專利名稱：一種樹枝聚合物/SiO₂納米驅(qū)油劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚合物驅(qū)提高采收率技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚合物驅(qū)是在注入水中加入少量水溶性高分子聚合物，通過增加水相粘度和降低水相滲透率來改善流度比、提高波及系數(shù)。從20世紀60年代至今，全世界有200多個油田或區(qū)塊進行了聚合物驅(qū)試驗。目前聚合物驅(qū)使用最多的為線性聚丙烯酰胺和部分水解聚丙烯酰胺，它們在注入地層過程中會受到泵、管線、炮眼、近井地帶等的劇烈剪切作用，而線性聚丙烯酰胺和部分水解聚丙烯酰胺的抗剪切性能較差，被剪斷的分子鏈難以恢復，粘度會 大幅降低。樹枝聚合物具有高度支化的三維球形結(jié)構(gòu)，具有許多線性聚合物沒有的優(yōu)異性能，如流變性、抗剪切性及熱穩(wěn)定性等。高度支化的三維球形結(jié)構(gòu)能夠減小剪切作用對聚合物分子鏈的影響，而且經(jīng)過剪切后被剪斷的聚合物分子鏈能夠在一定程度上恢復，從而使其具有較高的粘度保留率。近些年，聚合物/ 二氧化硅納米材料以其獨特的性能引起了廣泛的重視并取得了較快的發(fā)展。納米SiO2對聚合物基體的吸附作用，納米SiO2表面羥基可以與聚合物材料中的某些合適的基團形成氫鍵，以及納米SiO2表面高活性的羥基可與聚合物基體生成共價鍵(Si-O-C)，可以增強納米顆粒和聚合物基體之間的結(jié)合力，使復合材料的機械性、熱穩(wěn)定性、抗氧化性有很大的提高。因此，在樹枝聚合物中加入納米材料SiO2，制備出的樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑可以進一步增強樹枝聚合物的抗剪切性能，提高樹枝聚合物的驅(qū)油效果O

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有良好抗剪切性能的驅(qū)油劑及其制備方法，其原理可靠，制備方法可行。該調(diào)驅(qū)劑能夠在多孔介質(zhì)中建立起比較高的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，同時具有良好的驅(qū)油能力，能夠有效提高原油采收率。本發(fā)明技術(shù)方案如下一種樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑，樹枝聚合物是由丙烯酰胺(C3H5ON)，丙烯酸鈉(C3H3O2Na)和功能化樹狀骨架單體(C94H144O36N26)通過自由基聚合反應(yīng)合成；采用共混法由合成的樹枝聚合物與納米SiO2制備出樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑，該驅(qū)油劑的結(jié)構(gòu)式如下- (C3H5ON) x- (C3H3O2Na) y- (C94H144O36N26) z_ (SiO2) lTy_z-其摩爾百分比X為45 55%，y為35 45%，z為O. 01 O. 05%。所述的樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑的制備方法，步驟如下(I)按照丙烯酰胺45 55摩爾％、丙烯酸35 45摩爾％、功能化樹狀骨架單體O. 01 O. 05摩爾％的投料比，分別將丙烯酰胺、丙烯酸和功能化樹狀骨架單體加入到反應(yīng)容器中，配成總濃度為30% (w/w)的溶液；(2)用Na2CO3將反應(yīng)容器中的丙烯酸中和成丙烯酸鈉，pH = 5 6，在磁力加熱攪拌器上攪拌溶解，使其完全溶解；(3)將反應(yīng)容器置于45°C恒溫水浴中，在攪拌的條件下，以功能化樹狀骨架單體的重量為參照，加入O. 03￥丨％的亞硫酸氫鈉和O. 03￥丨％的過硫酸銨作為引發(fā)劑，反應(yīng)體系在30 45 °C恒溫水浴中放置4 6小時后停止反應(yīng)；(4)將合成的樹枝聚合物取出，用乙醇提純后，放在烘箱烘干備用；(5)用蒸餾水將聚合物溶解后，加入納米SiO2(SiC)2摩爾百分比為l-x-y-ζ)，在45 60°C下用超聲波下分散20 30min，制得樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑。所述的制備方法，所述納米SiO2的顆粒半徑為30 50nm。
所述的制備方法，所述功能化樹狀骨架單體(C94H144O36N26)的制備方法如下取8g樹狀骨架單體于反應(yīng)容器中，在攪拌條件加入30g DMF，溶解完全后，在攪拌條件下緩慢滴加入4. 4g馬來酸酐，觀察反應(yīng)液的變化和溫度并記錄，滴加完后將反應(yīng)容器放入70°C烘箱中反應(yīng)6小時，制得功能化樹狀骨架單體。所述的制備方法，所述樹狀骨架單體具有樹枝狀結(jié)構(gòu)(參考王俊，李杰，于翠艷，等.星型聚合物破乳劑的合成與性能研究[J].精細化工，2002，19 (3) :169-171)，其結(jié)構(gòu)如下
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O與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(I)該驅(qū)油劑具有良好的耐溫耐鹽性能，在總礦化度為9823mg/L、Ca2+含量為420mg/L、Mg2+含量為345mg/L時，在65°C下，2000mg/L驅(qū)油劑的粘度為128mPa. s左右；具有良好的抗剪切性能，在高剪切速率下能夠保持較高的粘度。(2)該驅(qū)油劑能夠建立較高的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，能夠有效控制流度以及降低水相滲透率，從而大幅提高原油采收率。(3)本發(fā)明經(jīng)濟可行性高，具有較大的現(xiàn)場推廣應(yīng)用價值。


圖I為本發(fā)明樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑的紅外光譜圖；圖2為本發(fā)明樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑溶液的表觀粘度與濃度關(guān)系示意圖3為本發(fā)明樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑溶液的耐溫曲線；圖4為本發(fā)明樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑溶液的耐鹽曲線；圖5為本發(fā)明樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑溶液的流動特征曲線；沿縱軸自下而上依次是三檔剪切、一檔剪切、未經(jīng)剪切；圖6為本發(fā)明樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑溶液室內(nèi)模擬提高采收率(EOR)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。實施例I :樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑的制備
I、功能化樹狀骨架單體的制備取8g樹狀骨架單體于反應(yīng)容器中，在攪拌條件加入30g DMF，溶解完全后，在攪拌條件下緩慢滴加入4. 4g馬來酸酐，觀察反應(yīng)液的變化和溫度并記錄，滴加完后將反應(yīng)容器放入70°C烘箱中反應(yīng)6小時，制得功能化樹狀骨架單體。2、樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑的制備(I)分別將8. 88g丙烯酰胺、7. 20g丙烯酸和O. 22g功能化樹狀骨架單體加入到反應(yīng)容器中，加入38. 03g蒸餾水，攪拌解完全；(2)用Na2CO3將溶液中的丙烯酸中和成丙烯酸鈉，pH = 5 6，在磁力加熱攪拌器上攪拌溶解，使其完全溶解；(3)將反應(yīng)容器置于45°C恒溫水浴中，加入4. 9mg亞硫酸氫鈉和4. 9mg過硫酸銨作引發(fā)劑，反應(yīng)體系在30 45°C恒溫水浴中放置4 6小時后停止反應(yīng)。(4)將合成的樹枝聚合物取出，用乙醇提純后，放在烘箱中烘干備用。(5)用蒸餾水將樹枝聚合物溶解后，加入I. 49g納米SiO2，在45 60°C下用超聲波下分散20 30min，制得樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑。3、樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑的表征通過實施例I所制備出的樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑的紅外光譜圖如圖I所示。從紅外光譜圖可知，羰基(1664CHT1)、輕基(3410CHT1)、娃氧鍵(llOOcnT1和SOOcnT1)的吸收峰明顯。實施例2 :樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑的增粘能力取一定量的實施例I制備的樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑配制成不同濃度溶液，采用的配制水的離子組成見表1，用Brookfield DV-III旋轉(zhuǎn)粘度計(溫度65°C，剪切速率7.34s—1)測定各溶液的粘度，實驗結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑具有良好的增粘能力。表I配制水的離子組成
離子名稱 Na+，K+ Ca2+ Mg2+ CO32' HCO3' SO42' Cr一
含量(mg/L) 3092.0 276.2 158.7 14.2 311.5 85.3 5436.3實施例3 :樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑溶液的耐溫性能
取一定量的實施例I制備的樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑配制成濃度為2000mg/L溶液，分別在 45°C、50°C、55°C、60°C、65°C、70°C、75°C和 80°C下用 BrookfieId DV-III 旋轉(zhuǎn)粘度計(剪切速率7. 34s-1)測定樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑的粘度，實驗結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，隨著溫度的升高，樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑的粘度緩慢降低，在80°C下，粘度達到270. 5mPa. s，說明該驅(qū)油劑具有較好的耐溫性能。實施例4 :樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑溶液的耐鹽性能按照表2中的離子組成配制不同礦化度實驗用水，分別用配制的實驗用水將實施例I制備的樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑配制成濃度為2000mg/L溶液，用BrookfieldDV-III旋轉(zhuǎn)粘度計(溫度65°C，剪切速率7. 34s-1)測定溶液的粘度，實驗結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，配制水的礦化度對調(diào)剖劑的成膠強具有一定的影響。用礦化度為9374. 2mg/L的實驗用水配制調(diào)驅(qū)劑的粘度為404. 7mPa. s，將實驗用水的礦化度增至9倍后調(diào)驅(qū)劑的粘度為118. 6mPa. s,說明該調(diào)驅(qū)劑具有一定耐鹽性能。
表2實驗用水的離子含量
權(quán)利要求
1.一種樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑，其特征在于，樹枝聚合物是由丙烯酰胺(C3H5ON)，丙烯酸鈉(C3H3O2Na)和功能化樹狀骨架單體(C94H144O36N26)通過自由基聚合反應(yīng)合成；采用共混法由合成的樹枝聚合物與納米SiO2制備出樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑，該驅(qū)油劑的結(jié)構(gòu)式如下 -(C3H5ON) x- (C3H3O2Na) y- (C94H144O36N26) z- (SiO2) ^z- 其摩爾百分比X為45 55%，y為35 45%，z為O. 01 O. 05%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑的制備方法，其特征在于，步驟如下 (1)按照丙烯酰胺45 55摩爾％、丙烯酸35 45摩爾％、功能化樹狀骨架單體O.01 O. 05摩爾％的投料比，分別將丙烯酰胺、丙烯酸和功能化樹狀骨架單體加入到反應(yīng)容器中，配成總濃度為30% (w/w)的溶液； (2)用Na2CO3將反應(yīng)容器中的丙烯酸中和成丙烯酸鈉，pH= 5 6，在磁力加熱攪拌器上攪拌溶解，使其完全溶解； (3)將反應(yīng)容器置于45°C恒溫水浴中，在攪拌的條件下，以功能化樹狀骨架單體的重量為參照，加入O. 03Wt%的亞硫酸氫鈉和O. 03Wt%的過硫酸銨作為引發(fā)劑，反應(yīng)體系在30 45 °C恒溫水浴中放置4 6小時后停止反應(yīng)； (4)將合成的樹枝聚合物取出，用乙醇提純后，放在烘箱烘干備用； (5)用蒸餾水將聚合物溶解后，加入納米SiO2(SiC)2摩爾百分比為l-x-y-ζ)，在45 60°C下用超聲波下分散20 30min，制得樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述納米SiO2的顆粒半徑為30 50nmo
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述功能化樹狀骨架單體(C94H144O36N26)的制備方法如下 取8g樹狀骨架單體于反應(yīng)容器中，在攪拌條件加入30g DMF，溶解完全后，在攪拌條件下緩慢滴加入4. 4g馬來酸酐，觀察反應(yīng)液的變化和溫度并記錄，滴加完后將反應(yīng)容器放入70°C烘箱中反應(yīng)6小時，制得功能化樹狀骨架單體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述樹狀骨架單體具有樹枝狀結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如下H2NNH2SH2NNHNHNH2產(chǎn)0 O' HN^ HrjO 產(chǎn) O oS O NH In O / HN_h^nHr%腿2S Z H2NNH2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑及其制備方法，屬于油田提高采收率技術(shù)領(lǐng)域。通過自由基聚合反應(yīng)由丙烯酰胺(C3H5ON)，丙烯酸鈉(C3H3O2Na)和功能化樹狀骨架單體(C94H144O36N26)合成出樹枝聚合物，再采用共混法由樹枝聚合物和SiO2制備出樹枝聚合物/SiO2納米驅(qū)油劑。本發(fā)明驅(qū)油劑的特點在于具有良好的耐溫耐鹽性能、抗剪切性能以及注入性能，能夠建立較高的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，從而大幅提高原油采收率。該驅(qū)油劑可以廣泛用于三次采油領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號C09K8/588GK102965094SQ20121048551
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月18日
發(fā)明者賴南君, 陳科, 葉仲斌, 覃孝平, 聞一平, 李璽, 李志豪, 董帥, 盧強 申請人:西南石油大學