CN116656329A - 一种堵水调剖用纳米聚合物凝胶 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种堵水调剖用纳米聚合物凝胶，包括：主剂0.1～0.8％，交联剂0.08～0.15％，增强剂0.2～0.5％、稳定剂0.1～0.3％，其余为水。述主剂为聚丙烯酰胺、N‑烷基取代丙烯酰胺/丙烯酰胺共聚物、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基)‑丙基‑二甲基氯化铵/2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙基磺酸钠/丙烯酰胺三元共聚物其中一种。交联剂为酚醛树脂、脲醛树脂、间苯二酚、六次甲基四胺、对羟基甲酸甲酯、聚乙烯亚胺、乙酸铬、柠檬酸铝其中一种、两种或两种以上混合物。增强剂为纳米矿渣粉。稳定剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、硫脲、异丙醇、甲醛其中一种、两种或两种以上混合物。产品具有高弹性、高强度、耐温的特性，具有具有更广的成胶温度区间，适用于高含水油藏调剖堵水作业。

Description

一种堵水调剖用纳米聚合物凝胶
技术领域
本发明涉及本发明涉及一种可用于高含水油藏油井堵水、注水井调剖用的纳米聚合物凝胶，属于三次采油技术中的油田化学领域。
背景技术
随着油田进入高含水开发期，由于地层非均质性、注入水长期冲刷形成大孔道等原因，在地层中形成注入水优势通道，导致锥进、窜流、指进现象的发生，严重影响注水波及系数，影响油田开发的经济和社会效益。堵水调剖技术是改善注水开发效果，实现控水稳油的主要技术手段之一。
交联聚合物凝胶是目前应用最广泛的堵水调剖体系，具有一定选择性、成胶时间可调、封堵强度较高等特性。但该类凝胶堵剂也存在一定缺陷，首先是适用温度区间窄，常用的金属交联体系适用温度小于60℃，树脂类交联体系适用温度60～90℃，但在实际应用过程中，因配液用水温度仅20℃左右，注入地层后堵水调剖体系必然存在缓慢升温过程，从而严重影响成胶性能；其次是韧性较差，聚合物用量较低时，其韧性及强度均较低，甚至在较低拉力下发生分子链断裂；再次为长期热稳定性较差，在油藏条件下易发热降解，严重影响封堵有效期。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纳米聚合物凝胶。本发明通过纳米颗粒作为辅助交联剂和增强剂对聚合物凝胶进行改性，拟利用其表面丰富的活性位点及官能团提高凝胶的交联度，增强凝胶网络密集度，从而提升凝胶的韧性强度及长期热稳定性；本发明依据高分子凝胶分形结构理论，从聚合物可交联官能团、交联剂及交联反应物分子结构着手，通过交联剂间的诱导协同作用，拓宽了凝胶成胶温度区间。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种纳米聚合物凝胶，主要由主剂、交联剂、增强剂及稳定剂组成，其质量百分比为：主剂0.1～0.8％，交联剂0.08～0.15％，增强剂0.2～0.5％、稳定剂0.1～0.3％，其余为水。
所述主剂是聚丙烯酰胺、N-烷基取代丙烯酰胺/丙烯酰胺共聚物、2-丙烯酰胺基-2-甲基)-丙基-二甲基氯化铵/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸钠/丙烯酰胺三元共聚物其中一种。
所述交联剂为酚醛树脂、脲醛树脂、间苯二酚、六次甲基四胺、对羟基甲酸甲酯、聚乙烯亚胺、乙酸铬、柠檬酸铝其中一种、两种或两种以上混合物。
所述增强剂为纳米矿渣粉。
所述稳定剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、硫脲、异丙醇、甲醛其中一种、两种或两种以上混合物。
成胶时间和强度测定方法依据SY/T 5590-2004的粘度与时间关系测定方法。通过测定模拟地层下凝胶不同时间表观粘度，达到最大粘度值的时间即为成胶时间，最大粘度值即为成胶强度。
将本发明配制好的凝胶液置于40～90℃恒温浴中，根据SY/T5590-2004的粘度与时间关系测定方法，通过调节各组分配比，成胶时间可控制在5～72h，成胶强度1～20×104mPa.s，粘度保持率(90℃、120d)可达90％。
与现有技术相比，本发明具有以下有点：
(1)具有更广的成胶温度区间；
(2)相同主剂用量下，成胶强度提升30％以上；
(3)凝胶热稳定好，90℃下4个月内粘度保持率可达90％。
(4)优选的纳米增强材料成本低廉，来源广泛。
综上所述，本发明克服了一般聚合物凝胶成胶温度区间窄、热稳定性差的难题，30～90℃温度区间皆可成胶，成胶时间可控制在5～72h，成胶强度1～20×104mPa.s，粘度保持率(90℃、120d)可达90％，可用于高含水油藏调剖堵水增产作业。本发明具有配制方便、成胶温度区间广、封堵强度高、热稳定性好、有效期长、成本低廉等优点，在高含水油藏调剖堵水方面具有广阔的应用前景。
具体实施方式
本发明用于高含水油藏调剖堵水的纳米聚合物凝胶，主要根据油藏地质特征、地层温度、储层物性参数、调堵施工参数制定的调剖堵水配方设计。下面结合实例对本发明做进一步说明，但并不限制本发明。各实施案例中的百分比均为质量百分比，所用化学制品均为工业级产品。按比例将体系的各组分依次加入到清水中，搅拌均匀，根据SY/T 5590-2004的方法测定其性能。
实施例1
聚丙烯酰胺(分子量1600万、水解度25％)浓度为0.3％，交联剂(乙酸铬+酚醛树脂+聚乙烯亚胺)总质量浓度0.15％，其中乙酸铬、酚醛树脂和聚乙烯亚胺的质量比为1:2:0.5，增强剂(纳米矿渣粉)浓度0.1％，纳米矿渣粉粒径30nm，稳定剂(亚硫酸钠+硫脲+异丙醇)总质量浓度0.01％，其中亚硫酸钠、硫脲和异丙醇质量比为1:0.5:0.5，其余为水。不同温度成胶情况见表1，成胶时间为24～72h，成胶强度11.6～11.8×104mPa.s，120天粘度保持率92.6～99.7％。
表1聚合物凝胶的成胶性能
实施例2
聚丙烯酰胺(分子量1800万、水解度20％)浓度为0.3％，交联剂(乙酸铬+聚乙烯亚胺)总质量浓度0.2％，其中乙酸铬和聚乙烯亚胺的质量比为1:0.5，增强剂(纳米矿渣粉)浓度0.1％，纳米矿渣粉粒径30nm，稳定剂(亚硫酸钠+硫脲+异丙醇)总质量浓度0.01％，其中亚硫酸钠、硫脲和异丙醇质量比为1:0.5:0.5，其余为水。不同温度成胶情况见表2，成胶时间为12～72h，成胶强度10.1～10.4×104mPa.s，120天粘度保持率93.6～99.7％。
表2聚合物凝胶的成胶性能
实施例3
聚丙烯酰胺(分子量2200万、水解度20％)浓度为0.5％，交联剂(酚醛树脂+聚乙烯亚胺)总质量浓度0.2％，其中酚醛树脂和聚乙烯亚胺的质量比为1:0.6，增强剂(纳米矿渣粉)浓度0.1％，纳米矿渣粉粒径30nm，稳定剂(亚硫酸钠+硫脲+异丙醇)总质量浓度0.01％，其中亚硫酸钠、硫脲和异丙醇质量比为1:0.5:0.5，其余为水。90℃成胶情况见表3，成胶时间缩短，成胶强度提升59.5％，弹性模量提升52.6％，粘性模量提升55.8％。
表3聚合物凝胶的粘弹性
实施例4
聚丙烯酰胺(分子量1800万、水解度20％)浓度为0.5％，交联剂(乙酸铬+聚乙烯亚胺)总质量浓度0.2％，其中其中乙酸铬和聚乙烯亚胺的质量比为1:0.5，增强剂(纳米矿渣粉)浓度0.1％，纳米矿渣粉粒径30nm，稳定剂(亚硫酸钠+硫脲+异丙醇)总质量浓度0.01％，其中亚硫酸钠、硫脲和异丙醇质量比为1:0.5:0.5，其余为水。90℃成胶情况见表4，成胶时间缩短，成胶强度提升61.0％，弹性模量提升68.6％，粘性模量提升77.3％。
表4聚合物凝胶的粘弹性
聚丙烯酰胺(分子量1600万、水解度25％)浓度为0.3％，交联剂(乙酸铬+酚醛树脂+聚乙烯亚胺)总质量浓度0.15％，其中乙酸铬、酚醛树脂和聚乙烯亚胺的质量比为1:2:0.5，增强剂(纳米矿渣粉)浓度0.1％，纳米矿渣粉粒径30nm，稳定剂(亚硫酸钠+硫脲+异丙醇)总质量浓度0.01％，其中亚硫酸钠、硫脲和异丙醇质量比为1:0.5:0.5，其余为水。考察本发明所提供的的聚合物凝胶的封堵能力及耐冲刷能力。具体实验过程如下：
以0.5mlmin的速度注水，计算人造岩心的水相渗透率Kw；向岩心中注入1.0PV堵剂，关闭管线，密封。于室温90℃下养护24h；以0.5ml/min的速度注水，采集注入端压力，水驱30倍孔隙体积，计算不同水驱孔隙体积的水相渗透率Kw1，并按公式E＝(Kw-Kw1)/Kw×100％，评价堵剂对岩心的封堵能力。该聚合物凝胶对岩心的封堵结果见表5。
表5聚合物凝胶的封堵及耐冲刷性能
综上所述，本发明提供的纳米聚合物凝胶成胶温度区间广、热稳定性好、封堵效果良好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种堵水调剖用纳米聚合物凝胶，其特征在于，其各组分按质量百分比的原材料配制如下：
主剂：0.1～0.8％；
交联剂：0.08～0.15％；
增强剂：0.2～0.5％；
稳定剂：0.1～0.3％；
其余为水。
所述主剂是聚丙烯酰胺、N-烷基取代丙烯酰胺/丙烯酰胺共聚物、2-丙烯酰胺基-2-甲基)-丙基-二甲基氯化铵/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸钠/丙烯酰胺三元共聚物其中一种。
所述交联剂为酚醛树脂、脲醛树脂、间苯二酚、六次甲基四胺、对羟基甲酸甲酯、聚乙烯亚胺、乙酸铬、柠檬酸铝其中两种或两种以上混合物。
所述增强剂为纳米矿渣粉。
所述稳定剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、硫脲、异丙醇、甲醛其中一种、两种或两种以上混合物。
2.根据权利要求1所述的一种堵水调剖用纳米聚合物凝胶，其特征在于，该聚合物凝胶含有交联剂，所述交联剂的质量百分比为0.08～0.15％，所述交联剂为酚醛树脂、脲醛树脂、间苯二酚、六次甲基四胺、对羟基甲酸甲酯、聚乙烯亚胺、乙酸铬、柠檬酸铝其中两种或两种以上混合物。
3.根据权利要求1所述的一种堵水调剖用纳米聚合物凝胶，其特征在于，该聚合物凝胶含有增强剂，所述增强剂的质量百分比为0.2～0.5％，增强剂为纳米矿渣粉，D50为30～200nm。
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