專利名稱：：一種用于提高采收率的新型聚合物驅(qū)油劑及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于提高采收率的新型聚合物驅(qū)油劑及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：目前，聚合物驅(qū)技術(shù)是油田開發(fā)提高采收率的主要技術(shù)，在技術(shù)和經(jīng)濟上都是成功的，在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景?，F(xiàn)階段油氣開采中，水溶性聚合物的穩(wěn)定性要求越來越高，穩(wěn)定性包括剪切穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、生物穩(wěn)定性和長效穩(wěn)定性等。具體而言，水溶性聚合物在高礦化度、高溫、高剪切及不同PH值影響下，能夠保持一定的粘度。這也是目前聚合物驅(qū)油劑開發(fā)著重考慮的一個方面。特別是，在我國化學(xué)驅(qū)提高采收率技術(shù)中，聚合物驅(qū)占據(jù)了重要的地位，隨著技術(shù)日益成熟，其應(yīng)用的油藏環(huán)境也由以前條件較好的一類油藏，逐漸向油藏條件較為惡劣的二、三類油藏轉(zhuǎn)變，而聚合物主劑是聚合物驅(qū)在二、三類油藏中獲得成功的重要因素?，F(xiàn)今最常用的聚合物包括以部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)為代表的合成聚合物和以黃原膠(XanthanGum)為代表的生物聚合物，在用于高溫高鹽油藏時都存在難以克服的問題。因此，加強耐溫耐鹽聚合物的基礎(chǔ)研究、提高聚合物驅(qū)對高溫高鹽等油藏的適應(yīng)性、擴大聚合物驅(qū)適用范圍是目前聚合物驅(qū)所面臨的主要任務(wù)。國外研究工作主要集中在以下三個領(lǐng)域(1)改性天然水溶性聚合物，(2)改性共聚物，(3)聚合物凝膠。其中以改性共聚物研究最為熱門，采用分子間具有特殊相互作用(疏水締合、氫鍵鍵合、交聯(lián)、分子復(fù)合等)的聚合物作為驅(qū)油劑，可使增粘能力和抗剪切性能大幅度提高。主要以疏水締合聚合物、分子復(fù)合型聚合物驅(qū)油劑和兩性離子聚合物為主，這些聚合物在鹽溶液中，致使高分子鏈的聚集態(tài)具有一定程度的有序排列，從而具有較好聚合物溶液性能。同時，作為聚合物驅(qū)的重要參數(shù)有阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，它們是描述聚合物溶液流度控制和降低滲透能力的重要指標(biāo)。表征聚合物溶液在油藏條件下，擴大驅(qū)替波及體積和改善水驅(qū)程度，達(dá)到較好提高采收率的能力。在聚合物驅(qū)過程中，阻力系數(shù)能夠較好地反映聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的滲流動態(tài)，它是水的流度與聚合物溶液的流度的比值。聚合物溶液在多孔介質(zhì)中具有較高的阻力系數(shù)，即表示具有較好的流度控制能力，是聚合物擴大波及體積，達(dá)到控制指進(jìn)、舌進(jìn)的最好的表征。利用聚合物溶液在多孔介質(zhì)中建立合理的阻力系數(shù)，使得聚合物溶液(驅(qū)替液)在多孔介質(zhì)中均勻推進(jìn)，達(dá)到活塞驅(qū)油的效果，從而達(dá)到提高采收率的目的。殘余阻力系數(shù)描述聚合物降低水相滲透率的能力，它是聚合物驅(qū)前后巖石的水相滲透率的比值。在聚合物溶液驅(qū)過程中，由于聚合物溶液具有較高的粘度和在多孔介質(zhì)中的吸附、滯留，使聚合物溶液在滲流通道中的流動阻力增加，導(dǎo)致注入壓力上升，進(jìn)而產(chǎn)生兩種后果一是聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的推進(jìn)速度下降；二是聚合物溶液在壓力升高的條件下，大量聚合物溶液在進(jìn)入高滲透層段，高滲透層的啟動壓力升高；最終使進(jìn)入地層的驅(qū)替劑能夠以“活塞式”向前推進(jìn)，擴大波及體積，從而提高驅(qū)油效率。聚合物溶液在油層中的吸附、滯留，導(dǎo)致多孔介質(zhì)的滲流能力下降，建立一定的殘余阻力，使得在后續(xù)水驅(qū)時，主流通道上流動阻力增加，注水壓力相對上升，迫使注入水繞過聚合物溶液的主流通道，擴大波及面積；迫使注入水進(jìn)入中低滲透層段，擴大波及厚度。因此，用于提高采收率的聚合物，在具有較好增粘以及耐溫耐鹽和抗剪切特性外，還應(yīng)該在油藏條件下，具有建立合理的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)的能力。針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和聚合物面臨耐溫耐鹽性的問題，以及現(xiàn)有線性高分子量聚合物，僅依賴聚合物溶液本身粘度，在高滲透油藏中建立阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)能力有限的缺點，急需提供一種耐溫耐鹽的新型聚合物驅(qū)油劑，可以在多孔介質(zhì)中能夠建立較高的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，達(dá)到較高的驅(qū)油效率。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用于提高采收率的新型聚合物驅(qū)油劑及其應(yīng)用，其原理可靠，制備方法可行，能夠在多孔介質(zhì)中能夠建立較高的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，驅(qū)油效率高，有效解決現(xiàn)有技術(shù)中聚合物面臨的耐溫耐鹽性的問題。一種用于提高采收率的新型聚合物驅(qū)油劑，由丙烯酰胺+丙烯酸+疏水單體通過不同的配比制備而成，其分子結(jié)構(gòu)如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其摩爾百分比χ為5075%，y為2045%，R是碳原子數(shù)為818的直鏈烷烴或支鏈烷烴。該聚合物的制備方法如下以丙烯酸和丙烯酰胺為原料，進(jìn)行以下反應(yīng)1.按丙烯酸20-65摩爾％、丙烯酰胺30-75摩爾％、疏水單體0.1-5.0摩爾％的投料比，計算各物質(zhì)的質(zhì)量，依次加入到廣口瓶中，配成總濃度為30質(zhì)量％的水溶液；2.用Na2C03、NaHC03、NaOH或KOH將溶液pH調(diào)整到5-6；3.將配好的溶液置于25_65°C恒溫水浴中，在攪拌的條件下按總單體0.01-0.05質(zhì)量％的比例加入氧化-還原引發(fā)劑，此處的氧化劑可以是過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈉或雙氧水，還原劑可以是亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉等，反應(yīng)體系在25-65°C恒溫水浴中放置3-9小時后終止聚合反應(yīng)；4.將產(chǎn)物過濾、烘干，得聚合物驅(qū)油劑。本發(fā)明所述疏水單體可以是二甲基烯丙基對烷基芐基氯化銨，還可以是(2-甲基丙烯?；?氧乙基二甲基十二烷基溴化銨，十六烷基二甲基烯丙基氯化銨，十八烷基二甲基烯丙基氯化銨等。本發(fā)明中疏水單體二甲基烯丙基對烷基芐基氯化銨具有如下結(jié)構(gòu)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其合成路線如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>疏水單體制備方法如下在三頸燒瓶中加入多聚甲醛，無水氯化鋅和濃鹽酸，加熱攪拌，當(dāng)溫度升至60°C時，加入烷基苯，并迅速通入由濃硫酸和氯化鈉反應(yīng)產(chǎn)生的干燥氯化氫氣體。反應(yīng)6h后結(jié)束，冷卻后分液，有機層洗滌后干燥、過濾，減壓蒸餾得到對烷基芐氯；用無水乙醇溶解對烷基芐氯后加入到三口燒瓶中，再用二甲基烯丙基胺溶于無水乙醇后加入恒壓漏斗中，在避光、氮氣保護(hù)、控溫60°C條件和電動攪拌下，滴加二甲基烯丙基胺溶液，反應(yīng)3h以上。待溶液冷卻后減壓蒸餾，真空干燥得純化產(chǎn)物二甲基烯丙基對烷基芐基氯化銨。本發(fā)明采用自由基聚合法制備丙烯酰胺(AM)-丙烯酸(AA)-疏水單體的聚合物，疏水單體的含量對聚合物的性能有較大影響。在相同溫度和礦化度、相似分子量的的條件下，疏水基含量不同，其表現(xiàn)的性能也不同，隨著疏水基含量的增加，表觀粘度也增加，當(dāng)疏水基含量增加到一定值時，表觀粘度不再增加，而是呈下降趨勢。即當(dāng)疏水基的含量偏高或偏低時，溶液增粘能力均有限。當(dāng)疏水基含量降低時，其疏水性弱，形成的疏水微區(qū)減少，形成的結(jié)點少，形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就少，不能達(dá)到增粘的效果。當(dāng)疏水基含量較高時，溶解性不好且其疏水性強，形成的疏水微區(qū)大量增加，以此形成的結(jié)點就更多，形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就更加緊密和復(fù)雜，致使其粘度反而降低。而同時發(fā)現(xiàn)，在注入聚合物溶液過程中，由于受到高壓力和流速的剪切作用下，原本粘度較高的聚合物溶液進(jìn)入地層后，建立阻力系數(shù)能力并不高；而依賴聚合物溶液經(jīng)過多孔介質(zhì)剪切作用后，聚合物溶液中的超分子聚集體隨著環(huán)境(溫度、礦化度、剪切作用和孔隙大小等)的變化而不斷生長，在多孔介質(zhì)中形成以聚集體為主，分子鏈為輔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，雖然表現(xiàn)出溶液粘度較低，但仍能夠建立較高的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)。由此可知，在不同的油藏條件下，聚合物的疏水基類型和含量存在一個最佳值。為此，根據(jù)專利CN1772795A的溶解方法，解決疏水單體含量較高時的溶解問題；采用較高含量的疏水單體以及球形、星型和梳型結(jié)構(gòu)，在高溫高礦化度條件下，依賴疏水單體作用，形成不同形態(tài)的超分子聚集體，達(dá)到耐溫耐鹽的特性；同時該類聚合物分子量不太高，減少受剪切作用時分子鏈發(fā)生斷裂的幾率，并借助剪切作用對形成的疏水微區(qū)施加剝離作用，以形成較強連接的超分子聚集體，達(dá)到在多孔介質(zhì)中以“活塞式”流動。本發(fā)明聚合物驅(qū)油劑在高溫高礦化度條件下表現(xiàn)出較高的粘度，適合于高溫高礦化度油藏的使用，具有良好的耐溫耐鹽性及抗剪切性；用配制好的聚合物溶液進(jìn)行聚合物驅(qū)油，所用的原油粘度為20-150mPas，65°C條件下，采用填砂管模擬驅(qū)油，結(jié)果表明在高溫高礦化度條件下，其注入性和傳播性好，可以建立合理的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，驅(qū)油效率高，適用于高厚度、高滲透、高鈣鎂離子的稠油油藏的新型聚合物驅(qū)油體系，所述的聚合物溶液能夠提高厚油層、稠油油藏的縱向波及體積，達(dá)到控制大井距水驅(qū)開發(fā)油藏的縱向波及體積，達(dá)到提高高滲透、厚油層、稠油油藏的采收率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、該聚合物在高溫高礦化度下仍然具有較高的粘度，尤其是抗鈣、鎂離子的能力更強，如在10069.8mg/L總礦化度，CaCl2_1579.Omg/L,MgCl2_1626.9mg/L下，2000mg/L的聚合物溶液的表觀粘度仍可以達(dá)到150mPas左右。具有良好的抗剪切性能，聚合物溶液的表觀粘度隨著剪切速率的增加而下降，當(dāng)剪切作用降低或撤消時，聚合物溶液的粘度又隨之恢復(fù)。2、該聚合物在高滲透多孔介質(zhì)中能夠達(dá)到很好的流度控制能力和降低水相滲透率的能力，可以建立合理的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)。3、該聚合物在厚油層、稠油油藏中，能夠大幅度提高縱向波及體積，提高厚油層、大井距、稠油油藏采收率。4、本發(fā)明操作簡單，成本低，實用價值大，具有較好的現(xiàn)場應(yīng)用性。圖1為不同疏水基含量聚合物溶液的粘濃關(guān)系圖；圖2為不同濃度的WSAP03溶液粘溫關(guān)系圖；圖3為不同礦化度的WSAP03溶液的粘濃關(guān)系圖；圖4為WSAP03溶液的流變曲線；圖5為WSAP03溶液的流動特征曲線；圖6為WSAP05溶液的流動特征曲線；圖7為WSAP06溶液的流動特征曲線。具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。實施例1聚合物驅(qū)油劑的制備1、合成疏水單體二甲基烯丙基對十六烷基芐基氯化銨在三頸燒瓶中加入適量的多聚甲醛，無水氯化鋅和濃鹽酸，加熱攪拌，當(dāng)溫度升至60°C時，加入十六烷基苯，并迅速通入由濃硫酸和氯化鈉反應(yīng)產(chǎn)生的干燥氯化氫氣體，通過濃硫酸的滴加速度控制通入氣體的量，多余氣體用水吸收。反應(yīng)6h后結(jié)束，冷卻后于分液漏斗中分液，有機層依次用10%碳酸鈉水溶液洗滌2次、蒸餾水洗滌3次，然后用無水硫酸鈉干燥，過濾，蒸除多余的十六烷基苯，最后減壓蒸餾得到對十六烷基芐氯。稱取適量的對十六烷基芐氯，用無水乙醇溶解后加入到三口燒瓶中，再稱取適量的二甲基烯丙基胺，溶于無水乙醇后加入恒壓漏斗中，在避光、氮氣保護(hù)、控溫60°C條件和電動攪拌下，8min內(nèi)將二甲基烯丙基胺溶液滴完，維持反應(yīng)溫度60°C，繼續(xù)反應(yīng)3h。待溶液冷卻后減壓蒸去無水乙醇，用無水乙醚洗滌反應(yīng)物三次，產(chǎn)物呈白色粉末狀。常壓蒸出少量殘留無水乙醚，真空干燥得純化產(chǎn)物二甲基烯丙基對十六烷基芐基氯化銨。將上述反應(yīng)中的十六烷基苯分別用辛苯、癸苯和十二烷基苯等代替，再進(jìn)行如上述一系列的反應(yīng)，就可得到二甲基烯丙基對辛基芐基氯化銨、二甲基烯丙基對癸基芐基氯化銨和二甲基烯丙基對十二烷基芐基氯化銨。2、制備共聚物稱取丙烯酰胺(AM)12克，丙烯酸(AA)3克，分別稱取二甲基烯丙基對十六烷基芐基氯化銨0.184,0.368,0.552,0.736,1.472,2.208克，蒸餾水35克，分別加入到燒杯中，攪拌并溶解均勻，用碳酸鈉將PH調(diào)節(jié)到5-6，于溫度為45°C水浴內(nèi)預(yù)熱30分鐘后，加入引發(fā)劑亞硫酸氫鈉和過硫酸銨各4.8毫克，反應(yīng)610小時，獲得編號為WSAP01、WSAP02、WSAP03、WSAP04、WSAP05、WSAP06六種凍膠狀聚合物。實施例2聚合物驅(qū)油劑的抗溫抗鹽抗剪切性能取一定量的實例1合成的WSAP01WSAP04配制成溶液，采用的配制水組成見表1、表2，采用的測試儀器為BrookfieldDV-III粘度計，測試條件為恒定剪切速率7.34S—1，聚合物溶液濃度為2000mg/L，實驗結(jié)果如圖14所示新型聚合物驅(qū)油劑具有很好的抗溫性，抗鈣、鎂離子能力和較好的抗剪切性。表1注入水組成組成，mg/LNaClCaCl2MgCl2Na2S04NaHC03KC1總礦化度混注水6190.01579.01626.954.2262.549.010069.8<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例3聚合物驅(qū)油劑的注入性能取一定量實施例1合成的WSAP03、WSAP05、WSAP06，用注入水配制成5000mg/L的溶液，再用注入水稀釋成濃度為2500mg/L的溶液，在65°C恒溫箱中以1.Oml/min速度將聚合物溶液注入到長50.0cm，直徑0.8cm中間帶有測壓點的填砂管中，考察聚合溶液的注入性，以及建立阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)的能力。實驗結(jié)果見圖57和表3所示。從圖57中可以看出，在高滲透多孔介質(zhì)中，2500mg/L的WSAP03、WSAP05、WSAP06聚合物溶液注入過程中，壓力上升緩慢并逐漸平穩(wěn)，表現(xiàn)出良好的注入性和建立較高流動阻力的能力，在后續(xù)水的大量沖刷下壓力逐漸下降至平緩，表現(xiàn)出較高的降低水的流動能力；同時，從表3中可以看出，該類聚合物溶液能夠建立較高的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)較好的流度控制能力和降低水相滲透率的能力，提高聚合物溶液擴大波及體積的能力。表3聚合物溶液的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求一種用于提高采收率的新型聚合物驅(qū)油劑，具有如下結(jié)構(gòu)其摩爾百分比x為50～75％，y為20～45％，R是碳原子數(shù)為8～18的直鏈烷烴或支鏈烷烴。F201010300045220100105C000011.tif2.如權(quán)利要求1所述的疏水單體為(2-甲基丙烯?；?氧乙基二甲基十二烷基溴化銨，十六烷基二甲基烯丙基氯化銨，或十八烷基二甲基烯丙基氯化銨。3.如權(quán)利要求1所述的聚合物驅(qū)油劑的應(yīng)用，其特征在于，用該聚合物溶液進(jìn)行驅(qū)油，其具有良好的注入性和傳播性，能夠建立合理的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，提高厚油層、稠油油藏的縱向波及體積，達(dá)到提高高滲透、厚油層、稠油油藏的采收率。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于提高采收率的新型聚合物驅(qū)油劑的制備及其應(yīng)用，該聚合物驅(qū)油劑以丙烯酰胺(AM)—丙烯酸(AA)—疏水單體為反應(yīng)單體，疏水單體為二甲基烯丙基對烷基芐基氯化銨等，以自由基聚合法合成具有不同疏水單體和含量的新型締合聚合物。本發(fā)明聚合物驅(qū)油劑在高溫高礦化度條件下表現(xiàn)出較高的粘度，適合于高溫高礦化度油藏的使用，具有良好的耐溫耐鹽性及抗剪切性，同時具有良好的注入性和傳播性，以及建立良好的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)能力，有效提高原油采收率。該驅(qū)油劑能夠廣泛用于三次采油領(lǐng)域，市場前景好。文檔編號C09K8/588GK101798503SQ20101030004公開日2010年8月11日申請日期2010年1月5日優(yōu)先權(quán)日2010年1月5日發(fā)明者葉仲斌,向問陶,張健,施雷庭,李曉南,李紀(jì)暉,程亮,陳洪申請人:西南石油大學(xué);中海石油研究中心