CN114479799A - 一种聚合物微球调驱剂体系及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油田助剂领域的一种聚合物微球调驱剂体系及其制备方法和应用。所述聚合物微球调驱剂体系,以重量份数计,可包含以下组分:a)0.1~1.0份聚合物微球乳液;b)0.0001~0.1份增效剂;优选为0.0001~0.05份;c)100份水;其中,所述增效剂选自含硫化合物、二叔丁基甲基苯酚中的至少一种。本发明所述的聚合物微球调驱剂体系,通过在反应结束后的聚合物微球乳液中加入增效剂,使其均匀地分散在产品乳液中,实际使用中无需处理配制水或将微球溶液进行除氧处理,可直接进行老化实验或现场注入。采用本发明的技术方案,提高了产品的长期稳定性,从而提高了调堵性能,而且使用非常方便。
Description
技术领域
本发明涉及油田助剂领域,更进一步说,涉及一种聚合物微球调驱剂体系及其制备方法和应用。
背景技术
聚合物微球作为一种深部调剖堵水剂越来越受到人们认可,其优点包括受外界影响小,可以直接用污水配制并在线注入,耐高温高盐,以及注入低粘度、无污染、成本较低等。该技术的设计机理是依靠纳米/微米级遇水可膨胀微球来逐级封堵地层孔喉实现其深部调剖堵水的效果。
油田所用的微球调驱剂一般指含交联剂的聚丙烯酰胺类球状微粒,按照粒径的大小,一般用反相微乳液聚合法制备纳米级微球、反相乳液法制备亚微米级微球、反相悬浮法制备微米至毫米级的微球。三者虽然都含有油相、水相和乳化剂(或稳定剂),但其聚合机理是不同的。
人们对于聚合物微球制备的研究重点一般集中于聚合机理、反应动力学或贴近现场应用的提高耐温抗盐性能、提高乳液稳定性和微球固含量等,而对聚合物微球的降解机理及如何提高耐老化性能的研究鲜有报道。虽然聚合物微球是一种经过交联的聚丙烯酰胺,其稳定性高于线性聚合物,但随着高温下的氧化老化,其交联结构也会逐渐降解,因此关注其老化降解对提高产品性能亦有重要意义。
线性聚丙烯酰胺的研究除了通过提高分子量增粘、引入共聚单体提高耐温抗盐性能等,还通过添加各种助剂来提高聚合物的抗氧化老化等性能。有研究认为,在无氧和金属离子时,聚丙烯酰胺水溶液在100℃下粘度下降的半衰期(粘度下降到初始粘度一半的时间)是7年,在120℃下粘度下降的半衰期为2年,而在实际应用中,聚丙烯酰胺的降解速率要远高于此,其中聚丙烯酰胺的氧化降解主要是体系中存在可以提供能引起高分子主链断裂的活性自由基。
聚丙烯酰胺微球的制备过程中通常采用乳液体系,组成相比采用水溶液法制备线性聚丙烯酰胺更为复杂,使用过程中随着时间延长,性能变差,以往人们对研制聚合物微球大多只关注于通过引入共聚单体和改进聚合工艺来提高性能,但在使用过程中,稳定性较差,从而影响使用性能,尤其是封堵性能下降的问题依然存在。
综上,提高聚合物微球的老化稳定性,从而提高聚合物微球的封堵性能,使得产品可以段塞式或与表活剂复配后用于油田三次采油用深度调剖、堵水、驱油等提高采收率的现场应用并长期有效具有较高的经济意义。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明提出一种聚合物微球调驱剂体系。具体地说涉及一种聚合物微球调驱剂体系及其制备方法和应用。
本发明所要解决的技术问题之一是现有聚丙烯酰胺微球在使用过程中稳定性较差,从而影响使用性能,尤其是封堵性能下降的问题,提供一种使用过程中稳定性大大提高、封堵性能可以长时间保持的聚合物微球调驱剂体系。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的聚合物微球调驱剂体系的制备方法。
本发明所要解决的技术问题之三是提供一种与解决技术问题之一相对应的聚合物微球调驱剂体系的应用。
具体地,
本发明目的之一是提供一种聚合物微球调驱剂体系,以重量份数计,可包含以下组分:
a)0.1~1.0份聚合物微球乳液;
b)0.0001~0.1份增效剂;优选为0.0001~0.05份;
c)100份水;
其中,所述增效剂可选自含硫化合物、二叔丁基甲基苯酚中的至少一种;
优选地,所述含硫化合物可选自硫脲、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、连二亚硫酸盐、硫氰酸盐、巯基苯并咪唑中的一种或两种以上。优选所述含硫化合物为硫脲、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、连二亚硫酸盐、硫氰酸盐、巯基苯并咪唑中的两种以上;所述亚硫酸盐具体可选自亚硫酸钠、亚硫酸氢盐可选自亚硫酸氢钠、连二亚硫酸盐可选自连二亚硫酸钠、硫氰酸盐可选自硫氰酸钠。所述含硫化合物优选为硫脲、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、连二亚硫酸钠、硫氰酸钠、巯基苯并咪唑中的一种或两种以上;更优选硫脲与亚硫酸氢钠或连二亚硫酸钠的组合。它们都是还原型抗氧化剂,其中,硫脲除了能与配制水中的氧结合,还能捕获丙烯酰胺在降解反应中生成的自由基、有一定的稳定作用。硫脲与亚硫酸氢钠或连二亚硫酸钠的重量比例以1:2~2:1为宜,优选为1:1.5~2:1。本发明人发现两种以上含硫化合物时,两者具有相互协同增效的作用,在相同条件下,单一含硫化合物的增效剂,封堵性能下降的情况下,两种以上的含硫化合物仍能保持封堵性能的持续提高,出现了相反的趋势(具体见表1MS100-1-4、MS100-3-2)。
所述水为矿化水,所述矿化水的总矿化度最高可达300000mg/L,二价金属离子最高可达30000mg/L;所述二价金属选自钙、镁中的至少一种。
所述聚合物微球调驱剂(也即聚丙烯酰胺微球乳液)为油包水乳液;可采用反相微乳液、反相乳液或反相微悬浮法聚合而成,占整个体系的0.1~1.0%;
优选地,所述聚合物微球乳液的固含量大于25%;
所述聚合物微球属于耐温抗盐型,所述聚合物微球粒径可为0.1~10μm。
其中,所述聚合物微球乳液的制备方法具体可参考中国专利CN104231162A、CN104448126A、CN108314758A、CN109666097A中的制备方法;此处全文引入CN104231162A、CN104448126A、CN108314758A、CN109666097A的技术方案;这些专利采用了不同的微球制备方法,得到的微球粒径不同,都具有固含量高、耐温抗盐的特点。
具体地,所述聚合物微球乳液的聚合体系可选自以下体系中的至少一种:
体系一:
所述聚合物微球乳液为聚丙烯酰胺反相微乳液,所述的微乳液由以下组分在复合引发剂的存在下反应制得;所述的微乳液组成,以微乳液的重量份数计,包含以下组分:
a)20~70份的油溶性溶剂;
b)5~20份乳化剂和助乳化剂;
c)20~70份的含有丙烯酰胺单体的水相,单体在水相中的重量含量为40~70%;
其中,所述复合引发剂,以微乳液的重量百分比计,包含以下组分:
(1)0.02~1.0%的氧化剂;
(2)0.02~2.0%的还原剂;
(3)0.03~2.0%的偶氮类化合物;
(4)0.01~1.0%的交联剂;
(5)0.1~10%的尿素、硫脲;
(6)0.01~0.5%的乙二胺四乙酸二钠或二乙烯三胺五乙酸钠;
(7)0.01~0.5%的分子量调节剂;
其中,所述含有丙烯酰胺单体的水相由非离子水溶性单体、阴离子单体、阳离子单体中的至少一种组成;所述乳化剂由亲油性表面活性剂和亲水性表面活性剂复配而成;交联剂选自为亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯、聚乙二醇二丙烯酸酯和季戊四醇三丙烯酸酯中的至少一种;和/或,
体系二:
所述聚合物微球乳液为聚丙烯酰胺反相微乳液调驱体系,该微乳液由以下组分在复合引发剂的存在下反应制得;所述的微乳液组成以重量份数计,包含以下组分:
a)20~70份的油溶性溶剂;
b)5~20份的乳化剂;
c)0~20份的助乳化剂;
d)20~70份的含有丙烯酰胺水溶性单体的水相,单体在水相中的含量为40~70%;
e)0.5~10份的疏水单体;
其中,所述的复合引发剂,以上述微乳液的重量份数计,包含以下组分:
(a)0.02~1.0份的氧化剂;
(b)0.02~2.0份的还原剂;
(c)0.03~2.0份的偶氮类化合物;
(d)0.01~1.0份的交联剂;
(e)0.1~10份的尿素、硫脲;
(f)0.01~0.5份的乙二胺四乙酸二钠或二乙烯三胺五乙酸钠;
(g)0.01~0.5份的分子量调节剂。和/或,
体系三:
所述聚合物微球乳液,在复合乳化剂体系和复合引发剂存在下由反相乳液体系聚合制得;所述的反相乳液体系,以重量份数计,包含以下组分:
a)10~40份的油相;
b)1~8份复合乳化剂体系;
c)50~80份的含有聚合单体的水相,聚合单体在水相中的含量为40~70%;
d)0.01~1.0份的交联剂;
所述复合乳化剂体系,以重量份数计,包含以下组分:
a)0.2~3份的失水山梨醇脂肪酸酯乳化剂;
b)0.2~3份高分子乳化剂;
c)0.01~0.2份脂肪醇聚氧乙烯醚乳化剂;
d)0~5份助乳化剂;和/或,
体系四:
所述聚合物微球乳液,以重量份数计,由包含以下组分的反应体系在复合引发剂的存在下反应制得:
a)20~70份的油溶性溶剂;
b)2~20份的复合乳化剂;
c)20~70份的含有丙烯酰胺、离子单体及疏水单体的水相,所用单体在水相中的含量为40~70%;
d)0.05~2份的交联剂;
所述复合乳化剂包含主乳化剂和助乳化剂;其中主乳化剂包含非离子型的亲油性表面活性剂、非离子型的亲水性表面活性剂,两者配比使得复合乳化剂体系的亲水亲油平衡值在3~9之间。
所述聚合物微球乳液的制备方法具体可选自如下方法之一:
方法一:
所述制备方法,可依次包括以下几个步骤:
(a)将油溶性溶剂和乳化剂搅拌均匀,成为连续相;
(b)将聚合单体、助乳化剂及除还原剂除外的复合引发体系在水中溶解、搅拌均匀,形成水相溶液;
(c)将反应釜内温度控制在5~60℃,在油相中加入部分水相溶液,待搅拌乳化均匀后,滴加部分还原剂水溶液引发聚合;
(d)反应1~2小时后,得到丙烯酰胺聚合物微乳液;
(e)待反应温度降回50℃以下时,再次加入剩余部分水相溶液,待搅拌乳化均匀后再滴加剩余部分还原剂水溶液引发聚合,反应完成后得到聚合物微球乳液。
方法二:
所述的制备方法,可依次包括以下几个步骤:
(a)将油溶性溶剂和乳化剂搅拌均匀,成为连续油相Ⅰ;将油溶性疏水单体及油溶性偶氮引发剂溶解在油溶性溶剂中,作为油相Ⅱ;
(b)将水溶性聚合单体、助乳化剂及除还原剂除外的复合引发体系在水中溶解、搅拌均匀,形成水相溶液;
(c)将反应釜内温度控制在0~40℃,在油相中加入一部分水相溶液及部分油相Ⅱ,待搅拌乳化均匀后滴加部分还原剂水溶液引发聚合;
(d)反应釜内温度升高,放热峰过后继续反应1~2小时,得到透明的丙烯酰胺聚合物微乳液;
(e)待反应温度降回30℃以下时,再次加入部分水相溶液及部分油相Ⅱ,待搅拌乳化均匀后再滴加部分还原剂水溶液引发聚合,反应完成后得到透明丙烯酰胺聚合物微乳液;
(f)根据所需固形物含量,重复进行第三、四次加料,最后的聚合物微乳液为透明或半透明的稳定体系,即为聚合物微球乳液。
方法三:
所述的制备方法,可包括以下步骤:
(a)将所需量的油和乳化剂,搅拌均匀,成为连续油相;
(b)将所需量的聚合单体、助剂、助乳化剂在水中溶解、搅拌均匀,调节pH值为6~8,形成水相;
c)分别将所需量的氧化剂和还原剂溶解在水中形成氧化剂水溶液和还原剂水溶液;
(d)将水相加入油相中,同时高速剪切形成乳白色乳液投入反应釜中;将反应釜内温度控制在5~30℃,通氮除氧,然后滴入氧化剂水溶液,再连续滴加还原剂水溶液引发聚合;
(e)由还原剂水溶液的滴加速度控制聚合反应放热,控制升温速度≤2℃/分钟,并且使得反应最高温度≤60℃,温度到达最高峰后保温继续反应1~2小时,得到高固含量的亚微米级聚丙烯酰胺微球乳液,即为聚合物微球乳液;
方法四:
所述的制备方法,可包括以下几个步骤:
(a)将油溶性溶剂和复合乳化剂体系搅拌均匀,成为连续油相Ⅰ;将油溶性疏水单体及油溶性偶氮引发剂溶解在占油溶性溶剂总量≤10%的油溶性溶剂中,作为油相Ⅱ;
(b)将水溶性聚合单体、助乳化剂和交联剂在水中溶解、搅拌均匀,形成水相溶液;
(c)将反应釜内连续油相Ⅰ温度控制在10~30℃,加入水相溶液及油相Ⅱ,待搅拌乳化均匀后,除氧,加入氧化剂水溶液、持续搅拌,加入还原剂水溶液引发聚合;
(d)当复合乳化剂含量为10~20%时,待反应釜内温度达到最高峰后,保温反应1~2小时,得到透明的疏水缔合聚合物凝胶微球调驱剂;当复合乳化剂含量为2~10%时,控制还原剂的加入速度、同时控制聚合釜夹套的水浴温度,使得釜内温度以≤1℃/min的速度上升,最高到40~60℃,保温反应1~2小时,得到半透明或接近乳白色的疏水缔合聚合物凝胶微球乳液。
本发明目的之二是提供所述的聚合物微球调驱剂体系的制备方法,可包括以下步骤:
a)采用反相微乳液、反相乳液或反相微悬浮法聚合制得聚合物微球乳液,所述聚合物微球乳液为油包水乳液;
b)在搅拌状态下在聚合物微球乳液中缓慢加入增效剂至分散均匀,得到含增效剂的聚合物微球乳液;
c)将含增效剂的聚合物微球乳液加入水中,混合均匀即得。可配制成所需浓度,无需通氮除氧,在所需稳定下进行老化,定期取出评价其封堵性能。
本发明目的之三是提供所述的聚合物微球调驱剂体系在油田三次采油中的应用。所述应用根据应用需要,聚合物微球调驱剂体系可以单独使用、也可加入驱油用表面活性剂搅拌均匀,或与表活剂以段塞式分别注入,该体系便可用于油田三次采油用深度调剖、堵水、驱油等提高采收率的现场应用。所述的聚合物微球调驱剂体系可以与羧酸盐等阴离子型、聚氧乙烯醚等非离子型、CTAB等阳离子型或其混合型驱油用表活剂复配,具体的用量比例可为1:10~10:1,或者根据实际需要进行调节。
本发明涉及的聚合物微球调驱剂体系,通过在反应结束后的聚合物微球乳液中加入增效剂,使其均匀地分散在产品乳液中,实际使用中无需处理配制水或将微球溶液进行除氧处理,可直接进行老化实验或现场注入。
采用本发明的技术方案,由于聚合物微球产品中添加了增效剂,提高了产品的长期稳定性,从而提高了调堵性能,而且使用非常方便。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述,有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
实施例中使用原料均为市售。
【实施例1】
在反应釜中先加入1200g白油,300gSPAN60,130gTWEEN60,搅拌至完全混合均匀,控制釜内温度为28℃,搅拌转速为200rpm。在另外的容器中加入670g水、750g丙烯酰胺、300g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、醋酸钠40g,乙二胺四乙酸二钠0.8g,异丙醇2.5g,尿素12g,过硫酸铵3.2g,亚甲基双丙烯酰胺2.5g,搅拌溶解均匀作为水相;将2.5g亚硫酸氢钠溶于20g水中备用。将700g水相加入反应釜内的油相中,搅拌数分钟至乳化均匀,滴入8.2g还原剂水溶液,温度很快上升至65℃,保温反应1.5小时,然后降至28℃;再次加入600g水相混合均匀,滴入7.5g还原剂水溶液,温度升到58℃,保温反应1.5小时,然后降至28℃;第三次加入480g水相,滴入还原剂水溶液6.3g,温度升至62℃,保温反应1.5小时;最后加入150g月桂酸钠搅拌溶解均匀(引自CN104231162A实施例1)。取10g样品(命名MS100-1-1)备用。
聚合釜继续搅拌,缓慢加入含硫脲2.5g的水溶液15g,10分钟后结束、放料、取样(命名MS100-1-2)分析。
将两个微球乳液样品都以0.5%的浓度配制在总矿化度8000mg/L、钙+镁300mg/L的模拟盐水中,不做除氧处理,样品瓶封口后放入95℃老化烘箱进行老化实验,分别于第1天、第7天、第28天取出进行岩心注入实验,并计算封堵率,结果见表1。
具体将上述样品按指定天数老化后取出,命名为MS100的微球采用300mD的人造岩心、命名为MS500的微球采用1000mD的人造岩心(岩心尺寸均为Φ25*300)进行注入实验。先用相应的模拟盐水注入1PV,然后注入老化后的微球溶液0.5PV,最后注入后续水驱至压力基本平稳。得出不同的注入压力,分别计算得到阻力因子和残余阻力因子,再由残余阻力因子换算出封堵率。
【实施例2】
聚合过程同实施例1。
聚合釜继续搅拌,缓慢加入含亚硫酸氢钠2.5g的水溶液15g,10分钟后结束、放料、取样(命名MS100-1-3)分析。
评价方法同实施例1。
【实施例3】
聚合过程同实施例1。
聚合釜继续搅拌,缓慢加入含硫脲和亚硫酸氢钠2.5g(其中硫脲和亚硫酸氢钠的质量比为1:1)的水溶液15g,10分钟后结束、放料、取样(命名MS100-1-4)分析。
评价方法同实施例1。
【实施例4】
在反应釜中先加入1200g液体石蜡,380gAEO-3,搅拌至完全混合均匀,控制釜内温度为25℃,搅拌转速为200rpm。在另外的容器中加入670g水、700g丙烯酰胺、250g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、80gN-乙烯基吡咯烷酮、醋酸钠45g,乙二胺四乙酸二钠1.2g,正己醇2.8g,尿素12g,过硫酸铵3.8g,聚乙二醇二丙烯酸酯2.8g,搅拌溶解均匀作为水相;将3.3g亚硫酸氢钠溶于20g水中备用。将710g水相加入反应釜内的油相中,搅拌数分钟至乳化均匀,滴入9.5g还原剂水溶液,温度很快上升至68℃,保温反应1.5小时,然后降至25℃;再次加入610g水相混合均匀,滴入7.6g还原剂水溶液,温度升到62℃,保温反应1.5小时,然后降至25℃;第三次加入460g水相,滴入还原剂水溶液7.2g,温度升至56℃,保温反应1.5小时;最后加入100gOP-20搅拌溶解均匀(引自CN104231162A实施例3)。取10g样品(命名MS100-2-1)备用。
聚合釜继续搅拌,缓慢加入含亚硫酸钠5.6g的水溶液26g,10分钟后结束、放料、取样(命名MS100-2-2)分析。
将两个微球乳液样品都以0.5%的浓度配制在总矿化度50000mg/L、钙+镁1000mg/L的模拟盐水中,不做除氧处理,样品瓶封口后放入90℃老化烘箱进行老化实验,分别于第1天、第7天、第28天取出进行岩心注入实验,并计算封堵率,结果见表1。
【实施例5】
在反应釜中先加入1200g环己烷,280gSPAN80,120gTWEEN80,搅拌至完全混合均匀,作为油相Ⅰ,控制釜内温度为30℃,搅拌转速为200rpm;另外将5gN-苯基马来酰亚胺和6g偶氮二异丁腈溶解在29g乙酸乙酯中,作为油相Ⅱ。在另外的容器中加入670g水、750g丙烯酰胺、300g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠,醋酸钠35g,乙二胺四乙酸二钠0.8g,异丙醇2.5g,尿素10g,过硫酸铵3.5g,亚甲基双丙烯酰胺2.5g,搅拌溶解均匀作为水相;将3.1g亚硫酸氢钠溶于20g水中备用。将700g水相和16g油相Ⅱ加入反应釜内的油相中,搅拌数分钟至乳化均匀,滴入9.0g还原剂水溶液,温度很快上升至58℃,保温反应1.5小时,然后降至30℃;再次加入600g水相和14g油相Ⅱ混合均匀,滴入7.8g还原剂水溶液,温度升到54℃,保温反应1.5小时,然后降至30℃;第三次加入450g水相10g油相Ⅱ,滴入还原剂水溶液6.7g,温度升至59℃,保温反应1.5小时;最后加入120g十二烷基苯磺酸钠搅拌溶解均匀(引自CN104448126A实施例2)。取10g样品(命名MS100-3-1)备用。
聚合釜继续搅拌,缓慢加入含硫脲3.6g和连二亚硫酸钠2.8g的水溶液30g,10分钟后结束、放料、取样(命名MS100-3-2)分析。
将两个微球乳液样品都以0.5%的浓度配制在总矿化度180000mg/L、钙+镁6000mg/L的模拟盐水中,不做除氧处理,样品瓶封口后放入95℃老化烘箱进行老化实验,分别于第1天、第7天、第28天取出进行岩心注入实验,并计算封堵率,结果见表1。
【实施例6】
在3L大烧杯中加入680g白油,38g SPAN60,32g苯乙烯-马来酸酐共聚物型高分子乳化剂,5g AEO9,复合乳化剂HLB=5.5,将上述油相搅拌至完全混合均匀;在另外的容器中加入620g水、630g丙烯酰胺、180g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、110g DMC(80%wt含量)、醋酸钠22g,乙二胺四乙酸二钠0.5g,异丙醇15g,尿素8g,亚甲基双丙烯酰胺1.5g,搅拌溶解均匀作为水相;另外,分别配制2%的过硫酸铵及0.06%的亚硫酸氢钠水溶液备用。开启乳化机10000转/分钟,将全部水相加入存放油相的大烧杯中剪切搅拌25分钟至乳化均匀,然后将反应乳液加入聚合釜中,控制釜内温度为15℃,搅拌转速为500rpm。通氮气30min后先加入氧化剂水溶液4毫升,再以约0.5ml/min的速度滴入还原剂水溶液,调整还原剂滴加速度,控制升温速度≤2℃/分钟,约2小时后温度到达最高峰42℃,保温继续反应2小时,得到乳白色的聚合物微球乳液(引自CN108314758A实施例2)。取10g样品(命名MS500-1-1)备用。
聚合釜继续搅拌,缓慢加入含硫氰酸钠5.6g的水溶液26g,10分钟后结束、放料、取样(命名MS500-1-2)分析。
将两个微球乳液样品都以0.3%的浓度配制在总矿化度120000mg/L、钙+镁4000mg/L的模拟盐水中,不做除氧处理,样品瓶封口后放入90℃老化烘箱进行老化实验,分别于第1天、第7天、第28天取出进行岩心注入实验,并计算封堵率,结果见表1。
【实施例7】
在3L大烧杯中加入620g白油,30g SPAN80,30g聚(乙烯-丁烯)和聚氧乙烯的嵌段共聚物型高分子乳化剂,5g AEO20,复合乳化剂HLB=5.6,将上述油相搅拌至完全混合均匀;在另外的容器中加入500g水、650g丙烯酰胺、150g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、120gDMC(80%wt含量)、醋酸钠20g,乙二胺四乙酸二钠0.4g,异丙醇10g,尿素8g,亚甲基双丙烯酰胺8.0g,搅拌溶解均匀作为水相;另外,分别配制2%的过硫酸铵及0.03%的亚硫酸氢钠水溶液备用。开启乳化机10000转/分钟,将全部水相加入存放油相的大烧杯中剪切搅拌20分钟至均匀,然后将反应乳液加入聚合釜中,控制釜内温度为13℃,搅拌转速为500rpm。通氮气30min后先加入氧化剂水溶液4毫升,再以约0.5ml/min的速度滴入还原剂水溶液,调整还原剂滴加速度,控制升温速度≤2℃/分钟,约2小时后温度到达最高峰58℃,保温继续反应2小时,得到乳白色的聚合物微球乳液(引自CN108314758A实施例4)。取10g样品(命名MS500-2-1)备用。
聚合釜继续搅拌,缓慢加入含巯基苯并咪唑5.2g的水溶液28g,10分钟后结束、放料、取样(命名MS500-2-2)分析。
将两个微球乳液样品都以0.3%的浓度配制在总矿化度80000mg/L、钙+镁3000mg/L的模拟盐水中,不做除氧处理,样品瓶封口后放入85℃老化烘箱进行老化实验,分别于第1天、第7天、第28天取出进行岩心注入实验,并计算封堵率,结果见表1。
【实施例8】
在反应釜中先加入660g 5#白油,72gSPAN80,5gTWEEN60,搅拌至完全混合均匀,作为油相Ⅰ,控制釜内温度为20℃,搅拌转速为500rpm;另外将2g偶氮二异庚腈溶解在20g异丙醇中,作为油相Ⅱ。在另外的容器中加入520g水、650g丙烯酰胺、150g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、60g二甲基二烯丙基氯化铵、8g十八烷基二甲基烯丙基氯化铵,醋酸钠30g,二乙烯三胺五乙酸钠0.5g,尿素10g,亚甲基双丙烯酰胺2.5g,搅拌溶解均匀作为水相;将过硫酸铵、亚硫酸氢钠分别配置成2.0%和0.2%的水溶液备用。将油相Ⅱ加入反应釜内的油相Ⅰ中,搅拌数分钟至乳化均匀,再缓慢加入水相,1200rpm搅拌乳化30min,通氮气30min,加入过硫酸铵水溶液4g继续搅拌5min后将搅拌转速降至500rpm,同时开启循环水浴,缓慢滴入还原剂水溶液,控制釜内升温速率≤0.4℃/min,大约5小时后温度上升至57℃,保温反应1.0小时,得到半透明产物(引自CN109666097A实施例5)。取10g样品(命名MS500-5-1)备用。
聚合釜继续搅拌,缓慢加入含2,6二叔丁基-4-甲基苯酚5g的水溶液42g,10分钟后结束、放料、取样(命名MS500-5-2)分析。
将两个微球乳液样品都以0.3%的浓度配制在总矿化度270000mg/L、钙+镁10000mg/L的模拟盐水中,不做除氧处理,样品瓶封口后放入95℃老化烘箱进行老化实验,分别于第1天、第7天、第28天取出进行岩心注入实验,并计算封堵率,结果见表1。
【实施例9】
聚合过程同实施例8。
区别仅在于:聚合釜继续搅拌,缓慢加入含硫脲和2,6二叔丁基-4-甲基苯酚5g(其中硫脲和2,6二叔丁基-4-甲基苯酚的质量比为1:1)的水溶液42g,10分钟后结束、放料、取样(命名MS500-5-3)分析。
评价方法同实施例8,结果见表1。
【比较例1】
聚合过程同实施例1。
区别仅在于:聚合釜继续搅拌,缓慢加入含六亚甲基四胺2.5g的水溶液15g,10分钟后结束、放料、取样(命名MS100-1-5)分析。
评价方法同实施例1。
【比较例2】
聚合过程同实施例1。
区别仅在于:聚合釜继续搅拌,缓慢加入乙二醇2.5g,10分钟后结束、放料、取样(命名MS100-1-6)分析。评价方法同实施例1。
表1.微球封堵实验结果汇总
由表1可见,老化1天时,由于微球膨胀倍数较小,封堵率大约在30~50%,而且是否添加增效剂差别不大;老化7天后,微球得到了充分的膨胀,显示了较好的封堵性能,但是没有添加助剂的那组比添加的一组封堵率普遍要低10个百分点左右,说明其氧化老化降解程度要严重些;老化了28天后,无添加剂的样品封堵率比7天时都有较明显的下降,而由添加剂的那组基本维持接近的封堵率,说明增效剂发挥了较好的作用。
另外,相当于添加一种增效剂的MS100-1-2和MS100-1-3,添加了两种增效剂的样品MS100-1-4长期老化后封堵率更好些,MS500-5-3和MS500-5-2对比也是同样的效果;对于添加了叔胺(MS100-1-5)与小分子醇类(MS100-1-6)等在聚丙烯酰胺聚合或配置溶液中常用的稳定剂,在微球溶液的老化中则没有明显的优势,其长期老化后的封堵性能与不添加助剂的(MS100-1-1)相差不大。
Claims (10)
1.一种聚合物微球调驱剂体系,以重量份数计,包含以下组分:
a)0.1~1.0份聚合物微球乳液;
b)0.0001~0.1份增效剂;优选为0.0001~0.05份;
c)100份水;
其中,所述增效剂选自含硫化合物、二叔丁基甲基苯酚中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的聚合物微球调驱剂体系,其特征在于:
所述含硫化合物选自硫脲、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、连二亚硫酸盐、硫氰酸盐、巯基苯并咪唑中的一种或两种以上。
3.根据权利要求2所述的聚合物微球调驱剂体系,其特征在于:
所述含硫化合物选自硫脲与亚硫酸氢钠或连二亚硫酸钠的组合,其中,硫脲与亚硫酸氢钠或连二亚硫酸钠的重量比例为1:2~2:1。
4.根据权利要求1所述的聚合物微球调驱剂体系,其特征在于:
所述的聚合物微球乳液为油包水乳液;采用反相微乳液、反相乳液或反相微悬浮法聚合而得。
5.根据权利要求1所述的聚合物微球调驱剂体系,其特征在于:
所述聚合物微球乳液的固含量大于25%;
所述聚合物微球乳液中的微球粒径为0.1~10μm。
6.根据权利要求1所述的聚合物微球调驱剂体系,其特征在于:
所述水为矿化水,所述矿化水的总矿化度≤300000mg/L,二价金属离子≤30000mg/L;所述二价金属选自钙、镁中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的聚合物微球调驱剂体系,其特征在于:
所述聚合物微球乳液的聚合体系选自以下体系中的至少一种:
体系一:
所述聚合物微球乳液为聚丙烯酰胺反相微乳液,所述的微乳液由以下组分在复合引发剂的存在下反应制得;所述的微乳液组成,以微乳液的重量份数计,包含以下组分:
a)20~70份的油溶性溶剂;
b)5~20份乳化剂和助乳化剂;
c)20~70份的含有丙烯酰胺单体的水相,单体在水相中的重量含量为40~70%;
其中,所述复合引发剂,以微乳液的重量百分比计,包含以下组分:
(1)0.02~1.0%的氧化剂;
(2)0.02~2.0%的还原剂;
(3)0.03~2.0%的偶氮类化合物;
(4)0.01~1.0%的交联剂;
(5)0.1~10%的尿素和/或硫脲;
(6)0.01~0.5%的乙二胺四乙酸二钠或二乙烯三胺五乙酸钠;
(7)0.01~0.5%的分子量调节剂;
其中,所述含有丙烯酰胺单体的水相包含非离子水溶性单体、阴离子单体、阳离子单体中的至少一种组成;所述乳化剂由亲油性表面活性剂和亲水性表面活性剂复配而成;交联剂选自为亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯、聚乙二醇二丙烯酸酯和季戊四醇三丙烯酸酯中的至少一种;
和/或,
体系二:
所述聚合物微球乳液为聚丙烯酰胺反相微乳液调驱体系,该微乳液由以下组分在复合引发剂的存在下反应制得;所述的微乳液组成以重量份数计,包含以下组分:
a)20~70份的油溶性溶剂;
b)5~20份的乳化剂;
c)0~20份的助乳化剂;
d)20~70份的含有丙烯酰胺水溶性单体的水相,单体在水相中的含量为40~70%;
e)0.5~10份的疏水单体;
其中,所述的复合引发剂,以上述微乳液的重量份数计,包含以下组分:
(a)0.02~1.0份的氧化剂;
(b)0.02~2.0份的还原剂;
(c)0.03~2.0份的偶氮类化合物;
(d)0.01~1.0份的交联剂;
(e)0.1~10份的尿素、硫脲;
(f)0.01~0.5份的乙二胺四乙酸二钠或二乙烯三胺五乙酸钠;
(g)0.01~0.5份的分子量调节剂。
8.根据权利要求1所述的聚合物微球调驱剂体系,其特征在于:
所述聚合物微球乳液的聚合体系选自以下体系中的至少一种:
体系三:
所述聚合物微球乳液,在复合乳化剂体系和复合引发剂存在下由反相乳液体系聚合制得;所述的反相乳液体系,以重量份数计,包含以下组分:
a)10~40份的油相;
b)1~8份复合乳化剂体系;
c)50~80份的含有聚合单体的水相,聚合单体在水相中的含量为40~70%;
d)0.01~1.0份的交联剂;
所述复合乳化剂体系,以重量份数计,包含以下组分:
a)0.2~3份的失水山梨醇脂肪酸酯乳化剂;
b)0.2~3份高分子乳化剂;
c)0.01~0.2份脂肪醇聚氧乙烯醚乳化剂;
d)0~5份助乳化剂;和/或,
体系四:
所述聚合物微球乳液,以重量份数计,由包含以下组分的反应体系在复合引发剂的存在下反应制得:
a)20~70份的油溶性溶剂;
b)2~20份的复合乳化剂;
c)20~70份的含有丙烯酰胺、离子单体及疏水单体的水相,所有单体在水相中的含量为40~70%;
d)0.05~2份的交联剂;
所述复合乳化剂包含主乳化剂和助乳化剂;其中主乳化剂包含非离子型的亲油性表面活性剂、非离子型的亲水性表面活性剂,两者配比使得复合乳化剂体系的亲水亲油平衡值在3~9之间。
9.根据权利要求1~8之任一项所述的聚合物微球调驱剂体系的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
a)采用反相微乳液、反相乳液或反相微悬浮法聚合制得所述聚合物微球乳液;
b)在搅拌状态下在聚合物微球乳液中缓慢加入增效剂至分散均匀,得到含增效剂的聚合物微球乳液;
c)将含增效剂的聚合物微球乳液加入水中,混合均匀即得。
10.根据权利要求1~8之任一项所述的聚合物微球调驱剂体系或根据权利要求9所述的制备方法制备的聚合物微球调驱剂体系在油田三次采油中的应用。
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