CN101619118A

CN101619118A - 水驱开发油藏深部调驱用聚合物微球及制备方法

Info

Publication number: CN101619118A
Application number: CN200910015903A
Authority: CN
Inventors: 叶卫保; 肖建洪; 叶勇保; 马中跃; 温鸿滨
Original assignee: DONGYING FANGHUA PETROCHEMICAL TECHNOLOGY CO LTD; DONGYING SHIDA INTEGRATIVE TECHNOLOGY Co Ltd; China University of Petroleum East China; Sinopec Shengli Oilfield Co Gudao Oil Extraction Plant
Current assignee: DONGYING FANGHUA PETROCHEMICAL TECHNOLOGY CO LTD; DONGYING SHIDA INTEGRATIVE TECHNOLOGY Co Ltd; China University of Petroleum East China; Sinopec Shengli Oilfield Co Gudao Oil Extraction Plant
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2010-01-06

Abstract

本发明涉及一种油藏深部调驱用聚合物微球的制备方法。它是在采用光聚合反应制备聚合物微球的方法基础上，通过采用水溶性阴离子单体，加入含丙烯酰胺单体水溶液，添加分散剂和交联剂，在表面活性剂和溶剂混合介质中形成油水混合乳液，在可控温条件下通过光聚合反应方式，引发剂被紫外光分解后引发乳液聚合，形成尺寸在50－500纳米范围的微球。本发明制备的聚合物微球材料适合在多种环境条件下反应，具有反应体系安全稳定、操作简易便捷、反应过程和时间可灵活调整，生产效率高、低能耗无污染等特点，本发明利用聚合物微球可以任意浓度的分散在注入水中并能够进入地层深部后逐渐溶胀对孔喉形成封堵的能力、有效的封堵地层的高渗透条带，扩大水的波及体积，显著提高水驱开发油藏的原油采收率。

Description

水驱开发油藏深部调驱用聚合物微球及制备方法

技术领域

本发明涉及高分子聚合的石油开采化工材料及制备方法，具体是一种适合水驱开发油藏的油藏深部调驱用聚合物微球及制备方法。

背景技术

在油田开发过程中，注水开发是补充地层能量，提高原油采收率最经济和有效的方法。由于我国油藏大部分属于陆相沉积，含油饱和度相对较低，储层分散，油藏非均质性严重，因此，注水开发过程中往往会形成高渗条带，注入水不能在油藏中有效地驱动原油，而很快地从油井流出，形成无效循环，致使油井含水上升快，造成水淹。现有的调剖材料和技术要么不能进入地层深部，只是在近井地带形成封堵，要么存在稳定性和可靠性差，成本高等问题。

聚合物微球用于注水开发油藏逐级深部调驱材料，其使用原理是利用纳、微米尺寸的聚合物微球，初始尺寸远小于地层孔喉尺寸，随注入水可以顺利的进入地层深部，在地层中不断向前运移，吸水逐步膨胀后在渗水通道孔喉处形成封堵，造成液流改向，实现扩大水波及体积，提高原油采收率的目的。该思想的实现基于以下两个关键问题的解决：大量廉价稳定生产纳、微米尺寸聚合物微球的技术；微球水化膨胀和尺寸控制技术。通过本发明研制的纳、微米聚合物微球逐级深部调驱材料完全满足了上述两方面的要求。

通过大量的室内封堵和调驱实验证明，该类材料可以有效的改善地层非均质性，扩大水相波及体积，在不同的地质条件下，提高石油采收率10～15％。其特征是注入水和地层水的温度和矿化度对其的影响较小，适用于各类注水开发油藏；地层非均质性越严重，调驱效果越明显；由于封堵的是地层孔喉，用量少，成本低；进入地层深部可控，可以有效的提高动用储量，有效期长；注入设备简单，方便。我国现有注水开发的石油储量有80亿吨以上，本技术适合90％的水驱开发油藏使用，其现实意义和社会效益显而易见。

本发明通过分析注水开发过程中影响水驱开发效果的各种矛盾，借鉴现有调剖技术的合理部分，根据基础的化学反应，微乳聚合基本原理，提出了本发明。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提出一种高效安全稳定的水驱开发油藏深部调驱用聚合物微球及制备方法。

该发明的技术方案包括：

油藏深部调驱用聚合物微球，包括丙烯酰胺单体、水溶性阴离子单体、分散剂、表面活性剂、溶剂、去离子水、交联剂和光引发剂在可控温条件下通过光聚合反应方式，形成尺寸在50-500纳米范围的微球，各成分的用量的质量百分比为：丙烯酰胺15～35％，水溶性阴离子单体5～30％，分散剂1～15％，表面活性剂10～40％，溶剂20～60％，去离子水10～20％，交联剂0.05～5％，光引发剂0.1～3.0％；其中：水溶性阴离子单体为丙烯酸、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸甲氧基乙酯中的一种或几种的混合物；表面活性剂为司盘、土温、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或几种的混合物；分散剂为N-乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的混合物；溶剂为溶剂油、脂肪烃或芳烃中的一种或几种的混合物；交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺、二烯丙基二甲基氯化铵、聚乙二醇双丙烯酸脂中的一种或几种的混合物；光引发剂为安息香醚类衍生物、羟基或胺基取代的苯乙酮衍生物、双偶氮引发剂中的一种或几种的混合物。

所述的司盘(Span)为Span-60、Span-65、Span-80、Span-85中的一种或几种的混合物；所述的吐温为吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80、吐温-65、吐温-85中的一种或几种的混合物。

所述的脂肪烃为辛烷、环己烷中的一种或两种的混合物；所述的溶剂油为煤油、白油、柴油、汽油中的一种或几种的混合物；所述的芳烃为苯、甲苯、二甲苯中的一种或几种的混合物。

所述的安息香醚类衍生物为安息香甲醚、安息香***、安息香双甲醚中的一种或几种的混合物；所述的羟基或胺基取代的苯乙酮衍生物为1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-1-[4-(甲基硫代苯基)-2-吗啉代丙酮、4-(2-羟基乙氧基)苯基-(2-羟基-2-甲基丙基)酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮中的一种或几种的混合物；所述的双偶氮引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异丁脒盐酸盐中的一种或两种的混合物。

本发明还包括油藏深部调驱用聚合物微球的制备方法，包括：

(1)水溶液配制：将水溶性阴离子单体溶入去离子水中，加入分散剂搅拌，再加入丙烯酰胺单体充分搅拌至溶液澄清无固体不溶物，加入交联剂，搅拌1～2个小时；

(2)乳液体系配制：将表面活性剂溶入溶剂中，待充分溶解均匀后，将步骤(1)的水溶液逐步加入，充分搅拌，即得到透明或半透明的乳液聚合反应体系；

(3)光聚合反应：将光引发剂加入到步骤(2)的乳液体系中，搅拌均匀后，在反应釜中通入惰性气体，以置换反应体系的氧气，使乳液体系处于脱氧条件下，再用紫外光照射，使之通过光聚合反应完成。

上述方法中还包括：(4)在从光照反应器中流出的乳液中，加入占反应体系质量比2～6％的溶剂和占反应体系质量比3～8％的表面活性剂后充分搅拌后即可完成全过程，此聚合物微球体系呈透明乳液状态，滴入水中可直接快速分散。

所述的惰性气体是氦气、氩气或氮气。

本发明采用光聚合反应制备聚合物微球的方法，通过采用水溶性阴离子单体和丙烯酰胺单体水溶液，添加分散剂和交联剂，在表面活性剂和溶剂混合介质中形成油水混合乳液，在可控温条件下通过光聚合反应方式，引发剂被紫外光分解后引发乳液聚合，形成尺寸在50-500纳米范围、外观呈透明或半透明乳液状态的微球。

本发明制备的聚合物微球材料适合在多种环境条件下反应，具有反应体系安全稳定、操作简易便捷、反应过程和时间可灵活调整，生产效率高、低能耗无污染等特点，本发明利用聚合物微球可以任意浓度的分散在注入水中并能够进入地层深部后逐渐溶胀对孔喉形成封堵的能力、有效的封堵地层的高渗透条带，扩大水的波及体积，显著提高水驱开发油藏的原油采收率。

具体实施方式

实施例1

(1)水溶液配制：将18％的水溶性阴离子单体溶入10％的去离子水中，加入3％的分散剂搅拌，再加入20％的丙烯酰胺单体充分搅拌至溶液澄清无固体不溶物，加入2.5％的交联剂，搅拌1～2个小时；

(2)乳液体系配制：将15％的表面活性剂溶入20％的溶剂中，待充分溶解均匀后，将步骤(1)的水溶液逐步加入，充分搅拌，即得到透明或半透明的乳液聚合反应体系；

(3)光聚合反应：将1.5％的光引发剂用5％溶剂溶解后，加入到步骤(2)的乳液体系中，搅拌均匀后，在反应釜中通入惰性气体，以置换反应体系的氧气，使乳液体系处于脱氧条件下，再用计量泵将乳液匀速导入有紫外光照装置的管线中，使之通过反应器中光聚合充分反应；

(4)在从光照反应器中流出的乳液中，加入占反应体系2％的溶剂和占3％的表面活性剂后充分搅拌后即可完成全过程，此聚合物微球体系呈透明乳液状态，滴入水中可直接快速分散。

实施例2

(1)水溶液配制：将10％的水溶性阴离子单体溶入12％的去离子水中，加入2.5％的分散剂搅拌，再加入占反应体系31％的丙烯酰胺单体充分搅拌至溶液澄清无固体不溶物，再用NaOH水溶液将溶液调整至pH＝7后，加入0.25％的交联剂，搅拌1～2个小时；

(2)乳液体系配制：将10％的表面活性剂溶入22％的溶剂中，待充分溶解均匀后，将步骤(1)的水溶液逐步加入，充分搅拌，即得到透明或半透明的乳液聚合反应体系；

(3)光聚合反应：将1％的光引发剂用1.75％溶剂溶解后，加入到步骤(2)的乳液体系中，搅拌均匀后，在反应釜中通入惰性气体，以置换反应体系的氧气，使乳液体系处于脱氧条件下，再用计量泵将乳液匀速导入有紫外光照装置的管线中，使之通过反应器中光聚合充分反应；

(4)在从光照反应器中流出的乳液中，加入2.5％的溶剂和7％的表面活性剂后充分搅拌后即可完成全过程，此聚合物微球体系呈透明乳液状态，滴入水中可直接快速分散。

实施例3

(1)水溶液配制：将15％的水溶性阴离子单体溶入9％的去离子水中，加入1％的分散剂搅拌，再加入27％的丙烯酰胺单体充分搅拌至溶液澄清无固体不溶物，再加入2％的交联剂，搅拌1～2个小时；

(2)乳液体系配制：将20％的表面活性剂溶入25％的溶剂中，待充分溶解均匀后，将步骤(1)的水溶液逐步加入，充分搅拌，即得到透明或半透明的乳液聚合反应体系；

(3)光聚合反应：将1％的光引发剂直接加入到步骤(2)的乳液体系中，搅拌均匀后，在反应釜中通入惰性气体，以置换反应体系的氧气，使乳液体系处于脱氧条件下，再用计量泵将乳液匀速导入有紫外光照装置的管线中，使之通过反应器中光聚合充分反应。

上述实施例是本发明的方法和产品结合的几个具体应用实例，其中的具体原材料选择在本发明内容中所提示的材料均可较好的实现。如果使用现有的制备方法也能实现本发明的目的，但是效果不是十分理想。

本发明以如下实例分别说明适合水驱开发油藏深部调驱用聚合物微球良好的应用性能：

应用实例1

东辛的永8段块为高温高盐非均质性严重的中高渗油藏，水驱中后期无有效方法调驱时，探索用微球调驱。2006年9月至2008年1月，在永8-7块的永8-7、永8-49、永8-11开展微球深部调驱。调剖后注水井油压平均上升了2MPa，井组开发形势得到明显改善，调剖见效初期对应油井提液见到明显效果，如永8-7井组调前产量64.4*23.3*63.8％，调后产量100*50.1*49.9％，永8-11调前产量100.9*22*78.2％，调后产量168.6*58.8*65.1％，而没有采取提液措施的永8-49井组，含水从76％下降到65.5％。井组自然递减都有一定的下降。适当提高调驱井配注，井组没有发生水窜现象。如永8-11井的配注由50m3/d逐步提高至80m3/d、200m3/d，对应油井永8-55井日液从32m3/d上升56m3/d，而综合含水稳定在65％左右，产量稳定，动液面从902米逐步回升到800米。解决现场以往欠注却不敢注水的局面。另外通过对永8-11井连续测吸水剖面发现，微球还可以周期性改变注水井吸水剖面，即首先封堵高渗地层沙二5⁴，启动次级沙二5⁵地层，通过3个月的调整后，微球将次级地层沙二5⁵封堵，然后启动更低一级沙二5¹、沙二5²层，经过微球近1年的调整后，又启动了原高渗沙二5⁵层，微球这种周期性的调整有利于最大限度提高采收率。

应用实例2

青海油田尕斯库勒N₁-N² ₁油藏，具有高盐低渗的特点，油藏埋深1600～1900米，平均渗透率177×10^-3μm²，地层水矿化度9.4～17×10⁴mg/l，油藏纵向层系多达10层以上，井筒存在套变无法分注，多为笼统注水，由于层间非均质性较为严重，渗透率级差为9.6，油井多数高含水，开发效果较差。在跃543、跃新563、跃164三个井组实施了两个阶段的聚合物微球深部调驱工艺，第一阶段2005年9月14日至06年1月28日注入聚合物活性微球71t，第二阶段：06年8月5日至11月30日注微球45.6t。调剖后，取得了以下三个效果：一是水井油压平均上升3MPa，如跃543井在日注量100m³/d的条件下，油压由调剖前的17MPa升至20MPa，最高达到22MPa。二是明显改善了吸水剖面，如跃563井调剖前全井21个测试层中只有9个层吸水，其中三个主力吸水层占全井的53.5％。调剖后全井有18个小层开始吸水，并且原主力层的相对吸水量只占全井的20％，提高了低渗层的动用程度。三是3个注采井组对应的12口油井中有11口井见到效果，占涉及井数的92％。截止到2006年11月底，两个阶段三个井组注微球116.6t，累计增油10525t，降水25597t，投入产出比为1∶4.6，效果显著。

目前该材料和技术已经进行了多个不同地质条件和开发程度的矿场实验，结果表明，该材料可以进入地层深部，在地层深部形成有效的封堵，提高水井油压1-3Mpa并可周期性的调整吸水剖面，大幅度提高采收率，有效期已经超过13个月。

Claims

1、一种水驱开发油藏深部调驱用聚合物微球，其特征是将丙烯酰胺单体、水溶性阴离子单体、分散剂、表面活性剂、溶剂、去离子水、交联剂和光引发剂在可控温条件下通过光聚合反应方式，形成尺寸在50-500纳米范围的微球，各成分用量的质量百分比：丙烯酰胺15～35％，水溶性阴离子单体5～30％，分散剂1～15％，表面活性剂10～40％，溶剂20～60％，去离子水10～20％，交联剂0.05～5％，光引发剂0.1～3.0％；其中：

水溶性阴离子单体为丙烯酸、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸甲氧基乙酯中的一种或几种的混合物；

表面活性剂为司盘、土温、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或几种的混合物；

分散剂为N-乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的混合物；

溶剂为溶剂油、脂肪烃或芳烃中的一种或几种的混合物；

交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺、二烯丙基二甲基氯化铵、聚乙二醇双丙烯酸脂中的一种或几种的混合物；

光引发剂为安息香醚类衍生物、羟基或胺基取代的苯乙酮衍生物、双偶氮引发剂中的一种或几种的混合物。

2、根据权利要求1所述的水驱开发油藏深部调驱用聚合物微球，其特征是，所述的司盘为司盘-60、司盘-65、司盘-80、司盘-85中的一种或几种的混合物；所述的吐温为吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80、吐温-65、吐温-85中的一种或几种的混合物。

3、根据权利要求1所述的水驱开发油藏深部调驱用聚合物微球，其特征是，所述的脂肪烃为辛烷、环己烷中的一种或两种的混合物；所述的溶剂油为煤油、白油、柴油、汽油中的一种或几种的混合物；所述的芳烃为苯、甲苯、二甲苯中的一种或几种的混合物。

4、根据权利要求1所述的水驱开发油藏深部调驱用聚合物微球，其特征是，所述的安息香醚类衍生物为安息香甲醚、安息香***、安息香双甲醚中的一种或几种的混合物；所述的羟基或胺基取代的苯乙酮衍生物为1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-1-[4-(甲基硫代苯基)-2-吗啉代丙酮、4-(2-羟基乙氧基)苯基-(2-羟基-2-甲基丙基)酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮中的一种或几种的混合物；所述的双偶氮引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异丁脒盐酸盐中的一种或两种的混合物。

5、根据权利要求1～4任一项所述的水驱开发油藏深部调驱用聚合物微球的制备方法，其特征是包括：

6、根据权利要求1～4任一项所述的水驱开发油藏深部调驱用聚合物微球的制备方法，其特征是包括：

(2)乳液体系配制：将部分表面活性剂溶入部分溶剂中，待充分溶解均匀后，将步骤(1)的水溶液逐步加入，充分搅拌，即得到透明或半透明的乳液聚合反应体系；

(3)光聚合反应：将光引发剂加入到步骤(2)的乳液体系中，搅拌均匀后，在反应釜中通入惰性气体，以置换反应体系的氧气，使乳液体系处于脱氧条件下，再用紫外光照射，使之通过光聚合反应完成；

(4)在从光照反应器中流出的乳液中，加入2～6％的溶剂和3～8％的表面活性剂后充分搅拌后即可完成全过程，此聚合物微球体系呈透明乳液状态，滴入水中可直接快速分散。

7、根据权利要求5或6所述的水驱开发油藏深部调驱用聚合物微球的制备方法，其特征是所述的惰性气体是氦气、氩气或氮气。