所述抗温功能单体I为甲基丙烯酰氧乙基二甲基卞基氯化铵、乙烯基吡咯烷酮中的任意一种。
根据本发明优选的，所述抗温功能单体II为异戊烯醇聚氧乙烯醚、乙烯基磺酸钠中的任意一种。
上述四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺的合成方法，包括步骤如下：
(1)按比例称取丙烯酰胺单体、抗盐功能单体、抗温功能单体I、抗温功能单体II，溶于去离子水中，配制成单体混合水溶液；其中，单体混合水溶液中单体总的质量浓度为20～30％；
(2)调节步骤(1)得到的单体混合水溶液的pH为5～8，通入氮气驱除氧气，同时加入偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐；至氧气含量＜0.1mg/L后，将单体混合水溶液在0～8℃密封反应4～6小时；
(3)反应结束后，将反应所得胶体破碎成胶粒，与水解剂混合均匀，85～90℃水解反应2～4小时，取出后烘干粉碎，即得四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺。
根据本发明优选的，步骤(2)中所述pH的调节剂为氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠中的任意一种。
根据本发明优选的，步骤(2)中所述偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐在单体混合水溶液中的浓度为1000～3000ppm。
根据本发明优选的，步骤(3)中所述水解剂为氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠中的任意一种。
根据本发明优选的，步骤(3)中所述水解剂的加量与胶粒的质量比为(0.01～0.03):1。
根据本发明优选的，步骤(3)中所述胶粒的粒径为0.1～0.5mm；所述粉碎的粒径为20～80目。
上述四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺作为驱油剂在高温高矿化度油藏开采中的应用。
本发明的技术特点和有益效果：
1、本发明中的聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺单体、抗盐功能单体、抗温功能单体I、抗温功能单体II构成的四元共聚物。本发明中的抗盐功能单体有更好的抵抗二价金属离子的能力，在高矿化度水中依然提供较好的溶解性能。与现有技术相比，本发明具有两种非离子型的抗温功能单体，相比丙烯酸或甲基丙烯酸等羧酸类聚合单体，这两种单体的引入，能够显著提升聚丙烯酰胺在高温中的耐受性，具有更好的抗温效果。聚丙烯酰胺中抗温抗盐单体的引入，在高矿化度水中可以提供较高的粘度，更有利于高温条件下增粘作用。高矿化度水中二价金属离子含量较高，相比含羧基类的单体，含磺酸的单体更易溶解并提升粘度。
2、本发明聚丙烯酰胺中引入了抗盐和抗温功能单体，降低了聚丙烯酰胺对盐和温度的敏感性，从而提高了聚丙烯酰胺的抗温抗盐能力，利用该聚丙烯酰胺采油时可适用的温度为80～140℃，矿化度为150000～300000mg/L，钙离子含量为10000～20000mg/L。而且本发明中聚丙烯酰胺制备方法简单，使用成本较低，制备的聚丙烯酰胺在高温高矿化度下粘度保留率较高，可显著提升高温高矿化度油藏的采收率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但是本发明的保护范围并不仅限于以下实施例。
实施例中涉及的药品及试剂，若无特殊说明，均为普通市售产品。
实施例1
一种四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺，其四元共聚用单体为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基吡咯烷酮和异戊烯醇聚氧乙烯醚，这四种单体的物质的量比为0.65:0.2:0.1:0.05；
其合成方法步骤如下：
(1)按比例称取丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基吡咯烷酮和异戊烯醇聚氧乙烯醚，溶于去离子水中，配制成单体总的质量浓度为25％的单体混合水溶液；
(2)采用氢氧化钠调节步骤(1)得到的单体混合水溶液的pH至5，然后通入氮气驱除氧气；在通入氮气的同时加入偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，至浓度为1000ppm，除氧气过程需要控制在40～60分钟，至氧气含量小于0.1mg/L后，将单体混合水溶液在0℃密封反应5小时；
(3)反应结束后，将反应所得胶体破碎成粒径0.1～0.5毫米的胶粒，与水解剂氢氧化钠混合均匀，水解剂的加量与胶粒的质量比为0.02:1，在85～90℃条件下，保温水解反应2～4小时，取出后烘干粉碎成20～80目的颗粒即得四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺。
采用上述制备的成品，测试新疆某油田区块条件，矿化度150000mg/L，其中钙离子浓度为10000mg/L，温度105℃，测得粘度50mPa·s。测试新疆某油田区块条件，矿化度260000mg/L，其中钙离子浓度为20000mg/L，温度140℃，测得粘度40mPa·s。
实施例2
一种四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺，其四元共聚用单体为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基吡咯烷酮和乙烯基磺酸钠，这四种单体的物质的量比为0.60:0.225:0.125:0.02；
其合成方法步骤如下：
(1)按比例称取丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基吡咯烷酮和乙烯基磺酸钠，溶于去离子水中，配制成单体总的质量浓度为25％的单体混合水溶液；
(2)采用氢氧化钠调节步骤(1)得到的单体混合水溶液的pH至6，然后通入氮气驱除氧气；在通入氮气的同时加入偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，至浓度为1500ppm，除氧气过程需要控制在40～60分钟，至氧气含量小于0.1mg/L后，将单体混合水溶液在2℃密封反应5小时；
(3)反应结束后，将反应所得胶体破碎成粒径0.1～0.5毫米的胶粒，与水解剂氢氧化钠混合均匀，水解剂的加量与胶粒的质量比为0.02:1，在85～90℃条件下，保温水解反应2～4小时，取出后烘干粉碎成20～80目的颗粒即得四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺。
采用上述制备的成品，测试新疆某油田区块条件，矿化度150000mg/L，其中钙离子浓度为10000mg/L，温度105℃，测得粘度49mPa·s。测试新疆某油田区块条件，矿化度260000mg/L，其中钙离子浓度为20000mg/L，温度140℃，测得粘度40mPa·s。
实施例3
一种四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺，其四元共聚用单体为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基吡咯烷酮和乙烯基磺酸钠，这四种单体的物质的量比为0.55:0.25:0.15:0.03；
其合成方法步骤如下：
(1)按比例称取丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基吡咯烷酮和乙烯基磺酸钠，溶于去离子水中，配制成单体总的质量浓度为25％的单体混合水溶液；
(2)采用氢氧化钠调节步骤(1)得到的单体混合水溶液的pH至6，然后通入氮气驱除氧气；在通入氮气的同时加入偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，至浓度为2000ppm，除氧气过程需要控制在40～60分钟，至氧气含量小于0.1mg/L后，将单体混合水溶液在4℃密封反应5小时；
(3)反应结束后，将反应所得胶体破碎成粒径0.1～0.5毫米的胶粒，与水解剂氢氧化钠混合均匀，水解剂的加量与胶粒的质量比为0.02:1，在85～90℃条件下，保温水解反应2～4小时，取出后烘干粉碎成20～80目的颗粒即得四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺。
采用上述制备的成品，测试新疆某油田区块条件，矿化度150000mg/L，其中钙离子浓度为10000mg/L，温度105℃，测得粘度48mPa·s。测试新疆某油田区块条件，矿化度260000mg/L，其中钙离子浓度为20000mg/L，温度140℃，测得粘度40mPa·s。
实施例4
一种四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺，其四元共聚用单体为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基吡咯烷酮和异戊烯醇聚氧乙烯醚，这四种单体的物质的量比为0.5:0.28:0.175:0.03；
其合成方法步骤如下：
(1)按比例称取丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基吡咯烷酮和异戊烯醇聚氧乙烯醚，溶于去离子水中，配制成单体总的质量浓度为25％的单体混合水溶液；
(2)采用氢氧化钠调节步骤(1)得到的单体混合水溶液的pH至7，然后通入氮气驱除氧气；在通入氮气的同时加入偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，至浓度为2500ppm，除氧气过程需要控制在40～60分钟，至氧气含量小于0.1mg/L后，将单体混合水溶液在6℃密封反应5小时；
(3)反应结束后，将反应所得胶体破碎成粒径0.1～0.5毫米的胶粒，与水解剂碳酸钠混合均匀，水解剂的加量与胶粒的质量比为0.02:1，在85～90℃条件下，保温水解反应2～4小时，取出后烘干粉碎成20～80目的颗粒即得四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺。
采用上述制备的成品，测试新疆某油田区块条件，矿化度150000mg/L，其中钙离子浓度为10000mg/L，温度105℃，测得粘度50mPa·s。测试新疆某油田区块条件，矿化度260000mg/L，其中钙离子浓度为20000mg/L，温度140℃，测得粘度41mPa·s。
实施例5
一种四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺，其四元共聚用单体为丙烯酰胺、甲基丙烯磺酸钠、甲基丙烯酰氧乙基二甲基卞基氯化铵和异戊烯醇聚氧乙烯醚，这四种单体的物质的量比为0.6:0.2:0.03:0.01；
其合成方法步骤如下：
(1)按比例称取丙烯酰胺、甲基丙烯磺酸钠、甲基丙烯酰氧乙基二甲基卞基氯化铵和异戊烯醇聚氧乙烯醚，溶于去离子水中，配制成单体总的质量浓度为25％的单体混合水溶液；
(2)采用氢氧化钠调节步骤(1)得到的单体混合水溶液的pH至8，然后通入氮气驱除氧气；在通入氮气的同时加入偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，至浓度为3000ppm，除氧气过程需要控制在40～60分钟，至氧气含量小于0.1mg/L后，将单体混合水溶液在8℃密封反应5小时；
(3)反应结束后，将反应所得胶体破碎成粒径0.1～0.5毫米的胶粒，与水解剂氢氧化钠混合均匀，水解剂的加量与胶粒的质量比为0.02:1，在85～90℃条件下，保温水解反应2～4小时，取出后烘干粉碎成20～80目的颗粒即得四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺。
采用上述制备的成品，测试新疆某油田区块条件，矿化度150000mg/L，其中钙离子浓度为10000mg/L，温度105℃，测得粘度51mPa·s。测试新疆某油田区块条件，矿化度260000mg/L，其中钙离子浓度为20000mg/L，温度140℃，测得粘度42mPa·s。
对比例1
按照专利申请CN107987211A(申请号201711287341.1)实施例1中记载的合成方法合成聚丙烯酰胺，将上述合成的聚丙烯酰胺测试新疆某油田区块条件，矿化度150000mg/L，其中钙离子浓度为10000mg/L，温度105℃，测得粘度30mPa·s。测试新疆某油田区块条件，矿化度260000mg/L，其中钙离子浓度为20000mg/L，温度140℃，测得粘度21mPa·s。
将本对比例与实施例1～5的测试数据对比可知，按照本发明制备方法制备的聚丙烯酰胺抗温抗盐效果更佳，在高温高矿化度下粘度保留率更高，更适用于高温高矿化度油藏的开采。

Claims (6)

1.一种四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺，其特征在于，该聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺单体、抗盐功能单体、抗温功能单体I、抗温功能单体II构成的四元共聚物，其中，丙烯酰胺单体、抗盐功能单体、抗温功能单体I和抗温功能单体II的物质的量比为(0.2~0.7)：(0.2~0.6)：(0.03~0.2)：(0.01~0.1)；
所述抗温功能单体II为异戊烯醇聚氧乙烯醚；
所述抗盐功能单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基磺酸钠或甲基丙烯磺酸钠中的任意一种；
所述抗温功能单体I为甲基丙烯酰氧乙基二甲基卞基氯化铵、乙烯基吡咯烷酮中的任意一种；
所述四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺的合成方法，包括步骤如下：
（1）按比例称取丙烯酰胺单体、抗盐功能单体、抗温功能单体I、抗温功能单体II，溶于去离子水中，配制成单体混合水溶液；其中，单体混合水溶液中单体总的质量浓度为20~30%；
（2）调节步骤（1）得到的单体混合水溶液的pH为5~8，通入氮气驱除氧气，同时加入偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐；至氧气含量＜0.1mg/L后，将单体混合水溶液在0~8℃密封反应4~6小时；
（3）反应结束后，将反应所得胶体破碎成胶粒，与水解剂混合均匀，85~90℃水解反应2~4小时，取出后烘干粉碎，即得四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺。
2.如权利要求1所述的四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺，其特征在于，步骤（2）中所述pH的调节剂为氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠中的任意一种。
3.如权利要求1所述的四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺，其特征在于，步骤（2）中所述偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐在单体混合水溶液中的浓度为1000~3000ppm。
4.如权利要求1所述的四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺，其特征在于，步骤（3）中所述水解剂为氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠中的任意一种；所述水解剂的加量与胶粒的质量比为(0.01~0.03):1。
5.如权利要求1所述的四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺，其特征在于，步骤（3）中所述胶粒的粒径为0.1~0.5mm；所述粉碎的粒径为20~80目。
6.权利要求1所述的四元共聚抗温抗盐聚丙烯酰胺作为驱油剂在高温高矿化度油藏开采中的应用。
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