一種部分支化部分交聯(lián)聚合物驅(qū)油劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高分子材料驅(qū)油劑的技術(shù)領(lǐng)域，具體關(guān)系到一種部分支化部分交聯(lián)聚 合物驅(qū)油劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)油田開發(fā)階段的不同，石油開采一般分為三個階段：利用油層能量開采石油 的一次采油，這一階段的采油效率一般只有15%左右；通過向油層注入水、氣，補充油層能 量從而達到開采目的的為二次采油，采油率在30~40% ;通過物理、化學、生物等新技術(shù)開 采原油的階段為三次采油。為了高效的將地層中殘余油開采出來，亟需開發(fā)適宜于我國特 殊地質(zhì)條件的三次采油方法。發(fā)展較為成熟的三次采油技術(shù)主要有四大類：化學驅(qū)、熱力 驅(qū)、微生物驅(qū)及混合相驅(qū)?；趯τ筒氐刭|(zhì)特征和殘余油的認識，化學驅(qū)成為我國多數(shù)油田 提高石油采收率的重要手段。而化學驅(qū)的核心是驅(qū)油劑的設計合成及驅(qū)油體系的設計。聚 合物驅(qū)是化學驅(qū)最為重要的技術(shù)，即通過在注入水中加入聚合物，增大驅(qū)替相粘度，調(diào)整油 水流度比，擴大驅(qū)替相波及體積，增強洗油效率，從而最大可能地提高驅(qū)油效率。聚合物驅(qū) 操作簡單，成本較低，可以與調(diào)剖堵水劑結(jié)合使用，兼具一定的滲透率調(diào)節(jié)作用。
[0003] 作為人工合成的水溶性高分子，以聚丙烯酰胺及其衍生物為主的合成類聚合物是 目前化學驅(qū)中應用最廣泛，取得效果最突出的聚合物驅(qū)油劑。按照聚丙烯酰胺的結(jié)構(gòu)劃分， 又可以分為線性聚丙烯酰胺和交聯(lián)型聚丙烯酰胺。
[0004] 線性部分水解聚丙烯酰胺（HPAM) -般由聚丙烯酰胺在堿性條件下水解或者與丙 烯酸鹽共聚合得到。但油藏的高溫高鹽環(huán)境及驅(qū)替過程的高剪切作用往往使線性聚丙烯酰 胺迅速降解，同時高價鹽離子與水解產(chǎn)生羧基的絡合作用進一步使得分子鏈收縮，同離子 電荷排斥作用降低，粘度驟降，甚至沉析為小體積的樹脂凝膠。系統(tǒng)的耐老化性能的研究發(fā) 現(xiàn)，PH值、光照、礦化度、高溫和強的機械剪切對線性聚丙烯酰胺粘度影響都很大，而線性聚 丙烯酰胺溶液較差的耐溫抗鹽性能是其應用于高溫油藏和聚合物驅(qū)后油藏的技術(shù)瓶頸，嚴 重的影響了其實際使用效果。
[0005] 交聯(lián)型聚丙烯酰胺大多利用高價金屬、酚醛等為交聯(lián)劑與線型PAM在地下原位交 聯(lián)形成。我國的油田大多屬于陸相沉積油田，非均質(zhì)性嚴重，經(jīng)過一次和二次采油后，油層 中含水量高，注入的驅(qū)替液極易從高滲層竄入生產(chǎn)井，降低驅(qū)油效率。交聯(lián)型聚丙烯酰胺能 夠有效地封堵高滲透層及大孔道，調(diào)整注入水剖面，使油藏的孔隙介質(zhì)流動阻力均一化，擴 大驅(qū)替液的波及體積，提高石油的采收率。但作為驅(qū)油劑使用時，要求聚合物樹脂能夠形成 懸浮液，且后者擁有較好的運移能力，可以在孔隙中變形通過；同時具有優(yōu)異的粘彈性能， 能夠有效地增加驅(qū)替相的粘度，改善其流度比，而這正是交聯(lián)型聚丙烯酰胺所欠缺的。
[0006] 目前，DMDAAC多以陽離子聚合單體的形式與丙烯酰胺進行聚合，得到陽離子型或 者兩性的線性高分子量的聚丙烯酰胺。中國專利CN101186672A公開了一種DMDAAC與AM在 水溶液中聚合得到較高相對分子質(zhì)量、陽離子型系列的水溶性線性聚合物，其中DMDAAC與 AM的使用比例為1:19~1:0. 01。中國專利CN102964519A公開了一種超高分子量兩性聚 丙烯酰胺的制備方法，其過程主要是將陽離子單體DMDAAC與陰離子單體順丁烯二酸（MA) 與AM進行三元聚合，得到相對分子量超高的線性兩性聚合物，其中DMDAAC與AM的比例為 1:1~1:10。其特點均是DMDAAC通過環(huán)聚生成五元環(huán)與AM聚合生成線性聚合物。雖然 DMDAAC特殊的雙烯丙基官能團結(jié)構(gòu)使得它在聚合過程可作交聯(lián)劑使用，但是由DMDAAC作 交聯(lián)劑和支化劑，聚合而成的兼具支化和交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚丙烯酰胺尚未見報道，DMDAAC與AM 的比例在1:20~1:500的配比范圍，以及采用絕熱聚合制備DMDAAC與AM的共聚物也未見 報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)制備聚合物驅(qū)油劑的不足，本發(fā)明的首要目的是提供一種結(jié)構(gòu)全新 的部分支化部分交聯(lián)的聚合物驅(qū)油劑，以提高驅(qū)油劑的耐溫抗鹽性能和抗老化性能；本發(fā) 明的第二個目的是提供部分支化部分交聯(lián)聚合物驅(qū)油劑的制備方法。
[0008] 針對本發(fā)明的首要目的，本發(fā)明提供的部分支化部分交聯(lián)聚合物驅(qū)油劑，以二甲 基二烯丙基氯化銨（DMDAAC)提供交聯(lián)與支化的位點，與氧化還原體系引發(fā)劑復配制取聚 合物驅(qū)油劑，其原料組成成分以重量份計主要包括：
[0009] 丙烯酰胺 100份 過硫酸鉀 0.01~0.05份 亞硫酸氫鈉 0.002~0.06汾 二甲基二烯丙基氯化銨（DMIMM：} 0,2-5份 碳酸銨 0~3份。
[0010] 針對本發(fā)明的第二個目的，本發(fā)明提供的部分支化部分交聯(lián)聚合物驅(qū)油劑的制備 方法，主要包括如下工藝步驟：
[0011] (1)溶液的配制，將原料的各組分分別溶于不少于其配方量1. 〇倍質(zhì)量份的去離 子水中，配制各組分的溶液；
[0012] (2)聚合反應制備驅(qū)油劑，將步驟⑴配制的丙烯酰胺溶液、二甲基二烯丙基氯化 銨溶液、碳酸銨溶液加入反應器中，在攪拌、10~30°C下通入氮氣充分排出反應器內(nèi)和反 應液中的氧氣后，加入過硫酸鉀溶液和亞硫酸氫鈉溶液引發(fā)聚合反應，待反應聚合至體系 粘度明顯增加，停止通入氮氣與攪拌，待體系凝膠后繼續(xù)保溫2-4小時，即制備得到凝膠狀 驅(qū)油劑。
[0013] 為了方便驅(qū)油劑的使用，本發(fā)明可在上述制備部分支化部分交聯(lián)聚合物驅(qū)油劑方 法的基礎(chǔ)上，將所制得的膠狀驅(qū)油劑進行切碎、烘干、粉碎、篩分，以得到顆粒狀的驅(qū)油劑。
[0014] 在本發(fā)明所述的部分支化部分交聯(lián)聚合物驅(qū)油劑的制備方法中，不但要求通入氮 氣除去反應器內(nèi)的氧氣，還要求除去反應液中的氧氣，因此在反應體系粘度明顯增加之前 都需通入氮氣。通氮排氧的程度，與過硫酸鉀和亞硫酸氫鈉的加入量相關(guān)，排出氧氣的程度 高，加入過硫酸鉀和亞硫酸氫鈉的量可以少一些，排出氧氣的程度低，加入過硫酸鉀和亞硫 酸氫鈉的量可大一些，適當配合則都能夠引發(fā)聚合反應。
[0015] 在本發(fā)明所述的部分支化部分交聯(lián)聚合物驅(qū)油劑的制備方法中，丙烯酰胺溶液、 二甲基二烯丙基氯化銨溶液、碳酸銨溶液最好依次加入反應器，在攪拌下通入氮氣充分排 出反應器內(nèi)和反應液中的氧氣，之后再依次加入過硫酸鉀溶液和亞硫酸氫鈉溶液。
[0016] 在本發(fā)明所述的部分支化部分交聯(lián)聚合物驅(qū)油劑的制備方法中，聚合反應的引發(fā) 溫度低，則反應進行較慢；引發(fā)溫度過高，則反應進行太快，會帶來交聯(lián)不完整，聚合反應引 發(fā)溫度一般可控制在10~30°C范圍。
[0017] 在本發(fā)明所述部分支化部分交聯(lián)聚合物驅(qū)油劑的制備方法中，溶解各組分的去離 子水的總量一般為各原料組分總量的3~4倍。進一步地，最好采取將100份丙烯酰胺溶 于250~360份的去離子水中配成溶液；0. 2~5份的二甲基二烯丙基氯化銨胺溶于10-50 份的去離子水中配成溶液；0~3份碳酸銨溶于0~20份的去離子水中配成溶液；0. 01~ 0. 05份過硫酸鉀溶于10~20份去離子水中配成溶液；0. 002~0. 06份亞硫酸氫鈉溶于 10~20份去離子水中配成溶液。
[0018] 本發(fā)明的發(fā)明人在部分交聯(lián)部分支化聚物驅(qū)油劑的研究中發(fā)現(xiàn)，可通過采用二甲 基二烯丙基氯化銨（DMDAAC)提供交聯(lián)和支化的位點，與引發(fā)劑復配可以制備出具有部分 支化部分交聯(lián)結(jié)構(gòu)特點的聚丙烯酰胺驅(qū)油劑。本發(fā)明基于此研究開發(fā)出了一種結(jié)構(gòu)全新的 聚丙烯酰胺類驅(qū)油劑。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下十分突出的優(yōu)點和技術(shù)效果：
[0020] 1、本發(fā)明制備的部分支化部分交聯(lián)聚合物驅(qū)油劑兼具交聯(lián)聚丙烯酰胺和線性聚 丙烯酰胺的優(yōu)點。其中，支化結(jié)構(gòu)賦予其水溶液良好的懸浮能力和較高的粘度，懸浮體積可 以達到90%以上，1000ym間距下流變儀測得的粘度可高達209mPaS，其交聯(lián)結(jié)構(gòu)提供了良 好的彈性和抗剪切能力，200ym間距下流變儀測得的彈性模量可以達到10. 9Pa。
[0021] 2、由于在本發(fā)明制備的聚合物驅(qū)油劑的結(jié)構(gòu)中存在著支化鏈結(jié)構(gòu)，因而其懸浮液 具有良好的懸浮性能，克服了傳統(tǒng)交聯(lián)型聚丙烯酰胺粘度低，易沉降等缺點。
[0022] 3、