CN112210039A - 一种驱油石墨烯用分散剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种驱油石墨烯用分散剂的制备方法，属于油田化学技术领域。利用乙烯基吡咯烷酮、带有苯环的季铵盐单体、带有长链烷基的季铵盐单体、带有吡啶基的季铵盐单体为原料，以水为溶剂，在引发剂和链转移剂作用下，通过溶液聚合物制备多元共聚物。这种聚合物在矿化水中溶解性能优良，能够显著提升驱油石墨烯的分散性能，可以作为石墨烯类驱油材料的分散剂使用。

Description

一种驱油石墨烯用分散剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种驱油石墨烯用分散剂的制备方法，属于油田化学技术领域。

背景技术

石油是一种重要的战略资源，它的开采和利用对国民经济的发展具有重要的作用。当前，我国原油对外依存度逐年递增，原油供给严重依赖于进口，威胁到国家能源安全，通过创新技术手段提高原油采收率是保障国家能源安全的重要途径之一。传统化学驱已经在我国大部分油田得到了应用，并取得了一定的效果，然而，各种化学药剂在应用过程中均存在一定的不足，比如，聚合物和表面活性剂环境有一定的污染，用料消耗高，在油藏中不耐盐或不耐高温，化学损失严重。因此，开发综合性能更佳的驱油药剂很有必要。

近年来，人们发现纳米材料在提高采收率领域具有很好的应用潜力。无机纳米材料具有良好的机械稳定性和热稳定性，可以承受高温、高压、高盐和剪切等条件，满足传统化学驱不适用的苛刻油藏的要求。球状纳米材料提高采收率的机理主要包括降低油水界面张力、油藏润湿性改变、重油溶胀、沥青质稳定、降低油粘度、提高抽提液粘度、纳米乳液生成、孔道堵塞、解缝压力等。当前，主要研究和应用的球状纳米材料包括纳米SiO₂、纳米TiO₂、纳米Al₂O₃、纳米Fe₂O₃，以及它们的改性产物。

为了进一步解决球状纳米材料在应用过程中存在的用量大、成本高、驱油性能有待提高等不足，人们发现，石墨烯型片状纳米材料是一种更具有潜力的驱油材料。通过控制石墨烯的尺寸和两亲性质，可以实现石墨烯在油水界面上聚集形成具有一定强度的界面膜，达到驱油材料的高效利用和驱油性能的明显提升。然而，由于石墨烯颗粒之间存在较强的π-π、疏水作用，石墨烯之间的聚结稳定性较差，在长时间放置或者高温高盐条件下，石墨烯颗粒之间逐步聚结形成尺寸更大的颗粒，这将显著影响石墨烯的驱油效果。因此，开发驱油石墨烯用分散剂，改善驱油石墨烯的分散性能，保证石墨烯颗粒在存储、运输和使用过程中能够保持其尺寸和形貌，对于驱油石墨烯的开发和应用具有重要的意义。

发明内容

本发明提供一种驱油石墨烯用分散剂的制备方法。

发明概述

本发明以乙烯基吡咯烷酮、带有苯环的季铵盐单体、带有长链烷基的季铵盐单体、带有吡啶基的季铵盐单体为原料，以水为溶剂，在引发剂和链转移剂作用下，通过溶液聚合物制备共聚物。经过测试，这种共聚物在矿化水中溶解性能优良，能够显著提升驱油石墨烯的分散性能，可以作为石墨烯类驱油材料的分散剂使用。

发明详述

本发明的技术方案如下：

将单体A、单体B、单体C、单体D、引发剂、链转移剂、去离子水加入到装有搅拌器、通氮管、球形冷凝管和温度计的四颈玻璃瓶中，搅拌待所有原料溶解后，通入氮气30min，聚合温度控制在30～90℃，聚合反应1～24h，将产物干燥、粉碎，即得；单体A、单体B、单体C、单体D的质量比为1:(0.01～5):(1～50):(0.002～0.9)，单体总质量、引发剂、链转移剂的质量比为1:(0.0003～0.015):(0.00001～0.0008)，单体总质量、去离子水的质量比为1:(0.6～10)；

单体A为

单体B为

其中R₁为H或CH₃，X₁为Cl或Br；

单体C为

其中R₂为H或CH₃，R₃为碳原子个数为2～18的烷基，X₂为Cl或Br；

单体D为

其中R₄为碳原子个数为1～8的烷基，X₃为Cl或Br。

根据本发明，优选的，所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二氰基戊酸的一种；

优选的，所述的链转移剂为甲酸钠、异丙醇的一种；

优选的，所述的单体C中R₃为碳原子个数为6～16的烷基；

优选的，所述的单体D中R₄为碳原子个数为1～4的烷基；

优选的，单体A、单体B、单体C、单体D的质量比为1:(0.05～3):(3～20):(0.02～0.6)；

优选的，单体总质量、引发剂、链转移剂的质量比为1:(0.0006～0.008):(0.00007～0.0005)；

优选的，单体总质量、去离子水的质量比为1:(1～6)；

优选的，聚合温度控制在30～75℃，聚合反应3～15h。

本发明的优良效果如下：

1.共聚物分子中含有大量的阳离子基团，产品具有良好的溶解、抗盐、抗高温老化等性能。

2.在共聚物分子中引入吡咯烷酮、苯基、吡啶基等基团，增强产品与石墨烯片状基体的相互作用，提升共聚物在石墨烯上的吸附能力。

3.共聚物分子中的长链烷基拆散石墨烯上疏水部分之间的缔合作用，提升产品对于石墨烯的分散效果。

4.通过链转移控制共聚物的分子量，在保障产品分散性能的同时，降低它的增粘、絮凝等副作用。

5.本发明制备工艺简单，绿色环保，容易实现工业化生产。

6.本发明制备的产品与常规驱油助剂和施工工艺的配伍性好。

具体实施方式

下述实施例中所使用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。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明保护范围不仅限于此。

实施例1：

将10g单体A、10g单体B(R₁为H，X₁为Cl)、120g单体C(R₂为CH₃，R₃为正十二烷基，X₂为Cl，)、3g单体D(R₄为乙基，X₃为Cl)、0.35g偶氮二异丁基脒盐酸盐、0.05g甲酸钠、450g去离子水加入到装有搅拌器、通氮管、球形冷凝管和温度计的四颈玻璃瓶中，搅拌待所有原料溶解后，通入氮气30min，聚合温度控制在65℃，聚合反应9h，将产物干燥、粉碎，即得分散剂。

实施例2：

如实施例1所述，所不同的是单体C中R₂为H。

实施例3：

如实施例1所述，所不同的是单体C中R₃为正辛基。

实施例4：

如实施例1所述，所不同的是单体C中R₃为正十六烷基。

实施例5：

如实施例1所述，所不同的是单体B加量为20g。

实施例6：

如实施例1所述，所不同的是单体B加量为3g。

实施例7：

如实施例1所述，所不同的是单体C加量为180g。

实施例8：

如实施例1所述，所不同的是单体C加量为50g。

实施例9：

如实施例1所述，所不同的是单体D加量为1g。

实施例10：

如实施例1所述，所不同的是引发剂为过硫酸铵。

实施例11：

如实施例1所述，所不同的是偶氮二异丁基脒盐酸盐加量为0.8g。

实施例12：

如实施例1所述，所不同的是偶氮二异丁基脒盐酸盐加量为0.15g。

实施例13：

如实施例1所述，所不同的是链转移剂为异丙醇。

实施例14：

如实施例1所述，所不同的是甲酸钠加量为0.02g。

实施例15：

如实施例1所述，所不同的是去离子水加量为650g。

实施例16：

如实施例1所述，所不同的是反应温度为55℃，反应时间为6h。

对比例1：

十二烷基三甲基溴化铵，山东登诺化工有限公司工业产品。

对比例2：

聚乙烯基吡咯烷酮(K30)，山东力昂新材料有限公司工业产品。

驱油用两亲石墨烯纳米颗粒：

自制，制备过程如下。

称取0.5g氧化石墨烯(深圳穗衡石墨烯科技有限公司产品)加入200g去离子水中，超声均匀分散；称取0.5g十八胺溶解到50mL煤油中。将十八胺煤油溶液和石墨烯分散液混合，在室温下以900rpm的速度搅拌反应24h。将产物离心，用乙醇和去离子水分别洗涤三次，真空干燥，即得。

性能评价

评价实施例1～16对于石墨烯纳米颗粒1号和2号的分散性能，测试过程如下。

(1)去离子水中的分散性能评价

将分散剂溶解在去离子水中；将石墨烯纳米颗粒加入去离子水中，超声分散30min。将分散剂溶剂加入纳米颗粒分散液中，超声分散10min，石墨烯在体系中的浓度为10g/L，分散剂在体系中的浓度为2g/L。将体系在室温下静置，使用分光光度计在600nm下测试透过率随时间的变化。

(2)矿化水中的分散性能评价

将分散剂溶解在矿化水中(矿化水组成如表1所示)；将石墨烯纳米颗粒加入矿化水中，超声分散30min。将分散剂溶剂加入纳米颗粒分散液中，超声分散10min，石墨烯在体系中的浓度为0.1g/L，分散剂在体系中的浓度为0.05g/L。将体系在室温下静置，使用分光光度计在600nm下测试透过率随时间的变化。

表1矿化水组成

离子种类	K<sup>+</sup>+Na<sup>+</sup>	Ca<sup>2+</sup>	Mg<sup>2+</sup>	HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>	SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>	Cl<sup>-</sup>
							浓度(mg/L)	3799.14	883.76	338.53	151.33	74.25	8263.40

表2性能评价结果

由实验结果可以看出，相对于常规表面活性剂型或者非离子聚合物型分散剂，在去离子水中(高浓度，模拟产品储存条件)和矿化水中(低浓度，模拟产品使用条件)，本发明制备的分散剂对于两亲石墨烯材料均具有更好地分散效果。

Claims (6)

1.一种驱油石墨烯用分散剂的制备方法，包括步骤如下：

将单体A、单体B、单体C、单体D、引发剂、链转移剂、去离子水加入到装有搅拌器、通氮管、球形冷凝管和温度计的四颈玻璃瓶中，搅拌待所有原料溶解后，通入氮气30min，聚合温度控制在30～90℃，聚合反应1～24h，将产物干燥、粉碎，即得；单体A、单体B、单体C、单体D的质量比为1:(0.01～5):(1～50):(0.002～0.9)，单体总质量、引发剂、链转移剂的质量比为1:(0.0003～0.015):(0.00001～0.0008)，单体总质量、去离子水的质量比为1:(0.6～10)；

所述的单体A为

所述的单体B为

其中R₁为H或CH₃，X₁为Cl或Br；

所述的单体C为

其中R₂为H或CH₃，R₃为碳原子个数为2～18的烷基，X₂为Cl或Br；

所述的单体D为

其中R₄为碳原子个数为1～8的烷基，X₃为Cl或Br；

所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二氰基戊酸的一种；

所述的链转移剂为甲酸钠、异丙醇的一种。

2.根据权利要求1所述的驱油石墨烯用分散剂的制备方法，其特征在于，单体C中R₃为碳原子个数为6～16的烷基，单体D中R₄为碳原子个数为1～4的烷基。

3.根据权利要求1所述的驱油石墨烯用分散剂的制备方法，其特征在于，单体A、单体B、单体C、单体D的质量比为1:(0.05～3):(3～20):(0.02～0.6)。

4.根据权利要求1所述的驱油石墨烯用分散剂的制备方法，其特征在于，单体总质量、引发剂、链转移剂的质量比为1:(0.0006～0.008):(0.00007～0.0005)。

5.根据权利要求1所述的驱油石墨烯用分散剂的制备方法，其特征在于，单体总质量、去离子水的质量比为1:(1～6)。

6.根据权利要求1所述的驱油石墨烯用分散剂的制备方法，其特征在于，聚合温度控制在30～75℃，聚合反应3～15h。