專(zhuān)利名稱(chēng)：陽(yáng)離子高分子驅(qū)油劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油工業(yè)領(lǐng)域的驅(qū)油劑，具體涉及陽(yáng)離子高分子驅(qū)油劑NCP(newcationic polymer)及其制備方法。
(二)技術(shù)背景水溶性陽(yáng)離子高分子在造紙、石油、水處理及日用化工等領(lǐng)域有著廣泛的用途。特別是在石油工業(yè)中，從鉆井泥漿、采油用劑到油田污水處理等方面都有陽(yáng)離子高分子的重要應(yīng)用，但由于目前國(guó)內(nèi)該類(lèi)產(chǎn)品的價(jià)格較高，限制了它的廣泛使用。本發(fā)明.中NCP是一種具有廣泛應(yīng)用價(jià)值的新型陽(yáng)離子聚合物。
制備陽(yáng)離子高分子的方法主要有兩種一種是用陽(yáng)離子型聚合單體為原料通過(guò)均聚或共聚反應(yīng)制得；另一種是用陽(yáng)離子化試劑與高分子鏈上的活潑基團(tuán)如羥基、氨基等進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而得，后者簡(jiǎn)稱(chēng)為高分子反應(yīng)法。
在油田化學(xué)領(lǐng)域中，目前種種研究跡象和國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料表明，油田化學(xué)品的研究有著從過(guò)去的非離子型、陰離子型向具有陽(yáng)離子的復(fù)合離子型轉(zhuǎn)化過(guò)渡的趨勢(shì)，含有陽(yáng)離子或復(fù)合離子基團(tuán)的油田化學(xué)品是目前研究的重要方向之一，陽(yáng)離子高分子及兩性高分子在油田開(kāi)發(fā)中具有廣泛的應(yīng)用。作為化學(xué)驅(qū)油方法，聚合物驅(qū)和表面活性劑驅(qū)及二元、三元復(fù)合驅(qū)國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行了長(zhǎng)期而廣泛的研究，目前未見(jiàn)新的突破。
本發(fā)明的水溶性陽(yáng)離子高分子驅(qū)油劑，可以是在天然高分子如瓜爾膠、纖維素、黃原膠，或者合成聚合物如聚丙烯酰胺或聚乙烯醇的含活潑氫基團(tuán)上接入季銨鹽型的陽(yáng)離子而得到的化合物；或者是用陽(yáng)離子型聚合單體為原料通過(guò)均聚或共聚反應(yīng)制得的水溶性陽(yáng)離子高分子。接入的陽(yáng)離子季銨基團(tuán)結(jié)構(gòu)如下 本發(fā)明的水溶性陽(yáng)離子高分子可以增加水的粘度，與地層及原油有較強(qiáng)的相互作用，減弱原油對(duì)地層的吸附，提高驅(qū)替效果。
下面以纖維素為例說(shuō)明陽(yáng)離子高分子的制備機(jī)理。
纖維素的分子通式為[C6H7O3(OH)2]n，分子量在108-109，在羥基上引入季銨型陽(yáng)離子基團(tuán)(以環(huán)氧丙基三甲基氯化銨為例)可以使纖維素發(fā)生反應(yīng)得到水溶性陽(yáng)離子纖維素，本發(fā)明的水溶性陽(yáng)離子高分子的制備機(jī)理如下
環(huán)氧丙基三甲基氯化銨 纖維素 陽(yáng)離子聚合物NCP上述反應(yīng)機(jī)理式中纖維素可以用瓜爾膠、黃原膠、淀粉、木質(zhì)素、甲殼素替代，環(huán)氧丙基三甲基氯化銨可以用下列陽(yáng)離子替代
上述合成方法為高分子反應(yīng)法，該方法通常有兩種反應(yīng)途徑固相法和液相法。可以采用固相法也可采用液相法，并且通過(guò)這兩種方法都可獲得高陽(yáng)離子度的陽(yáng)離子聚合物。具體合成方法如下在反應(yīng)器中加入100重量份的纖維素，加入相當(dāng)于天然高分子或聚合物重量的3～7％活化劑Na2CO3和5‰-11‰的催化劑高氯酸，在室溫下攪拌20～40分鐘，再加入等當(dāng)量(3-氯-2-羥基)丙基三甲基氯化銨等陽(yáng)離子化試劑，在室溫下繼續(xù)攪拌3～4小時(shí)，在70℃～90℃下反應(yīng)2～4小時(shí)，即可得到陽(yáng)離子高分子聚合物驅(qū)油劑。反應(yīng)流程如

圖1所示。
影響陽(yáng)離子聚合物產(chǎn)品質(zhì)量的因素有反應(yīng)介質(zhì)、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、投料比和pH值等，由于實(shí)驗(yàn)前可以根據(jù)反應(yīng)機(jī)理確定反應(yīng)介質(zhì)和物料比，所以在室內(nèi)研究中主要考慮反應(yīng)溫度、催化劑加入量和反應(yīng)時(shí)間對(duì)陽(yáng)離子聚合物的反應(yīng)效率(RE)和取代度(DS)的影響，我們采用正交實(shí)驗(yàn)法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示表1正交實(shí)驗(yàn)測(cè)定最佳條件
由表1數(shù)據(jù)我們可以看出最佳的催化劑用量(0.08左右)、最佳反應(yīng)時(shí)間(3h)和最佳反應(yīng)溫度(70℃-90℃)。
陽(yáng)離子聚合物NCP用做驅(qū)油劑室內(nèi)天然巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。方法一在粒度小于0.5mm的油田產(chǎn)出砂上進(jìn)行不同濃度(1％、0.5％)的NCP的驅(qū)油實(shí)驗(yàn)；方法二在聚合物陰離子(1500ppm)驅(qū)油后再用陽(yáng)離子驅(qū)替的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)溫度為80℃，實(shí)驗(yàn)用水為實(shí)驗(yàn)室模擬油田地層水，80℃的粘度為0.47mPa·S。
表2不同注入pv數(shù)下的采收率(巖心中原始含油體積均為65cm3)
表3聚合物及不同濃度的陽(yáng)離子驅(qū)替后采收率的提高
從室內(nèi)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得到以下結(jié)論在實(shí)驗(yàn)條件下，水驅(qū)0.47pv后再注入1％的陽(yáng)離子段塞0.47pv，采收率能提高33.9％；水驅(qū)到含水98％后，再注入陽(yáng)離子聚合物，采收率仍有較大幅度提高。陽(yáng)離子驅(qū)替一段時(shí)間后，采收率明顯升高；
陰離子驅(qū)替后，再用陽(yáng)離子段塞驅(qū)替，還可較大幅度的提高原油的采收率。
陽(yáng)離子高分子驅(qū)油劑既可以單獨(dú)作為驅(qū)油劑使用，也可以配合聚合物驅(qū)油劑或表面活性劑使用。而且該陽(yáng)離子高分子有較高的耐溫性，良好的抗鹽性，并對(duì)不適合目前聚合物驅(qū)的油藏也有重要的意義
(2)巖心飽和水，水測(cè)滲透率，計(jì)算孔隙體積及孔隙度；(3)巖心飽和油；(4)以下步驟每個(gè)實(shí)驗(yàn)都不同實(shí)驗(yàn)1以1ml/min的速度進(jìn)行水驅(qū)(注入水量37.5ml)；以同樣的速度，注入1％的陽(yáng)離子高分子37.5ml；水驅(qū)至含水98％。
實(shí)驗(yàn)2以1ml/min的速度進(jìn)行水驅(qū)至含水98％；以同樣的速度，注入1％的陽(yáng)離子高分子37.5ml；水驅(qū)至含水98％。
實(shí)驗(yàn)3以1ml/min的速度進(jìn)行水驅(qū)至含水98％；以同樣的速度，注入0.5％的陽(yáng)離子高分子75ml；水驅(qū)至含水98％。
實(shí)驗(yàn)4以1ml/min的速度進(jìn)行水驅(qū)至含水98％；以同樣的速度，注入1500ppm的陰離子聚合物37.5ml；接著注入0.5％的陽(yáng)離子高分子75ml；水驅(qū)至含水98％。水驅(qū)至某一含水率，記錄不同時(shí)間的累積產(chǎn)油、產(chǎn)水量及壓力；以上實(shí)驗(yàn)的結(jié)果已經(jīng)給出如上面表2表3所示。
權(quán)利要求
1.陽(yáng)離子高分子驅(qū)油劑，其特征在于，在天然高分子瓜爾膠、纖維素、黃原膠或淀粉，或者聚合物如聚丙烯酰胺或聚乙烯醇的含活潑氫的基團(tuán)上接入季銨鹽型的陽(yáng)離子而得到的化合物；或者是用陽(yáng)離子型聚合單體為原料通過(guò)均聚或共聚反應(yīng)制得的水溶性陽(yáng)離子高分子。
2.如權(quán)利要求1所述的陽(yáng)離子高分子驅(qū)油劑，其特征在于，所接入的陽(yáng)離子季銨基團(tuán)結(jié)構(gòu)如下
3.權(quán)利要求1所述的陽(yáng)離子高分子驅(qū)油劑的制備方法，包括如下步驟在反應(yīng)器中加入100重量份的天然高分子如瓜爾膠、纖維素、黃原膠、淀粉或者木質(zhì)素，加入相當(dāng)于天然高分子或聚合物重量的3～7％潤(rùn)濕劑Na2CO3和5‰-11‰的催化劑高氯酸，在室溫下攪拌20～40分鐘，再加入等當(dāng)量環(huán)氧丙基三甲基氯化銨、氯乙基三甲基氯化銨、3-氯-2-羥基丙基三甲基氯化銨、二烯丙基二甲基氯化銨等陽(yáng)離子化試劑，在室溫下繼續(xù)攪拌3～4小時(shí)，在70℃～90℃下反應(yīng)2～4小時(shí)，得到陽(yáng)離子高分子聚合物驅(qū)油劑。
全文摘要
陽(yáng)離子高分子驅(qū)油劑及其制備方法，屬于水溶性陽(yáng)離子高分子化合物的制備及其在油田驅(qū)油中的應(yīng)用。在天然高分子瓜爾膠、纖維素、黃原膠或淀粉、或者聚合物的含活潑氫的基團(tuán)上接入季銨鹽型的陽(yáng)離子而得到的化合物；或者是用陽(yáng)離子型聚合單體為原料通過(guò)均聚或共聚反應(yīng)制得的水溶性陽(yáng)離子高分子。它可以從增加水驅(qū)的粘度，減弱原油與地層的吸附，起到一定的剝離作用等角度獲得更好的驅(qū)替效果。它既可以單獨(dú)作為驅(qū)油劑使用，也可以配合聚合物驅(qū)油劑或表面活性劑使用。而且該陽(yáng)離子高分子有較高的耐溫性，良好的抗鹽性，并對(duì)不適合目前聚合物驅(qū)的油藏也有重要的意義。
文檔編號(hào)C08B37/00GK1425738SQ02151528
公開(kāi)日2003年6月25日 申請(qǐng)日期2002年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者朱維群, 郭保雨, 蘇長(zhǎng)明, 付繼彤, 蔣莉, 嚴(yán)波, 張蕊, 戴瑞斌 申請(qǐng)人:山東大學(xué)