CN112062899B - 一种交联聚合物微球及其制备方法与应用 - Google Patents

一种交联聚合物微球及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交联聚合物微球及其制备方法。所述交联聚合物微球采用反相乳液法制备而成，包括下述步骤：以聚合物单体、引发剂、交联剂的水溶液为水相，向所述水相中加入含乳化剂的油相，搅拌形成油为外相的乳状液，再进行反应制得所述交联聚合物微球；所述聚合物单体为丙烯酰胺、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、丙烯酸十八酯质量比6：(0～3)：(1～2)的混合物，所述交联剂双酚基丙烷、甲醛，两者的质量比(1.5～2)：1；所述交联剂在水相中的质量分数为0.1％～1.5％；本发明的优点：所述交联聚合物微球耐剪切等稳定性好，克服了现有聚合物微球吸水膨胀速率快、吸水膨胀倍数大、抗剪切能力弱的不足，在油藏深部调剖领域具有广阔的应用前景。

Description

一种交联聚合物微球及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于油气田开发提高采收率领域，具体涉及一种交联聚合物微球及其制备方法与应用。
背景技术
由于油藏平面和纵向上的非均质性、油水黏度差异和注采井网不完善性，在油田注水开发过程中，注采井间会形成严重的优势渗流通道，导致注入水利用率降低、综合含水率升高，从而使得油田采出程度和开发效益降低。因此，需要研究高含水期油田调剖、调驱技术，扩大注入水波及体积，提高原油采收率和开发效益。
目前油田常用调驱剂主要包括聚合物凝胶、聚合物微球及其他颗粒型堵剂，聚合物凝胶油层成胶范围小、传输性差，降低聚合物凝胶粘度可提高地层中的传输性，但对高渗通道封堵强度低、易突破。粉煤灰等颗粒型调驱剂强度高但地层传输性差、注入压力高、地层伤害大。因此，研究开发具有良好的地层传输性和封堵性能的深部调剖剂是油田开发提高采收率面临的关键问题。
聚合物微球是由聚合物单体、交联剂和引发剂等在反相乳液等条件下形成的聚合物微球，具有良好的吸水膨胀性能和粘弹性能，并可在多孔介质中运移，通过桥接和堆积等作用封堵大孔道，通过物理阻挡的阻力作用使水绕流而扩大波及体积，从而实现深部液流转向的调剖作用。现有调剖用聚合物微球主要是以丙烯酰胺、丙烯酸/丙烯酸钠等聚合物单体或添加交联剂制备而成。由于微球结构中含有大量的强亲水基团，因此微球吸水膨胀速率快、吸水膨胀倍数大，但是抗剪切能力弱，在向油藏深部运移过程中，经过管线、阀门、炮眼，尤其是地层孔隙时，会发生剪切破坏，造成聚合物微球深部封堵性能差。
发明内容
针对现有调剖用聚合物微球抗剪切能力弱、深部封堵性能差的问题，本发明提供了一种交联聚合物微球及其制备方法，本发明制备的交联聚合物微球抗剪切能力强，吸水膨胀速率和吸水膨胀倍数适中。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种交联聚合物微球的制备方法，采用反相乳液法制备而成，包括下述步骤：
以聚合物单体、引发剂、交联剂的水溶液为水相，向所述水相中加入含乳化剂的油相，搅拌形成油为外相的乳状液，在一定温度下反应制得所述交联聚合物微球。
具体的，所述制备方法包括如下步骤：
步骤1：室温下，将聚合物单体加入去离子水中，搅拌均匀，然后加入交联剂，搅拌均匀，再加入引发剂，搅拌均匀，得到水相；
步骤2：将乳化剂加入油相中，升温至45～55℃搅拌30～60min，然后降温至30℃，得到含乳化剂的油相；
步骤3：将步骤2中制得的油相加入三口烧瓶中，接好回流冷凝装置，通氮气，水浴温度为25～30℃，搅拌速度为250～1000r/min，再用恒压分液漏斗滴加步骤1中所得的水相，乳化15～30min；
步骤4：水浴温度升至65～75℃，搅拌速度为300～500r/min，反应3～5小时，冷却至室温，得到油外相的交联聚合物微球产物。
步骤5：将步骤4所得油外相的交联聚合物微球产物用无水乙醇洗涤抽滤3次，将滤物放入50～65℃烘箱中烘干12～24h，研磨后得到所述交联聚合物微球。
上述的制备方法中，所述聚合物单体为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲烯丙磺酸和丙烯酸十八酯，三者的质量比依次为6：(0～3)：(1～2)，具体可为6：2.5：1.5。
所述聚合物单体在水相中的总质量分数可为30％～55％；具体可为33％、35％。
上述的制备方法中，所述交联剂为双酚基丙烷和甲醛质量比(1.5～2)：1的混合物；具体的，双酚基丙烷和甲醛质量比可为2：1。
所述交联剂在水相中的质量分数可为0.1％～1.5％；具体可为0.2％。
上述的制备方法中，所述引发剂为过硫酸钾或偶氮二异丁腈；
所述引发剂在水相中的质量分数为0.1％～2.0％；具体可为0.6％。
上述的制备方法中，所述含乳化剂的油相中的油为白油，具体可为10#白油。
上述的制备方法中，所述乳化剂为Span-80、Span-60或Span-80与Tween-80复配；具体可为Span-80。
所述乳化剂在油中的质量分数为5％～30％；具体可为17％。
即，所述含乳化剂的油相中乳化剂的质量分数为4％～23％，具体可为15％。
上述的制备方法中，所述油相和水相质量比为(1～2)：1；具体可为1.5：1。
上述的制备方法中，步骤1中所述搅拌的转速为100～500r/min，时间可为10-25min。
上述的制备方法中，步骤2中所述搅拌温度为45～55℃，搅拌时间为30～60min；具体的，搅拌温度可为50℃，搅拌时间可为45min。
上述的制备方法中，步骤3中通氮气时间可为30～40min，乳化温度为25～30℃，乳化时间为15～30min，搅拌速度为250～1000r/min；具体的，通氮时间可为30min，乳化温度可为30℃，乳化时间可为20min，搅拌速度可为450r/min。
上述的制备方法中，步骤4中反应温度为65～75℃，反应时间为3～5h，搅拌速度为300～500r/min；具体的，反应温度可为68℃，反应时间可为4h，搅拌速度可为400r/min。
上述的制备方法中，步骤5中烘箱温度为50～65℃，烘干时间为12～24h；具体的，烘箱温度可为55℃，烘干时间可为24h。
上述方法制备得到的交联聚合物微球也属于本发明的保护范围。
本发明还提供了所述交联聚合物微球的应用。
本发明所提供的交联聚合物微球的应用是其在制备调剖剂中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的交联聚合物微球结构中，通过交联化学键能强的单体以及疏水性单体，提高了交联聚合物微球的耐剪切能力增强，且吸水膨胀速率和吸水膨胀倍数适中，提高了交联聚合物微球向地层深部运移过程中的耐剪切破坏能力，深部调堵性能明显增强。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备交联聚合物微球的扫描电镜照片。
图2为本发明实施例2所制备交联聚合物微球的扫描电镜照片。
图3为本发明对比例1所制备PAM聚合物微球的扫描电镜照片。
图4为本发明实施例1所制备交联聚合物微球溶胀后的扫描电镜照片。
图5为本发明对比例1所制备PAM聚合物微球溶胀后的扫描电镜照片。
图6为本发明实施例1所制备交联聚合物微球驱替后的扫描电镜照片。
图7为本发明实施例1所制备交联聚合物微球驱替后岩心扫描电镜照片。
图8为本发明对比例1所制备PAM聚合物微球驱替后的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为对本发明进行具体说明，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中，如无特别说明，各物料的份数均为质量份。
实施例1、制备交联聚合物微球
步骤1：室温下，将12份的丙烯酰胺、5份2-丙烯酰胺-2-甲烯丙磺酸和3份丙烯酸十八酯，加入40份的去离子水中，以300r/min，搅拌15min直至均匀，然后加入0.1份的双酚基丙烷和0.05份的甲醛，以300r/min，搅拌15min直至均匀，再加入0.4份的过硫酸钾，以300r/min，搅拌15min直至均匀，得到水相。
步骤2：将14份Span80加入80份10#白油中，升温至50℃，搅拌45min，然后降温至30℃，得到油相。
步骤3：将步骤2中油相加入三口烧瓶中，接好回流冷凝装置，通氮气30min，水浴温度为30℃，搅拌速度为450r/min，再用恒压分液漏斗滴加步骤1中水相，乳化20min；
步骤4：水浴温度升至68℃，搅拌速度改为400r/min，反应4h，冷却至室温，得到反应物；
步骤5：将步骤4所得反应产物用无水乙醇洗涤抽滤3次，将滤物放入55℃烘箱中烘干24h，研磨后得到所述交联聚合物微球。
实施例2、制备交联聚合物微球
步骤1：室温下，12份的丙烯酰胺、5份2-丙烯酰胺-2-甲烯丙磺酸和3份丙烯酸十八酯，加入40份的去离子水中，以300r/min，搅拌15min直至均匀，然后加入0.1份的双酚基丙烷和0.05份的甲醛，以300r/min，搅拌15min直至均匀，再加入0.4份的偶氮二异丁腈，以300r/min，搅拌15min直至均匀，得到水相；
步骤2：将14份Span60加入80份10#白油中，升温至50℃，搅拌45min,然后降温至30℃，得到油相；
步骤3：将步骤2中油相加入三口烧瓶中，接好回流冷凝装置，通氮气30min，水浴温度为30℃，搅拌速度为450r/min，再用恒压分液漏斗滴加步骤1中水相，乳化20min；
步骤4：水浴温度升至68℃，搅拌速度改为400r/min，反应4h，冷却至室温，得到反应物；
步骤5：将步骤4所得反应产物用无水乙醇洗涤抽滤3次，将滤物放入55℃烘箱中烘干24h，研磨后得到所述交联聚合物微球。
对比例1、制备PAM微球
步骤1：室温下，将20份的丙烯酰胺，加入40份的去离子水中，以300r/min，搅拌15min直至均匀，然后加入0.4份的过硫酸钾，以300r/min，搅拌15min直至均匀，得到水相；
步骤2：将14份Span80加入80份10#白油中，升温至50℃，搅拌45min,然后降温至30℃，得到油相；
步骤3：将步骤2中油相加入三口烧瓶中，接好回流冷凝装置，通氮气30min，水浴温度为30℃，搅拌速度为450r/min，再用恒压分液漏斗滴加步骤1中水相，乳化20min；
步骤4：水浴温度升至68℃，搅拌速度改为400r/min，反应4h，冷却至室温，得到反应物；
步骤5：将步骤4所得反应产物用无水乙醇洗涤抽滤3次，将滤物放入55℃烘箱中烘干24h，研磨后得到PAM微球。
实施例3
1、微球吸水溶胀实验
各取PAM微球、实施例1或2交联聚合物微球干粉配制3000mg/L的去离子水溶液，将其分别注入20mL密封玻璃瓶中，置于55℃的恒温烘箱中，溶胀5d后取出，通过SEM测定微球溶胀前、后的直径来计算微球的溶胀倍数。
2、微球抗剪切性能实验
各取PAM微球、实施例1或2交联聚合物微球干粉配制3000mg/L的去离子水溶液，室温下，将其分别以1mL/min的注入速度，进行长岩心驱替实验，岩心渗透率为2500-3000mD，通过SEM测定微球驱替前后形貌变化。
3、结果与讨论
图1和图4为实施例1交联聚合物微球溶胀前后的扫描电镜照片，交联聚合物溶胀倍数为1.5-3，图3和图5为PAM微球溶胀前后的扫描电镜照片，PAM微球溶胀倍数为5-20，可见交联聚合物溶胀倍数得到了控制。
图1、图6和图7为交联聚合物微球驱替前后的扫描电镜照片，注入前分散性、球形好，循环驱替后，大部分微球保持球形，且微球在岩心中聚集叠加。图3和图8为PAM微球驱替前后的扫描电镜照片，PAM微球注入前分散性差，大量团聚，循环驱替后，大部分微球已剪切破坏变形，可见交联聚合物抗剪切能力增强。

Claims (9)

1.一种交联聚合物微球的制备方法，采用反相乳液法制备而成，包括下述步骤：
以聚合物单体、引发剂、交联剂的水溶液为水相，向所述水相中加入含乳化剂的油相，搅拌形成油为外相的乳状液，再进行反应制得所述交联聚合物微球；
所述聚合物单体为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲烯丙磺酸和丙烯酸十八酯，三者的质量比依次为6：（0~3）：（1~2），但2-丙烯酰胺-2-甲烯丙磺酸的含量不为0；
所述交联剂为双酚基丙烷和甲醛质量比（1.5~2）：1的混合物；
所述引发剂为过硫酸钾或偶氮二异丁腈。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚合物单体在水相中的总质量分数为30%~55%；所述引发剂在水相中的质量分数为0.1%~2.0%；
所述交联剂在水相中的质量分数为0.1%~1.5%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述含乳化剂的油相中的油为白油；
所述乳化剂为Span-80、Span-60或Span-80与Tween-80复配；
所述含乳化剂的油相中乳化剂的质量分数为5%~30%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述油相和水相质量比为（1~2）：1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述反应的反应温度为65~75℃，反应时间为3~5h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法具体包括如下步骤：
步骤1：室温下，将聚合物单体加入去离子水中，搅拌均匀，然后加入交联剂，搅拌均匀，再加入引发剂，搅拌均匀，得到水相；
步骤2：将乳化剂加入油中，升温至45~55℃搅拌30~60min，然后降温至30℃，得到含乳化剂的油相；
步骤3：将步骤2中制得的油相加入三口烧瓶中，接好回流冷凝装置，通氮气，水浴温度为25~30℃，搅拌速度为250~1000r/min，再用恒压分液漏斗滴加步骤1中所得的水相，乳化15~30min；
步骤4：水浴温度升至65~75℃，搅拌速度为300~500r/min，反应3~5小时，冷却至室温，得到油外相的交联聚合物微球产物；
步骤5：将步骤4所得油外相的交联聚合物微球产物用无水乙醇洗涤抽滤3次，将滤物放入50~65℃烘箱中烘干12~24h，研磨后得到所述交联聚合物微球。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，所述搅拌的转速为100~500r/min，时间为10-25min；
所述步骤2中，所述搅拌的温度为50℃，搅拌的时间为45min；
所述步骤3中，通氮气时间为30~40min；乳化温度为30℃，乳化时间为20min，搅拌速度为450 r/min；
所述步骤4中，反应温度为68℃，反应时间为4h，搅拌速度为400 r/min；
所述步骤5中，烘箱温度为55℃，烘干时间为24h。
8.权利要求1-7中任一项所述方法制备得到的交联聚合物微球。
9.权利要求8所述的交联聚合物微球在制备调剖剂中的应用。
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