一種部分交聯(lián)部分支化共聚物驅(qū)油劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油開采中使用的高分子材料驅(qū)油劑技術(shù)，具體關(guān)系到一種部分交聯(lián) 部分支化共聚物驅(qū)油劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)油田開發(fā)階段的不同，石油開采一般分為三個(gè)階段：利用油層能量開采石油 的一次采油，這一階段的采油效率一般只有15%左右；通過向油層注入水、氣，補(bǔ)充油層能 量從而到達(dá)開采目的的為二次采油，采油率在30~40% ;通過物理、化學(xué)、生物等新技術(shù)開 采原油的階段為三次采油。為了將地層中殘余油充分開采出來，亟需開發(fā)適宜于我國(guó)特殊 地質(zhì)條件的三次采油方法。發(fā)展較為成熟的三次采技術(shù)主要有四大類：化學(xué)驅(qū)、熱力驅(qū)、微 生物驅(qū)及混合相驅(qū)?；趯?duì)油藏地質(zhì)特征和殘余油認(rèn)識(shí)，化學(xué)驅(qū)成為我國(guó)多數(shù)油田提高石 油采收率的重要手段。而化學(xué)驅(qū)的核心是驅(qū)油劑的設(shè)計(jì)合成及驅(qū)油體系的設(shè)計(jì)。聚合物驅(qū) 是化學(xué)驅(qū)最為重要的技術(shù)，通過在注入水中加入水溶性聚合物，增大驅(qū)替相粘度，調(diào)整油水 流度比，擴(kuò)大驅(qū)替相波及體積，增強(qiáng)洗油效率，即可大幅提高驅(qū)油效率。聚合物驅(qū)操作簡(jiǎn)單， 成本較低，可以與調(diào)剖堵水劑相結(jié)合使用，兼具一定的滲透率調(diào)節(jié)作用。
[0003] 作為合成類水溶性高分子，聚丙烯酰胺及其衍生物為主的合成類聚合物是目前化 學(xué)驅(qū)中應(yīng)用最廣泛，取得效果最為突出的聚合物驅(qū)油劑。按照聚丙烯酰胺的結(jié)構(gòu)劃分，又可 以分為線性聚丙烯酰胺和交聯(lián)型聚丙烯酰胺。
[0004] 線性部分水解聚丙烯酰胺（HPAM) -般由聚丙烯酰胺在堿性條件下水解或者與丙 烯酸鹽共聚得到。但油藏的高溫高鹽環(huán)境及驅(qū)替過程的高剪切使線性聚丙烯酰胺迅速降 解，同時(shí)高價(jià)鹽離子與羧基絡(luò)合的作用使同離子電荷排斥作用降低，粘度驟降，進(jìn)一步使得 分子鏈?zhǔn)湛s，甚至沉降析出。系統(tǒng)的耐老化性能研究發(fā)現(xiàn)，PH值、光照、礦化度、高溫和強(qiáng)機(jī) 械剪切作用對(duì)線性聚丙烯酰胺粘度影響很大。因此線性聚丙烯酰胺溶液不良的耐溫抗鹽 性能等是其在高溫油藏和聚合物驅(qū)后油藏中應(yīng)用的技術(shù)瓶頸，嚴(yán)重地影響了其實(shí)際使用效 果。
[0005] 交聯(lián)型聚丙烯酰胺大多采用地下原位交聯(lián)方式，利用高價(jià)金屬、酚醛等為交聯(lián)劑 與線型PAM在地下交聯(lián)而形成。我國(guó)的油田大多屬于陸相沉積油田，非均質(zhì)性嚴(yán)重，經(jīng)過 一次和二次采油后，油層中含水量高，注入的驅(qū)替液極易從高滲層竄入生產(chǎn)井，降低驅(qū)油效 率。交聯(lián)型聚丙烯酰胺能夠有效的封堵高滲透層及大孔道，調(diào)整注入水剖面，使油藏的孔隙 介質(zhì)流動(dòng)阻力均一化，擴(kuò)大驅(qū)替液的波及體積，提高石油的采收率。但作為驅(qū)油劑使用時(shí)， 要求聚合物懸浮液擁有較好的運(yùn)移能力，可以在孔隙中變形通過，同時(shí)具有優(yōu)異的粘彈性 能，能夠有效地增加驅(qū)替相的粘度，改善其流度比，而這正是交聯(lián)型聚丙烯酰胺所欠缺的。
[0006] 中國(guó)發(fā)明專利（201010028113. 4)公開了一種部分支化部分交聯(lián)的聚丙烯酰胺驅(qū) 油劑，該專利兼具交聯(lián)聚丙烯酰胺和線性聚丙烯酰胺的優(yōu)點(diǎn)，既克服了線性聚丙烯酰胺不 耐剪切和耐溫抗鹽性能差的缺點(diǎn)，又克服了全交聯(lián)型聚丙烯酰胺體相粘度低，沉降明顯，孔 隙中運(yùn)移困難的缺點(diǎn)。但是，該聚丙烯酰胺驅(qū)油劑仍然由純聚丙烯酰胺構(gòu)成，部分交鏈聯(lián)結(jié) 構(gòu)對(duì)其耐溫抗鹽性能的改進(jìn)在一定老化程度以后仍然受到聚丙烯酰胺降解特性的控制，與 油田惡劣條件如鉆探深度的增加帶來的地層溫度、油藏礦化度不斷提高形成矛盾，這就需 要部分支化部分交聯(lián)聚丙烯酰胺驅(qū)油劑具有更加優(yōu)異的耐高溫和抗鹽性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的聚合物驅(qū)油劑的現(xiàn)狀與不足，本發(fā)明的首要目的是提供一種結(jié)構(gòu) 全新的共聚型的部分交聯(lián)部分支化共聚物驅(qū)油劑，以提高驅(qū)油劑的使用性能和抗老化性、 耐溫抗鹽性能；本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供共聚型部分交聯(lián)部分支化共聚物驅(qū)油劑制備方 法。
[0008] 針對(duì)本發(fā)明的首要目的，本發(fā)明提供的部分交聯(lián)部分支化共聚物驅(qū)油劑，其原料 組成組分以重量份計(jì)主要包括：
[0009] 丙烯酰胺（AM) 100份 過硫酸鉀（KPS) 0.015~0.1份 亞硫酸氫鈉 0.003~認(rèn):06份 甲基丙烯酸風(fēng)N-二甲氨基乙酯（DMAEMA) 0.15~0.5份 共聚單體 1~10份。
[0010] 在上述部分交聯(lián)部分支化共聚物驅(qū)油劑中，所述共聚單體優(yōu)先選用N，N-二甲基 丙烯酰胺（DMAM)、對(duì)苯乙烯磺酸鈉（SSS)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS)中的一 種。
[0011] 針對(duì)本發(fā)明的第二個(gè)目的，本發(fā)明所述提供的部分交聯(lián)部分支化共聚物驅(qū)油劑的 制備方法，主要包括如下工藝步驟：
[0012] (1)溶液的配制，將原料的各組分分別溶于不少于其配方量1. 0倍質(zhì)量份的去離 子水中，配制各組分的溶液；
[0013] ⑵聚合反應(yīng)制備驅(qū)油劑，將步驟⑴配制的丙烯酰胺溶液、共聚單體溶液、甲基 丙烯酸N，N-二甲氨基乙酯溶液加入反應(yīng)器中，在攪拌、10~60°C下通入氮?dú)獬シ磻?yīng)器內(nèi) 和反應(yīng)液中的氧氣，加入過硫酸鉀溶液和亞硫酸氫鈉溶液引發(fā)體系聚合反應(yīng)，待反應(yīng)聚合 至體系粘度明顯增加，停止通入氮?dú)馀c攪拌，待體系凝膠后繼續(xù)保溫2-4小時(shí)，即制備得到 凝膠狀驅(qū)油劑。
[0014] 為了方便驅(qū)油劑的使用，本發(fā)明可在上述部分交聯(lián)部分支化共聚物驅(qū)油劑的制備 方法基礎(chǔ)上，將所制得的膠狀驅(qū)油劑進(jìn)行切碎、烘干、粉碎、篩分，以得到粉狀的驅(qū)油劑。
[0015] 在本發(fā)明上述部分交聯(lián)部分支化共聚物驅(qū)油劑的制備方法中，需通入氮?dú)獬シ?應(yīng)器內(nèi)及反應(yīng)液中的氧氣，因此在反應(yīng)體系粘度明顯增加之前，聚合體系都需通入氮?dú)膺M(jìn) 行保護(hù)。而且通入氮?dú)馀懦鲅鯕獾某潭?，與過硫酸鉀和亞硫酸氫鈉的加入量相關(guān)聯(lián)。
[0016] 在本發(fā)明上述部分交聯(lián)部分支化共聚物驅(qū)油劑的制備方法中，丙烯酰胺溶液、共 聚單體溶液、甲基丙烯酸N，N-二甲氨基乙酯溶液最好采取依次加入反應(yīng)器，在攪拌、10~ 60 °C下通入氮?dú)馀懦龇磻?yīng)器內(nèi)和溶液中的氧氣后，再依次加入過硫酸鉀溶液和亞硫酸氫鈉 溶液。
[0017] 在本發(fā)明所述部分交聯(lián)部分支化共聚物驅(qū)油劑的制備方法中，溶解各組分的去離 子水的總量一般為原料組分總量的3~4倍。進(jìn)一步地，最好采取將100份丙烯酰胺溶于 250~360份的去離子水中配成溶液；1~10份共聚單體溶于10~20份的去離子水中配 成溶液；0. 15~0. 5份甲基丙烯酸N，N-二甲氨基乙酯溶于10~20份的去離子水中配成 溶液；0. 015~0. 1份過硫酸鉀溶于10~20份去離子水中配成溶液；0. 003~0. 06份亞硫 酸氫鈉溶于10~20份去離子水中配成溶液。
[0018] 本發(fā)明的發(fā)明人在部分交聯(lián)部分支化共聚物驅(qū)油劑的研究發(fā)現(xiàn)，共聚單體 N，N-二甲基丙烯酰胺（DMAM)中酰胺基團(tuán)的兩個(gè)活潑氫原子被甲基所取代，引入該單體可 以有效的抑制聚丙烯酰胺在高溫條件下水解，保證了聚合物結(jié)構(gòu)與性能的穩(wěn)定；對(duì)苯乙烯 磺酸鈉（SSS)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS)擁有龐大的側(cè)鏈基團(tuán)，能夠提高大 分子鏈鏈的剛性，同時(shí)含有對(duì)鹽不敏感的磺酸基團(tuán)，能有效的提高聚合物的耐溫、抗鹽、抗 剪切性能。基于此，發(fā)明人經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)研究開發(fā)出了一種結(jié)構(gòu)全新的共聚型的部分交聯(lián)部 分支化共聚物驅(qū)油劑及其制備方法，提高了驅(qū)油劑的使用性能和抗老化性、耐溫抗鹽性能。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下十分突出的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：
[0020] 1、本發(fā)明制備的部分交聯(lián)部分支化共聚物驅(qū)油劑，兼具交聯(lián)聚丙烯酰胺和線性聚 丙烯酰胺的優(yōu)點(diǎn)，其支化結(jié)構(gòu)賦予其水溶液良好的懸浮能力和較高的粘度，粘度在〇. 11/ S時(shí)可高達(dá)20. 7PaS，其交聯(lián)結(jié)構(gòu)提供了良好的彈性和抗剪切能力，儲(chǔ)能模量和耗能模量在 0. 1Hz時(shí)，可分別達(dá)到7. 27Pa和1. 5Pa。
[0021] 2、在本發(fā)明的共聚物驅(qū)油劑的制備中，采用了耐水解單體N，N_二甲基丙烯酰胺 (DMAM)與丙烯酰胺共聚，能夠抑制大分子鏈中酰胺基團(tuán)的水解，因而有效地提高了產(chǎn)品在 水溶液中的耐老化性能，產(chǎn)品老化三個(gè)月之后，〇. 1Hz下的模量保留率可達(dá)40%，1/s剪切 速率下的粘度保留率可達(dá)70%。采用對(duì)苯乙烯磺酸鈉（SSS)或者2-丙烯酰胺基-2-甲基 丙磺酸（AMPS)與丙烯酰胺共聚，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中引入了剛性的苯環(huán)基團(tuán)和對(duì)鹽敏感性低的 橫酸基團(tuán)S03，因而有效地提尚了廣品在尚溫尚鹽條件下的耐老化性能和抗鹽性能。
【附圖說明】
[0022] 圖1為實(shí)施例1制備的樣品在鹽水中形成的懸浮液儲(chǔ)能模量和耗能模量老化前后 隨頻率的變化曲線圖；
[0023]圖2為實(shí)施例1制備的樣品在鹽水中形成的懸浮液粘度在老化前后粘度隨剪切速 率的變化曲線圖；
[0024]圖3為實(shí)施例2制備的樣品在鹽水中形成的懸浮液儲(chǔ)能模量和耗能模量在老化前 后隨頻率的變化曲線圖
[0025] 圖4為實(shí)施例2和實(shí)施例1老化后模量的保留率隨頻率的變化曲線圖；
[0026] 圖5為實(shí)施例2和實(shí)施例1老化后粘度的保留率隨剪切速率的變化曲線圖；
[0027]圖6為實(shí)施例3制備的樣品在鹽水中形成的懸浮液儲(chǔ)能模量和耗能模量隨頻率的 變化曲線圖；
[0028]圖7為實(shí)施例3制備的樣品在鹽水中形成的懸浮液粘度隨剪切速率的變化曲線