CN101864032A - 高温高矿化度油藏深部调驱的微乳聚合物及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出高温高矿化度油藏深部调驱的微乳聚合物制备方法。它是在采用光聚合反应制备微乳聚合物的方法基础上，通过采用增加3-丙烯酰胺基-3-甲基丁酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等耐温抗盐材料和水溶性阴离子单体，加入含丙烯酰胺单体水溶液并添加分散剂，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，形成稳定的微乳聚合物。本发明利用微乳聚合物可以任意浓度分散在注入水中并能够进入地层深部后在交联剂作用下形成冻胶对孔喉封堵的能力、有效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，适用于高温高矿化度油藏的深部调剖。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域中的一种用于高温高矿化度油藏深部调驱的微乳聚合物及制备方法，特别适合水驱开发油藏开发过程应用。
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。现有的调驱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。
微乳聚合物用于注水开发油藏逐级深部调驱材料，其使用原理是利用微乳聚合物可任意浓度分散于油田注入水，再随之顺利地进入地层深部，在地层中不断向前运移，在混合注入少量交联剂后同时吸水逐步膨胀后形成冻胶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：大量廉价稳定生产微乳聚合物的技术；微乳液水化和加交联剂成胶控制技术。通过本发明研制的微乳聚合物逐级深部调驱材料完全满足了上述两方面的要求。
发明内容
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，借鉴现有调驱技术的合理部分，根据基础的化学反应，微乳聚合基本原理，提出了一种适合高温高矿化度油藏深部调驱的微乳聚合物及其制备方法。
本发明采用光聚合反应制备微乳聚合物的方法，通过采用增加3-丙烯酰胺基-3-甲基丁酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等耐温抗盐材料和水溶性阴离子单体，加入含丙烯酰胺单体水溶液并添加分散剂，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并形成稳定的微乳液。微乳聚合物适合中高温油藏深部调剖、调驱，在50℃～150℃的中高温油藏深部，微乳聚合物能保持相对稳定，耐受矿化度范围2000～30×104mg/L，能长时间形成有效封堵，改善注水开发效果，提高采收率。本发明利用微乳聚合物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。
技术方案包括：
高温高矿化度油藏深部调驱的微乳聚合物是将耐温抗盐材料、水溶性阴离子单体、分散剂、表面活性剂、溶剂、去离子水和光引发剂，在可控温条件下通过光聚合反应方式形成微乳聚合物，各成分的质量百分比计分别是：耐温抗盐材料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％，光引发剂0.1～3.0％；所述的耐温抗盐材料为3-丙烯酰胺基-3-甲基丁酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或丙烯酰胺单体中的一种或两种的混合物；所述的水溶性单体为丙烯酸、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两种以上的混合物；所述的表面活性剂为司盘、土温、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或两种以上的混合物；所述的分散剂为N-乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或两种的混合物；所述的溶剂为溶剂油、脂肪烃或芳烃中的一种或两种以上的混合物；所述的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两种以上的混合物。
所述的司盘为司盘-60、司盘-65、司盘-80、司盘-85中的一种或两种以上的混合物；所述的吐温为吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80、吐温-65、吐温-85中的一种或两种种以上的混合物。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、汽油中的一种或两种以上的混合物；所述的芳烃为苯、甲苯、二甲苯中的一种或两种以上的混合物。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两种以上的混合物；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两种以上的混合物；所述的双偶氮引发剂是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。
高温高矿化度油藏深部调驱的微乳聚合物的制备方法之一是：
(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，再加入耐温抗盐材料充分搅拌至溶液澄清无固体不溶物，再用稀碱溶液将溶液调整至pH＝7后，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：将光引发剂用溶剂溶解后，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，通过紫外光照射进行光聚合反应。
高温高矿化度油藏深部调驱的微乳聚合物的制备方法之二是：
(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，再加入耐温抗盐材料充分搅拌至溶液澄清无固体不溶物，再用稀碱溶液将溶液调整至pH＝7后，搅拌1～2个小时备用；
(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：将光引发剂用溶剂溶解后，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，通过紫外光照射进行光聚合反应。
(4)通过紫外光照射后从光照反应器中流出的乳液中，加入预留的2～6％溶剂和3～8％的表面活性剂，充分搅拌后即可完成全过程，此微乳聚合物体系呈透明乳液状态，滴入水中能够直接快速分散。
两种制备方法中所述的惰性气体包括氦气、氩气、氮气，所述的稀碱溶液为浓度1％的氢氧化钠溶液。
本发明克服了传统常用加热反应制备聚合物材料的缺陷，发明了一种高效安全稳定适合高温高矿化度油藏深部调驱的微乳聚合物的制备方法，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，本发明利用微乳聚合物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。
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。
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25％的3-丙烯酰胺基-3-甲基丁酸钠充分搅拌至溶液澄清无固体不溶物，再用1％NaOH水溶液将溶液调整至pH＝7后，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)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，此微乳聚合物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33％的、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与丙烯酰胺单体混合物充分搅拌至溶液澄清无固体不溶物，再用1％NaOH水溶液将溶液调整至pH＝7后，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2％的光引发剂用溶剂溶解后，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2.25％的溶剂和占6％的表面活性剂后充分搅拌后即可完成全过程，此微乳聚合物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，再用1％NaOH水溶液将溶液调整至pH＝7后，搅拌1～2个小时；
(2)乳液体系配制：将20％的表面活性剂溶入27％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3％的溶剂和占5％的表面活性剂后充分搅拌后即可完成全过程，此微乳聚合物体系呈透明乳液状态，滴入水中可直接快速分散。
实施例4
(1)水溶液配制：将20％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23％的丙烯酰胺单体充分搅拌至溶液澄清无固体不溶物，再用1％NaOH水溶液将溶液调整至pH＝7后，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％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。
上述列举了几个产品与方法相结合的典型实施例，针对产品的技术方案采用现有的制备方法同样可以获得本发明的产品，但是现有方法制备的产品效果不如本发明的制备方法更好。
本发明列举了诸多的替代品，对于本专业技术人员来讲，按照本发明的提示，均能得以实施，不再做一一说明和列举。
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％。其特点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；由于封堵仅针对地层孔喉，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。
Claims (7)
1.一种高温高矿化度油藏深部调驱的微乳聚合物，其特征是将耐温抗盐材料、水溶性阴离子单体、分散剂、表面活性剂、溶剂、去离子水和光引发剂，在可控温条件下通过光聚合反应方式形成的微乳聚合物，各成分的质量百分比计分别是：耐温抗盐材料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％，光引发剂0.1～3.0％；所述的耐温抗盐材料为3-丙烯酰胺基-3-甲基丁酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或丙烯酰胺单体中的一种或两种的混合物；所述的水溶性单体为丙烯酸、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两种以上的混合物；所述的表面活性剂为司盘、土温、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或两种以上的混合物；所述的分散剂为N-乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或两种的混合物；所述的溶剂为溶剂油、脂肪烃或芳烃中的一种或两种以上的混合物；所述的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两种以上的混合物。
2.根据权利要求1所述的高温高矿化度油藏深部调驱的微乳聚合物，其特征是：所述的司盘为司盘-60、司盘-65、司盘-80、司盘-85中的一种或两种以上的混合物；所述的吐温为吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80、吐温-65、吐温-85中的一种或两种种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的高矿化度油藏深部调驱的微乳聚合物，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、汽油中的一种或两种以上的混合物；所述的芳烃为苯、甲苯、二甲苯中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的高温高矿化度油藏深部调驱的微乳聚合物，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两种以上的混合物；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两种以上的混合物；所述的双偶氮引发剂是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任一项所述的高温高矿化度油藏深部调驱的微乳聚合物的制备方法，其特征是：
(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，再加入耐温抗盐材料充分搅拌至溶液澄清无固体不溶物，再用稀碱溶液将溶液调整至pH＝7后，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：将光引发剂用溶剂溶解后，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，通过紫外光照射进行光聚合反应。
6.根据权利要求1～4任一项所述的高温高矿化度油藏深部调驱的微乳聚合物的制备方法，其特征是：
(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，再加入耐温抗盐材料充分搅拌至溶液澄清无固体不溶物，再用稀碱溶液将溶液调整至pH＝7后，搅拌1～2个小时；
(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：将光引发剂用溶剂溶解后，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，通过紫外光照射进行光聚合反应。
(4)通过紫外光照射后从光照反应器中流出的乳液中，加入预留的2～6％溶剂和3～8％的表面活性剂，充分搅拌后即可完成全过程，此微乳聚合物体系呈透明乳液状态，滴入水中能够直接快速分散。
7.根据权利要求5或6所述的高温高矿化度油藏深部调驱的微乳聚合物的制备方法，其特征是所述的惰性气体包括氦气、氩气、氮气，所述的稀碱溶液为浓度1％的氢氧化钠溶液。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20101020 |