CN116023593A

CN116023593A - 一种纳米调驱材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN116023593A
Application number: CN202211729151.1A
Authority: CN
Inventors: 邓青春; 刘艳华; 吴向阳; 崔浩业; 刘凌; 陶震; 吴文炜
Original assignee: Ningbo Fengcheng Nanotechnology Co ltd
Current assignee: Ningbo Fengcheng Nanotechnology Co ltd
Priority date: 2022-12-30
Filing date: 2022-12-30
Publication date: 2023-04-28

Abstract

本申请公开了一种纳米调驱材料的制备方法，包括如下步骤：S1、将含有烯酸酯类化合物、苯乙烯类化合物、交联剂、乳化剂、醇类分散剂、油溶性引发剂的原料I，反应I，得到油溶性材料；S2、将含有步骤S1得到的所述油溶性材料、水溶性单体、交联剂、引发剂II的原料II，反应II，得到所述纳米调驱材料。本申请制备方法制备的纳米调驱材料，粒径可调控为300～500nm，具有可控释放特性，可运移至储层深部过程中，释放出油溶性内核材料，遇水堵水，遇油洗油，从而起到深度调驱的作用。

Description

一种纳米调驱材料及其制备方法和应用

技术领域

本申请涉及一种纳米调驱材料及其制备方法和应用，属于低渗调驱领域。

背景技术

我国石油需求量持续增长，石油对外依存度持续升高，2019年中国原油对外依存度达72％，比国际警戒线超了22个百分点，成为全球最大的原油进口国。保障国内原油产量2亿吨稳产是国家能源安全红线，不能动摇。

经过长时间的注水开发后，油田高含水问题突出，日产油量递减，导致原油产量骤降，此类问题在低渗油田中也同样面临。市场急需一种高效、智能调驱材料来控水增油。此外，实际现场应用中，如长庆油田，其低孔、低渗特点突出，但是，其同样存在非均质性强的特点，原因是油藏内部存在天然裂缝和构造裂缝，裂缝发育完全，此类裂缝型油藏还需要特定的粒径范围的调驱材料来进行调驱。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种纳米调驱材料，通过一步或多步聚合方法合成纳米核壳材料，借助分子设计理论，调控内核油溶性纳米材料的分子结构和分子量分布来设计一定尺寸的内核材料；以水溶性单体作为外部的壳体，此壳体具有良好的耐温抗盐，对内核具有保护、支撑作用。在水溶性壳体材料携带内核运移至储层深部过程中，水溶性壳体材料因地层剪切、吸附或溶胀等因素影响，释放出油溶性内核材料；通过油溶性内核在储层中的运移，遇水堵水，遇油洗油，从而起到智能调驱的作用，并且可调控粒径至300nm～500nm，符合油藏内部存在天然裂缝和构造裂缝，裂缝发育完全的这类裂缝型油藏所需的调驱材料粒径范围要求。

本申请采用如下技术方案：

一种纳米调驱材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将含有烯酸酯类化合物、苯乙烯类化合物、交联剂、乳化剂、醇类分散剂、油溶性引发剂的原料I，反应I，得到油溶性材料；

S2、将含有步骤S1得到的所述油溶性材料、水溶性单体、交联剂、引发剂II的原料II，反应II，得到所述纳米调驱材料。

可选地，所述油溶性引发剂I选自偶氮二异丁腈、过氧化二烷基、过氧化二酰、叔胺、环烷酸盐、硫醇、三乙基铝、三乙基硼、萘酸亚铜中的至少一种。

可选地，所述醇类分散剂选自乙醇、甲醇、丙醇中的至少一种一元醇。

可选地，所述烯酸酯类化合物选自丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。

可选地，所述苯乙烯类化合物选自苯乙烯、甲基苯乙烯、二甲基苯乙烯、苯丙烯中的至少一种。

可选地，所述交联剂选自N-N亚甲基双丙烯酰胺、亚甲基丙烯酰胺、N-N乙烯基双丙烯酰胺中的至少一种。

可选地，所述乳化剂选自吐温80、吐温60、吐温20中的至少一种。

可选地，所述水溶性单体选自丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的至少一种。

可选地，所述引发剂II选自硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种。

可选地，所述步骤S1包括：

S11、获得含有乳化剂、交联剂、醇类分散剂、油溶性引发剂、水的混合物I；

S12、获得含有烯酸酯类化合物、苯乙烯类化合物的混合物II；

S13、将所述混合物II加到所述混合物I中，反应I，即可得到所述油性材料。

醇类分散剂的使用可以加速乳化过程中乳胶粒的长大速度，进而增大核壳结构纳米调驱材料的最终粒径，相应的油溶性引发剂更容易在醇体系引发。

可选地，所述步骤S1中，所述原料I包含如下重量份的组分：12～18份烯酸酯类化合物、17～25份苯乙烯类化合物、0.02～0.04份交联剂、12～18份乳化剂、16～24份醇类分散剂、0.1～0.3份油溶性引发剂。

可选地，所述原料I中还包括260～300重量份的水。

可选地，所述步骤S1中，所述反应I的条件为：原料I除氧处理20～30min，除氧后在60～70℃反应时3～6h。

可选地，所述步骤S2包括：

S21、获得含有水溶性单体、交联剂、水的混合物III；

S22、将步骤S1得到的所述油溶性材料与混合物III混合，除氧；

S23、将含有引发剂、水的混合物混合IV，除氧；

S24、将S23中除氧后的混合物IV加入到S22中除氧后的混合物III中，反应II，得到所述纳米调驱材料。

可选地，所述步骤S2中，所述原料II包含如下重量份的组分：40～60份油溶性材料、40～60份水溶性单体、0.06～0.09份交联剂、0.04～0.05份引发剂II。

可选地，所述原料II中还包括80～100重量份的水。

可选地，所述步骤S2中，所述反应II的条件为：原料II除氧处理15～60min，除氧后在70～90℃反应2～4h。

可选地，所述步骤S1、步骤S2、步骤S11至S13、步骤S21至S23中还独立地包括搅拌，搅拌速度为200～550rpm，搅拌温度为50～80℃。

所述步骤S1中得到油溶性材料为所述纳米调驱材料的核壳结构中的油性核芯，所述步骤S2中水溶性单体作为外部的壳体与油性核芯材料反应形成核壳结构。

可选地，所述除氧处理为向反应原料中通过氮气，通气时间15～60min。

根据本申请的另一方面，提供了一种上述制备方法制备得到的纳米调驱材料，所述纳米调驱材料为水溶性材料包裹油溶性材料的核壳结构；

可选地，所述纳米调驱材料的粒径为300～500nm。

可选地，所述纳米调驱材料的粒径为300nm、320nm、340nm、360nm、380nm、400nm、420nm、440nm、460nm、480nm、500nm中的任意值，或任意两者间的范围值。

根据本申请的另一方面，提供了一种上述制备方法制备得到的纳米调驱材料、上述纳米调驱材料中的至少一种在低渗透油田用调驱剂中的应用。

可选地，所述纳米调驱材料适应的油藏渗透率为100mD～200mD。

可选地，所述纳米调驱材料，在80℃下，矿化度10W时搅拌2～5h可控释放，释放后粒径可变化至0.25～3um。

本申请能产生的有益效果包括：

本申请提供的纳米调驱材料制备方法，为了增大粒径，采用乙醇作为分散体系，同时，使用油溶性引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)作为引发剂，在合成方法上可调控粒径至300nm～500nm，且材料的应用范围可提高至100mD～200mD的渗透率。本申请提供的纳米调驱材料为水溶性材料包裹油溶性材料的核壳结构，此壳体具有良好的耐温抗盐，对内核具有保护、支撑作用。水溶性壳体材料携带内核运移至储层深部过程中，之后释放油溶性内核材料，遇水堵水，遇油洗油，从而起到智能调驱的作用，并且具有可控释放特性，在80℃时，5W矿化度条件下搅拌3h时粒径可以开始直接增大至微米级且有大量沉淀出现，在10W矿化度条件下搅拌2h时即可开始直接增大至微米级，且粒径可增至3μm。本申请提供的纳米调驱材料用在调驱剂中时经封堵性实验测试，封堵率达65.78％，EOR达22％。

附图说明

图1为本申请实施例1的纳米调驱材料的粒径图。

图2为本申请实施例1的纳米调驱材料的红外测试图谱。

图3为本申请实施例1的纳米调驱材料在80℃下不同搅拌时间对应的粒径对比图。

图4为本申请实施例1的纳米调驱材料在80℃下完全释放后的粒径图。

图5为本申请实施例1的纳米调驱材料配置为调驱剂使用的封堵性图。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。

如无特别说明，测试方法均采用常规方法，仪器设置均采用厂家推荐的设置。

实施例1纳米调驱材料的制备

(一)称取280g去离子水，20g无水乙醇，15g吐温80，500rpm、55℃加热磁力搅拌至吐温80溶解后，加入0.03g N-N亚甲基双丙烯酰胺，0.21g溶性引发剂偶氮二异丁腈AIBN；

(二)称取9g丙烯酸十八酯，21g苯乙烯，6g甲基丙烯酸甲酯，500rpm、55℃磁力搅拌加热溶解；

(三)将(二)溶解后一次性倒入(一)中，55℃、500rpm磁力搅拌30min，形成稳定乳液后通N₂ 20min；

(四)待通气结束后，装好烧瓶，转速200rpm(机械)开始搅拌，油浴锅设置70℃开始升温，反应3h结束。

(五)称取36g丙烯酰胺单体和18g AMPS-Na单体，加入86g去离子水溶解后，加入0.075gN-N亚甲基双丙烯酰胺；

(六)待内核溶液反应结束冷却后，与(五)溶解好的外壳溶液混合，200rpm(机械)室温搅拌30min，通N₂ 30min；

(七)称0.45g过硫酸钾，加入10g去离子水，摇晃溶解后通N₂ 15min；

(八)待通气结束后装好烧瓶，油浴锅设置80℃开始升温，转速200rpm(机械)，10min后加入过硫酸钾，引发剂加入后反应3h结束，得到水溶性材料包裹油溶性材料的核壳结构纳米调驱材料，记为CSN-03，粒径分布图如附图1所示，可调控粒径至300nm～500nm，通过附图2可以看出单独内核材料及核壳材料的红外光谱如图所示，2918cm^-1、2850cm^-1处的2个吸收峰是主链上-CH₂-中C-H键的伸缩振动吸收峰；1601cm^-1、1493cm^-1、1452cm^-1上的3个吸收峰是主链骨架上C-C键的刚性振动峰；757cm^-1、698cm^-1处的两个强吸收峰是侧链苯环上C-H键的弯曲振动峰。与内核相比，核壳材料的红外光谱曲线在3340cm^-1、3160cm^-1处出现N-H键的伸缩振动吸收峰；1650cm^-1处出现C＝O键的伸缩振动吸收峰；1050～1200cm^-1处出现S＝O键的伸缩振动吸收峰，说明得到验证纳米调驱材料合成成功。

对比例1

制备方法与实施例1相同，区别在于步骤(一)中油溶性引发剂偶氮二异丁腈AIBN更换为过硫酸钾，制备得到的纳米调驱材料粒径为80nm～100nm。

对比例2

制备方法与实施例1相同，区别在于步骤(一)中油溶性引发剂偶氮二异丁腈AIBN更换为过硫酸钾，不使用无水乙醇，制备得到的纳米调驱材料粒径为100nm～120nm。

测试例1可控释放性能：不同搅拌时间所对应的粒径

如附图3所示，在80℃时CSN-03材料在1W矿化度条件下搅拌5h时间内粒径变化不大，未能释放出来；在5W矿化度条件下搅拌4h时间内粒径变化不大，未能释放，5h之后开始明显有上升趋势且有沉淀出现；在10W矿化度条件下搅拌2h时间内粒径变化不大，未能释放，3h时粒径直接增大至微米级且有大量沉淀出现。因此，在80℃时CSN-03材料在矿化度1W时搅拌5h时间内未能释放出来，在矿化度5W时搅拌4h开始释放，在矿化度10W时搅拌3h后开始释放，粒径最终增加至3um左右(如附图4所示)。

测试例2封堵性能测试

采用实施例1中的调驱材料CSN-03配置含量0.1％的调驱剂1PV用于测试。

采用如封堵性能测试方法：

(1)取烘干后岩心称干重，进行抽真空饱和模拟水后，称湿重，计算孔隙体积；

(2)水测渗透率：以0.2mL/min速度注入水，待注入压力稳定后，计算岩心水测渗透率；

(3)饱和油：以0.2mL/min速度注入油，直至产出液中不含水，记录产出水量，计算含油饱和度；

(5)剂驱：以0.2mL/min速度注入配制好的调驱剂1PV，每隔一段时间记录产液量、产水量、产油量及压力，老化12h。

(6)后续油驱：以0.2mL/min速度进行水驱，每隔一段时间记录压力变化，至压力稳定2h不变后结束。

实验条件包括：

1)实验用水：10万矿化水；

模拟水(10wNaCl+5000CaCl₂·2H₂0)的组成及配制方式如下：

表1模拟水的配方

2)实验用油：长6原油：煤油＝1:4；

3)实验岩心：长6岩心，具体参数见表2。

表2岩心参数

(4)注入体系：1000ppmCSN-03

表3调驱剂性能评价结果

体系名称	界面张力，mN/m	粒径，nm	pH	黏度，cp
					CSN-03	/	300	7	3.2

(5)实验温度：60℃。

结果如附图5所示，封堵率65.78％，EOR22％。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims

1.一种纳米调驱材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述油溶性引发剂I选自偶氮二异丁腈、过氧化二烷基、过氧化二酰、叔胺、环烷酸盐、硫醇、三乙基铝、三乙基硼、萘酸亚铜中的至少一种；

所述醇类分散剂选自乙醇、甲醇、丙醇中的至少一种一元醇；

所述烯酸酯类化合物选自丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；

所述苯乙烯类化合物选自苯乙烯、甲基苯乙烯、二甲基苯乙烯、苯丙烯中的至少一种；

所述交联剂选自N-N亚甲基双丙烯酰胺、亚甲基丙烯酰胺、N-N乙烯基双丙烯酰胺中的至少一种；

所述乳化剂选自吐温80、吐温60、吐温20中的至少一种；

所述水溶性单体选自丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的至少一种；

所述引发剂II选自硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述原料I包含如下重量份的组分：12～18份烯酸酯类化合物、17～25份苯乙烯类化合物、0.02～0.04份交联剂、12～18份乳化剂、16～24份醇类分散剂、0.1～0.3份油溶性引发剂。

5.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述反应I的条件为：原料I除氧处理20～30min，除氧后在60～70℃反应时3～6h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述原料II包含如下重量份的组分：40～60份油溶性材料、40～60份水溶性单体、0.06～0.09份交联剂、0.04～0.05份引发剂II。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述反应II的条件为：原料II除氧处理15～60min，除氧后在70～90℃反应2～4h。

8.一种根据权利要求1至7任一项所述制备方法制备得到的纳米调驱材料，其特征在于，所述纳米调驱材料为水溶性材料包裹油溶性材料的核壳结构；

优选地，所述纳米调驱材料的粒径为300～500nm。

9.根据权利要求1至7任一项所述制备方法制备得到的纳米调驱材料、权利要求8所述的纳米调驱材料中的至少一种在低渗透油田用调驱剂中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述纳米调驱材料适应的油藏渗透率为100mD～200mD；

优选地，所述纳米调驱材料，在80℃下，矿化度10W时搅拌2～5h可控释放，释放后粒径可变化至0.25～3um。