CN1743405A - 疏水型水膨体调驱剂 - Google Patents
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Abstract
一种注水井用的调驱剂，可以提高水驱效果。特征是原料组成质量比是：①去离子水为40～70％；②丙烯酰胺为20～50％；③钙基膨润土为4～15％；④丙烯酸烷基酯为5～10％；⑤过硫酸钠为0.1～0.5％；⑥N，N－亚甲基双丙烯酰胺为0.1～0.5％。制备方法是：①原料混拌：混拌时间不少于30分钟，混拌温度底于35℃；②聚合：在反应釜中，加温到70～80℃，抽真空20分钟，通氮气1小时；物料聚合后在70～80℃下保温12到18小时；③将水膨体挤出反应釜并粉碎；④筛分包装。效果：降低了水膨体的亲水性；避免堵塞调剖泵的凡尔；不容易发生现有水膨体沉降问题。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种油田化学处理剂，特别涉及一种注水井用的调驱剂。
背景技术
目前国内陆地上的大多数油田进入注水开发阶段。即从一口或多口井向地层注水，从另一口或多口井采油，用水驱赶油向采油井流动，这种过程叫驱油。人们设想注入的水能均匀地向四周流动，进可能多地将地层中的油驱赶到采油井。而实际上由于各种原因，注入水在地层中经常沿某一方向流动，而其它方向波及不到，导致水驱效果不好。如果向注水井中注入某种物质，这种物质能够改变地层中注入水原来的水流方向，那么就可以提高水驱效果。这种做法叫调剖，相应的注入的物质叫调剖剂。同时具有调剖和驱油作用的物质叫调驱剂。
水膨体是目前常用的调驱剂。现有水膨体在注入到井底之前为干燥、硬而脆的不规则颗粒，颗粒大小在2mm到5mm之间。放入水中后能吸水膨胀。在使用中存在以下问题：
(1)由于现有水膨体是硬而脆的颗粒，容易堵塞调剖作业用的调剖泵的凡尔，导致施工中经常停工修泵。
(2)现有水膨体吸水膨胀时间太短。在45℃蒸馏水中24小时之内就能达到最大吸水膨胀倍数。而调剖作业希望最好在48小时或更长时间以后达到最大吸水膨胀倍数。
(3)现有水膨体吸水膨胀后强度小。吸水膨胀后抗剪切强度大多小于1.0KPa。
本文涉及的水膨体性能参数“最大吸水膨胀倍数”、“水膨体强度”、“吸水膨胀时间”这三个参数的含义是同行业公知的，虽然目前没有一个国家标准或行业标准对这四个参数进行准确严格的定义，但不同厂家的标准对这四个参数的定义和测量方法基本相同。
发明内容
本发明的目的在于提供一种疏水型水膨体调驱剂及其制备方法，解决现有水膨体在使用中存在的以下问题：
(1)由于现有水膨体是硬而脆的颗粒，容易堵塞调剖作业用的调剖泵的凡尔，导致施工中经常停工修泵。
(2)现有水膨体吸水膨胀时间太短。在45℃蒸馏水中吸水膨胀时间小于24小时。
(3)现有水膨体吸水膨胀后抗剪切强度低，由1.0KPa提高到10.0KPa。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的疏水型水膨体和现有水膨体相比，不同之处是原料不同，制备方法不同，也就是申请专利保护之处。
(1)原料
疏水型水膨体加工原料中比现有水膨体多了疏水型单体。采用的疏水型单体为丙烯酸烷基酯。具体原料组成包括蒸馏水在内的所有原料总质量为100％，原料组成质量配方如下：
①去离子水40～70％；常温常压下为液态，其作用是溶解其它原料，提供聚合所用溶剂。
②丙烯酰胺20～50％；常温常压下为固体粉沫；聚合的主要单体；加量太少难以聚合；加量太多容易暴聚。此组分不可用其它类似原料替代。
③钙基膨润土4～15％；常温常压下为土黄色固体粉沫；适当加入能降低产品成本并提高产品吸水后凝胶强度，加量太多后增加产品密度。本发明采用钙基膨润土为产自山东安丘的钙基膨润土，为颗粒直径在100微米以下的细粉，主要成分为蒙脱石。此组分可用其它产地的钙基膨润土替代，但各地的钙基膨润土对产品性能的影响程度目前不完全清楚。
④丙烯酸烷基酯5～10％；常温常压下为无色液体；调节产品吸水膨胀时间的聚合单体；加量太少作用不明显；加量太多成本上升。此组分可用其丙烯酸十四烷基酯、丙烯酸十六烷基酯、丙烯酸十八烷基酯等类似物质替代；烷基链越长聚合越困难。烷基链越短对产品性能的调节作用越小。最佳选择为丙烯酸十二烷基酯。
⑤过硫酸钠0.1～0.5％；常温常压下为白色固体粉沫；聚合反应的引发剂，加量太少难以聚合；加量太多容易暴聚。可以用过硫酸钾取代。取代后对产品性能影响不明显。
⑥N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.1～0.5％；常温常压下为白色固体粉沫；产品的交联剂；加量太少难形成交联体；加量太多产品变脆强度降低。
以上原料中去离子水用高纯水装置制备(此类设备市场上很容易购得)，其余都可以在市场上购买到。各原料的具体分子式等详细情况可见化工词典等常见工具书。
现有的水膨体除了没有丙烯酸基酯以外，其余组分和疏水型水膨体基本相同。个别厂家可能在个别原料上有所差别，如用过硫酸钾取代过硫酸钠等。但这些改变对产品性能影响不明显。
(2)制备方法
疏水型水膨体比现有水膨体强度高、颗粒之间不容易粘连，因此可以省去加工过程中的干燥环节。现有水膨体由于强度低、亲水性强、颗粒在未干燥前容易粘连，不便于省去加工过程中的干燥环节。除了干燥环节外，疏水型水膨体其余加工过程和现有水膨体相同。现有水膨体的加工过程依次为：混拌、聚合、粉碎、干燥、筛分包装。
疏水型水膨体加工过程依次为：
①原料混拌，在常见敞口混拌罐中将所有原料混拌到一起；在加入所有原料后，混拌时间不应少于30分钟以确保混拌均匀。混拌时温度应当底于35℃，以防止混拌时突然聚合。
②聚合，在聚合反应釜中进行，聚合反应釜为市场上常见的不锈钢聚合反应釜。将混拌好的原料混合物泵送到聚合反应釜中后，加温到70～80℃，同时抽真空20分钟，然后通氮气1小时；物料开始聚合，聚合后在70～80℃下保温12到18小时。
③粉碎，用空气压缩机从反应釜顶部注入压缩空气，将聚合好的大块水膨体挤出反应釜，然后用橡胶粉碎机粉碎到需要的颗粒大小；
④筛分包装，按照用户需要将粉碎的颗粒筛分包装，即成成品。
加工所用的所有设备都可在市场上购得。此加工过程省去了现有水膨体中的干燥环节可保证产品含水在40％～70％之间(现有水膨体的含水在20％以下)，这样不仅能够省去干燥的费用而且使用性能更好。此制备方法申请保护。
现有的水膨体是钙基膨润土和聚丙烯酰胺交联体的组合物。本发明的疏水型水膨体是钙基膨润土和丙烯酰胺与丙烯酸十二烷基酯共聚物交联体的组合物，产品准确的分子结构式目前还难以确定。
本发明的效果：疏水型水膨体与现有水膨体相比，具有以下特征：
(1)加入疏水基团，通过和亲水单体共聚，形成疏水型水膨体。降低了水膨体的亲水性。延长了吸水膨胀时间。在45℃蒸馏水中达到最大吸水膨胀倍数的时间大于48小时。同时可以提高水膨体凝胶强度。
(2)研制的疏水型水膨体产品是一种柔软、具有高弹性、类似橡胶的，0.5mm到8mm之间的不规则颗粒。由于其柔软，可以完全避免堵塞调剖泵的凡尔。
(3)疏水型水膨体含水在40％到70％之间，其真实密度在1.1g/cm3到1.3g/cm3之间，不容易发生现有水膨体在使用时发生的沉降问题。
具体实施方式
实施例1
原料：去离子水500Kg，丙烯酰胺300Kg，钙基膨润土50Kg，丙烯酸十二烷基酯50Kg，过硫酸钠1Kg，N，N-亚甲基双丙烯酰胺1Kg。
严格按照制备方法进行。①在敞口混拌罐中将上述所有原料混拌到一起；混拌时间40分钟，混拌温度30℃；②将混拌好的原料混合物泵送到聚合反应釜中，加温到75℃，同时抽真空20分钟，然后通氮气1小时；物料聚合后在75℃下保温15小时；③用空气压缩机从反应釜顶部注入压缩空气，将聚合好的大块水膨体挤出反应釜，然后用橡胶粉碎机粉碎到需要的颗粒大小；④按照用户需要将粉碎的颗粒筛分包装。
经检测得到疏水型水膨体的吸水膨胀的时间大于48小时、密度较现有水膨体小、高弹性的疏水型水膨体颗粒。
实施例2
原料：去离子水600Kg，丙烯酰胺400Kg，产自山东安丘的钙基膨润土50Kg，丙烯酸十四烷基酯100Kg，过硫酸钠1Kg，N，N-亚甲基双丙烯酰胺1Kg。
严格按照制备方法进行，①在常见敞口混拌罐中将上述所有原料按比例混拌到一起；混拌时间40分钟，混拌温度应当底于32℃；②将混拌好的原料混合物泵送到聚合反应釜中，加温到78℃，同时抽真空20分钟，然后通氮气1小时；物料聚合后在78℃下保温14小时；③用空气压缩机从反应釜顶部注入压缩空气，将聚合好的大块水膨体挤出反应釜，然后用橡胶粉碎机粉碎到需要的颗粒大小；④按照用户需要将粉碎的颗粒筛分包装。
经检测得到的疏水型水膨体吸水膨胀的时间大于96小时、密度较现有水膨体小、高弹性的疏水型水膨体颗粒。
本发明的疏水型水膨体，经过在本油田8口井的现场试验证实：
(1)疏水型水膨体在使用时没有发生现有水膨体堵塞调剖泵凡尔，导致施工中停工修泵的问题。
(2)疏水型水膨体在使用时没有发生现有水膨体使用时出现的沉降问题。
(3)疏水型水膨体的吸水膨胀时间明显比现有水膨体长，完全可以达到48小时。
由于疏水型水膨体比现有水膨体吸水时间长、凝胶强度高，在大港油田作业一区、二区和三区进行现场试验后，取得了良好驱油效果。
Claims (8)
1、一种疏水型水膨体调驱剂，其特征在于：包括蒸馏水在内的所有原料总质量为100％，原料组成质量比是：①去离子水为40～70％；②丙烯酰胺为20～50％；③钙基膨润土为4～15％；④丙烯酸烷基酯为5～10％；⑤过硫酸钠为0.1～0.5％；⑥N，N-亚甲基双丙烯酰胺为0.1～0.5％。
2、如权利要求1所述的疏水型水膨体调驱剂，其特征在于：钙基膨润土为产自山东安丘的钙基膨润土。
3、如权利要求1所述的疏水型水膨体调驱剂，其特征在于：以过硫酸钾取代过硫酸钠。
4、如权利要求1或2或3所述的疏水型水膨体调驱剂，其特征在于：丙烯酸基酯是丙烯酸十二烷基酯。
5、如权利要求1或2或3所述的疏水型水膨体调驱剂，其特征在于：丙烯酸基酯是丙烯酸十四烷基酯。
6、如权利要求1或2或3所述的疏水型水膨体调驱剂，其特征在于：丙烯酸基酯是丙烯酸十六烷基酯。
7、如权利要求1或2或3所述的疏水型水膨体调驱剂，其特征在于：丙烯酸基酯是丙烯酸十八烷基酯。
8、一种疏水型水膨体调驱剂的制备方法，其特征在于：
①原料混拌：在常见敞口混拌罐中将上述所有原料按比例混拌到一起；混拌时间不应少于30分钟，混拌温度应当底于35℃；
②聚合：将混拌好的原料混合物泵送到聚合反应釜中后，加温到70～80℃，同时抽真空20分钟，然后通氮气1小时；物料聚合后在70～80℃下保温12到18小时；
③粉碎：用空气压缩机从反应釜顶部注入压缩空气，将聚合好的大块水膨体挤出反应釜，然后用橡胶粉碎机粉碎到需要的颗粒大小；
④筛分包装：按照用户需要将粉碎的颗粒筛分包装，即成成品。
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