CN108130065B - 一种用于提高高温驱油聚合物长期稳定性的纳米复合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于提高高温驱油聚合物长期稳定性的纳米复合物，属于油田化学技术领域。将2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸加入锂皂石纳米分散体系中，提升纳米分散体系的分散稳定性能，再将聚乙烯亚胺、丙烯酰胺等组分加入体系中，以过硫酸钾作为引发剂，合成无机‑有机纳米复合物。这种复合物在水中具有良好的溶解及分散性能，其分子结构中带有多种官能团，与丙烯酰胺类驱油聚合物分子具有很好的相互作用，适宜作为驱油聚合物长期高温老化下，提高稳定性的助剂。

Description

一种用于提高高温驱油聚合物长期稳定性的纳米复合物
技术领域
本发明涉及一种用于提高高温驱油聚合物长期稳定性的纳米复合物，属于油田化学技术领域。
背景技术
石油是现代社会不可或缺的不可再生资源之一，它的开采和利用对国民经济的发展具有重要的作用。随着石油开采的不断进行，目前，我国已开发的油田大多数进入高含水期，只有通过三次采油技术才能够稳定产量，提高原油采收率。化学驱是我国主要的三次采油技术之一，在化学驱的实施过程中，水溶性聚合物是关键化学剂之一，通过聚合物的增粘性扩大驱替液的波及体积，可以实现大幅度提高原油采收率的目的。然而，常用的驱油聚合物，如丙烯酰胺类聚合物，仅仅适用于低温油藏，在高温高盐极端油藏条件下，它们的增粘性能显著下降，此外，在高温下聚合物分子中的酰胺基逐渐水解变成羧基，它们的溶解性和分子主链稳定性变差，聚合物的增粘能力显著下降。因此，改善聚合物在高温下的长期稳定性，扩大其应用领域，迫在眉睫。
为了提高驱油聚合物的耐温抗盐性能，人们往往在丙烯酰胺类聚合物的分子结构上引入其他功能单元，比如磺酸基、吡咯烷酮基、己内酰胺基、苯基等，以提高聚合物分子链的刚性及抗水解性能；还有长链烷基、长碳氟链段、聚氧乙烯链段、内盐结构等，以提升聚合物分子链之间的相互作用。
中国专利文件CN 102181010A公开了一种耐温抗盐聚合物的制备方法，制备方法如下：将阴离子单体、丙烯基磺酸钠、阳离子单体、丙烯酸酯、α-烯烃和丙烯酰胺溶解在去离子水中，再加入表面活性剂，调节溶液pH为9～10，30～60℃条件下通氮气30分钟，加入过硫酸盐引发剂，于温度30～60℃条件下，反应12h，用丙酮沉淀、洗涤，真空干燥，获得白色粉状的聚合物，所得聚合物可用于聚合物驱提高采收率上。
中国专利文件CN 103320111A公开了一种四元聚合物驱油剂的合成方法，该驱油剂是由丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、乙二胺和马来酸酐制备的功能单体(YEML)构成的四元聚合物。其合成方法为先在烧瓶中加入制得的YEML单体，再加入AM、NVP、AA和NaOH，通氮气30min，然后加入引发剂，继续通氮气10～20min，在温度30～60℃下反应4～12h。最后用无水乙醇洗涤、粉碎、烘干制得AM/AA/NVP/YEML四元聚合物，制备的聚合物能用于提高原油采收率。
上述专利均通过引入功能单元而实现聚合物耐温抗盐性能的提升，在此过程中，往往存在以下不足：功能单体制备过程繁琐，存在提纯等后续操作，增加了产品成本；与丙烯酰胺类单体相比，功能单体聚合活性差，聚合物分子量不高，使用过程中，需要的聚合物浓度高；疏水型功能单体、内盐型功能单体的引入，降低了聚合物的溶解性能，使用过程中，聚合物的溶解时间增长，不溶物比例增加，影响产品的使用和推广。
锂皂石是一类由无机盐合成的层状锂蒙脱石类粘土，在水溶液中，锂皂石颗粒呈单分散性良好的圆盘状，颗粒厚度约为1nm，直径约为30nm，化学式为[(Si8(Mg5.34Li0.66)O20(OH)4]Na0.66，锂皂石颗粒带负电。在水溶液中，锂皂石具有很大的比表面积，表面含有大量氧原子和羟基，因此，锂皂石与丙烯酰胺类聚合物分子中的酰胺基、羧基、磺酸基等基团具有很好的相互作用。
然而，锂皂石纳米体系的分散性能对于外界条件的变化非常敏感，当溶液中有少量盐或者聚合物时，锂皂石纳米颗粒将聚结而沉降；研究表明，锂皂石颗粒吸附2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸后，其分散性显著提高，在高分子和离子型单体溶液中均可以保持纳米分散状态，进而可以制备带有纳米锂皂石组分的无机-有机复合物。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于提高高温驱油聚合物长期稳定性的纳米复合物。
术语说明
锂皂石：又名硅酸镁锂，英文名为Laponite，是一种人工合成的三八面体层状胶体材料，在水体系中具极强的成胶性能，具有优异的触变性、分散性、悬浮性和增稠性，市购产品。
发明概述
本发明选用2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸修饰锂皂石纳米颗粒，制备在高分子和盐溶液中均可以稳定存在的纳米分散体系，随后利用聚乙烯亚胺的阳离子特征，进一步修饰锂皂石颗粒，在此基础上，通过2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺等水溶性单体之间的共聚，制备无机-有机纳米复合物。经过测试，该产品在溶液中具有良好溶解及分散性能，加入丙烯酰胺类驱油聚合物溶液中，可以显著提高它们的增粘及高温长期稳定性能。
发明详述
本发明的技术方案如下：
一种用于提高高温驱油聚合物长期稳定性的纳米复合物：
(1)聚乙烯亚胺-锂皂石纳米分散体系的配制
将锂皂石分散于2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶液中，搅拌24～48h，制备锂皂石纳米分散体系，随后将浓度为100～600g/L的聚乙烯亚胺溶液滴加到锂皂石纳米分散体系中，边滴加边搅拌，并控制pH为1～6，滴加完毕搅拌30min，即得；聚乙烯亚胺的分子量为300～20000，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶液的浓度为10～150g/L，锂皂石和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量比为1:(2～8)，锂皂石和聚乙烯亚胺的质量比为1:(0.1～5)；
(2)无机-有机纳米复合物的制备
将聚乙烯亚胺-锂皂石纳米分散体系和非离子水溶性单体加入到装有搅拌器、通氮管和温度计的三颈玻璃瓶中，搅拌并通入氮气30min，pH控制在2～6，然后加入过硫酸钾，将温度升高至60～90℃，反应1～10h，反应完毕，加入NaOH溶液将体系pH调至8～9，恒温老化0.5～1.5h，将产物干燥、粉碎，即得；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和非离子水溶性单体的质量比为1:(0.1～5)，过硫酸钾和水溶性单体的质量比为1:(100～1000)。
根据本发明，优选的，步骤(1)中聚乙烯亚胺的分子量为1000～5000；
优选的，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶液的浓度为25～100g/L，聚乙烯亚胺浓度为100～300g/L，锂皂石和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量比为1:(2～4)，锂皂石和聚乙烯亚胺的质量比为1:(0.2～2)；
优选的，聚乙烯亚胺溶液滴加到锂皂石纳米分散体系中，pH为1～4。
根据本发明，优选的，步骤(2)中所述的非离子水溶性单体为丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯中的一种或者两种以上混合物；
优选的，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和非离子水溶性单体的质量比为1:(0.5～1.5)，过硫酸钾和水溶性单体的质量比为1:(100～500)；
优选的，聚合过程中，pH为3～5，温度为70～85℃，反应时间为2～6h。
本发明的优良效果如下：
1.本发明原料易得，过程简单安全，生产成本低。
2.复合物中带有大量的羟基、氨基、酰胺基等官能团，因此可以和丙烯酰胺类聚合物产生良好的相互作用，进而改善聚合物在高温下的长期稳定性能。
3.复合物中带有刚性的无机组分，以及刚性的支化结构型聚乙烯亚胺组分，因此，在油藏条件下，纳米分散体本身具有良好的耐温抗盐性能。
4.本发明产品溶解及分散性能优良，粉剂产品可以同时和丙烯酰胺类聚合物粉末同时溶解，或者加入丙烯酰胺类聚合物溶液中溶解，使用方便。
5.本发明产品后处理简单，容易实现连续生产。
6.本发明制备的产品储存方便，符合环保方面的要求。
附图说明
图1是实施例1聚合物驱替实验结果。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明保护范围不仅限于此。
实施例1：
一种用于提高高温驱油聚合物长期稳定性的纳米复合物，其通过如下步骤获得：
(1)聚乙烯亚胺-锂皂石纳米分散体系的配制
将6g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶解于100mL水中，然后加入2g锂皂石，搅拌36h，制备锂皂石纳米分散体系；将2g聚乙烯亚胺(分子量为1800)溶解于3mL水中，配制聚乙烯亚胺溶液；将聚乙烯亚胺溶液滴加到锂皂石纳米分散体系中，边滴加边搅拌，控制pH为2，滴加完毕搅拌30min，得到聚乙烯亚胺-锂皂石纳米分散体系；
(2)无机-有机纳米复合物的制备
将上述制备的聚乙烯亚胺-锂皂石纳米分散体系和5g丙烯酰胺加入到装有搅拌器、通氮管和温度计的三颈玻璃瓶中，搅拌并通入氮气30min，pH控制在4.5，然后加入20mg过硫酸钾，将温度升高至75℃，反应4h，加入NaOH溶液将体系pH调节至9，恒温老化1h，将产物干燥、粉碎，即得纳米复合物。
实施例2：
如实施例1所述，所不同的是2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸加量为8g。
实施例3：
如实施例1所述，所不同的是锂皂石加量为3g。
实施例4：
如实施例1所述，所不同的是聚乙烯亚胺加量为3g。
实施例5：
如实施例1所述，所不同的是聚乙烯亚胺加量为1g。
实施例6：
如实施例1所述，所不同的是聚乙烯亚胺的分子量为4800。
实施例7：
如实施例1所述，所不同的是丙烯酰胺加量为8g。
实施例8：
如实施例1所述，所不同的是非离子水溶性单体为5g乙烯基吡咯烷酮。
实施例9：
如实施例1所述，所不同的是非离子水溶性单体为1.5g乙烯基吡咯烷酮和3.5g丙烯酰胺。
实施例10：
如实施例1所述，所不同的是非离子水溶性单体为1.5g乙烯基吡咯烷酮和3.5g N,N-二甲基丙烯酰胺。
实施例11：
如实施例1所述，所不同的是过硫酸钾加量为40mg。
实施例12：
如实施例1所述，所不同的是聚合反应pH为3.5。
性能评价
为了考察实施例1～12产品提升驱油聚合物长期稳定性的能力，进行如下测试，测试在模拟矿化水中进行，其离子浓度和总矿化度如表1所示，实验结果如表2所示。
聚合物溶液表观粘度测试：
用矿化水配制浓度为0.2％的驱油聚合物溶液(天津博弘石油化工有限公司，BHKY-3)，作为对比例，在对比例中分别加入浓度为0.01％实施例1～12，作为实施例溶液。在90℃下将各样品溶液老化90天，用Brookfield DV3T型粘度计测试老化前后聚合物溶液的粘度，测试转速为6r/min。
由结果可以看出，实施例显著提升了驱油聚合物的增粘性能，老化前粘度由20.4mPas增加至26.8～39.2mPas；高温老化后的粘度保留率也由32.4％增加至49.2％～60.4％。
表1矿化水组成
离子组成 Na+ Ca2+ Mg2+ Cl- 总矿物度
含量(mg/L) 9250 375 125 10250 20000
表2性能评价结果
样品编号 初始粘度(mPas) 老化后粘度(mPas) 粘度保留率
实施例1 32.6 17.2 52.8％
实施例2 36.1 18.2 50.4％
实施例3 38.5 20.8 54.0％
实施例4 39.2 19.3 49.2％
实施例5 30.3 16.4 54.1％
实施例6 30.9 16.2 52.4％
实施例7 35.5 17.5 49.3％
实施例8 26.8 16.2 60.4％
实施例9 30.7 17.7 57.6％
实施例10 29.8 17.5 58.7％
实施例11 28.1 15.0 53.4％
实施例12 31.8 16.9 53.1％
对比例1 20.4 6.6 32.4％
采用实施例1制备的聚合物，老化90天后，进行提高采收率室内实验，将制得的聚合物用矿化水配制成0.2％的聚合物溶液，将该溶液注入一维填砂模型中(填砂管截面积4.91cm2，长度30cm)原始含油饱和度为75％，水驱至含水率98％，(所用原油在90℃，剪切速率7.34s-1条件下粘度为61.5mPas)注入速度为1mL/min，注入0.35PV的聚合物水溶液后，继续用水驱至含水率达到98％，测得采收率提高了15.6％。

Claims (6)

1.一种用于提高高温驱油聚合物长期稳定性的纳米复合物，其通过如下步骤获得：
(1)聚乙烯亚胺-锂皂石纳米分散体系的配制
将锂皂石分散于2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶液中，搅拌24～48h，制备锂皂石纳米分散体系，随后将浓度为100～600g/L的聚乙烯亚胺溶液滴加到锂皂石纳米分散体系中，边滴加边搅拌，并控制pH为1～6，滴加完毕搅拌30min，即得；聚乙烯亚胺的分子量为300～20000，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶液的浓度为10～150g/L，锂皂石和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量比为1:(2～8)，锂皂石和聚乙烯亚胺的质量比为1:(0.1～5)；
(2)无机-有机纳米复合物的制备
将聚乙烯亚胺-锂皂石纳米分散体系和非离子水溶性单体加入到装有搅拌器、通氮管和温度计的三颈玻璃瓶中，搅拌并通入氮气30min，pH控制在2～6，然后加入过硫酸钾，将温度升高至60～90℃，反应1～10h，反应完毕，加入NaOH溶液将体系pH调至8～9，恒温老化0.5～1.5h，将产物干燥、粉碎，即得；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和非离子水溶性单体的质量比为1:(0.1～5)，过硫酸钾和水溶性单体的质量比为1:(100～1000)；
所述的非离子水溶性单体为丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯中的一种或者两种以上混合物。
2.根据权利要求1所述的用于提高高温驱油聚合物长期稳定性的纳米复合物，其特征在于，步骤(1)中聚乙烯亚胺的分子量为1000～5000。
3.根据权利要求1所述的用于提高高温驱油聚合物长期稳定性的纳米复合物，其特征在于，步骤(1)中2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶液的浓度为25～100g/L，聚乙烯亚胺浓度为100～300g/L，锂皂石和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量比为1:(2～4)，锂皂石和聚乙烯亚胺的质量比为1:(0.2～2)。
4.根据权利要求1所述的用于提高高温驱油聚合物长期稳定性的纳米复合物，其特征在于，步骤(1)中聚乙烯亚胺溶液滴加到锂皂石纳米分散体系中，pH为1～4。
5.根据权利要求1所述的用于提高高温驱油聚合物长期稳定性的纳米复合物，其特征在于，步骤(2)中2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和非离子水溶性单体的质量比为1:(0.5～1.5)，过硫酸钾和水溶性单体的质量比为1:(100～500)。
6.根据权利要求1所述的用于提高高温驱油聚合物长期稳定性的纳米复合物，其特征在于，步骤(2)聚合过程中，pH为3～5，温度为70～85℃，反应时间为2～6h。
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