專利名稱：一種聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工合成技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑。
背景技術(shù)：
聚合物驅(qū)始于20世紀(jì)50年代，提 高采收率的幅度可達(dá)10%左右，是一項發(fā)展較為成熟的技術(shù)。80年代初，堿/表面活性劑/聚合物(ASP)三元復(fù)合體系的研究迅速興起，它是繼聚合物后又一項提高采收率的新技術(shù)。與聚合物相比，由于表面活性劑加量很少，大大降低了化學(xué)驅(qū)的成本。我國已經(jīng)在大慶油田、勝利油田等開展了三元復(fù)合驅(qū)的先導(dǎo)性礦場試驗。Clark、Pitts、Smith (Clark, S. R. et al. Design and application ofan alkaline-surfactant-polymer recovery system to the west Kiehl Field. PaperSPE 17538 presented at the 1988 SPE Rocky Mountain Regional Meeting， Casper，WY，May 11-23.)等人早期發(fā)表文章闡述了三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)，后來Song Wanchao (Song,W. et al.Alkaline/surfactant/polymer combination flooding for improvingrecovery of the oil with High Acid Value. Paper SPE 29905 presented at the 1995International Meeting on Petroleum Engineering，Beijing，PR China Nov. 14-17·)、Wang(Wang,D. et al. An Alkaline/surfactant/polymer field test in a reservoir witha long-term 100% water cut. Paper SPE 49018 presented at the 1998 SPE AnnualTechnical Conference and Exhibition, New Orleans，LA，Sep. 27-30.) ； (Wang, D. etal. Summary of ASP pilots in Daqing Oil Field. Paper SPE 57288 presented at the1999 SPE Asia Pacific Improved Oil Recovery Conference，Kuala Lumpur，Malaysia，Oct. 25-28.)和French(French，T. R. et al. Design and operation of the sho-vel-tumalkaline-surfactant-polymer project. Harts Pet. Eng. International, (Dec.1998)35.)等人撰文描述了一些油田相繼開展三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗研究，結(jié)果表明即使在低酸值油田也取得較好的效果，可比水驅(qū)提高釆收率20%以上，該項技術(shù)也逐漸成為油田可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一(程杰成，廖廣志，楊振宇等.大慶油田三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗綜述.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2001，20 (2) :45-49.)。但是，ASP三元復(fù)合驅(qū)在應(yīng)用中，也存在一些問題。強(qiáng)堿的使用引起地層粘土分散、運移，形成堿垢，導(dǎo)致地層滲透率下降；同時，堿大幅度降低了聚合物粘度，更主要的是大大減小了聚合物的粘彈性，尤其是彈性，降低波及效率；另外，由于堿的存在使得采出液為粘度較高的w/ο型乳化液，在影響油井產(chǎn)能的同時，還大大增加了破乳的難度。因此有必要加強(qiáng)弱堿、低堿、甚至無堿表面活性劑及驅(qū)油體系的研究，因此，聚合物/表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)有很好研究前景。聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑就是充分發(fā)揮聚合物和表面活性劑的協(xié)同作用來提高采收率的方法。驅(qū)油機(jī)理一般是聚合物與表面活性劑各種機(jī)理同時發(fā)揮作用，使殘余油啟動而被采出。聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑可以最大限度地發(fā)揮聚合物的粘度和彈性，減少乳化液處理帶來的負(fù)面影響，徹底消除由于堿的存在引起的地層及井筒結(jié)垢現(xiàn)象。并且該體系還具有較低的界面張力，在很大程度上可以達(dá)到與ASP三元體系相同的驅(qū)油效果。大量文獻(xiàn)表明，最初聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑是指注入一段活性水段塞，降低油水間的界面張力，然后注入聚合物段塞，控制流度(周潤才編譯.表面活性劑/聚合物驅(qū)油的基本原理·國外油氣井工程，1995. 3) ； (R. A. Bradford, J. D. Cpmpton，P. R. Hollis, Operational Problems in North Burbank Unit Surfactant PolymerProject, SPE7799.) ；(C. Z. Yang, Adjustment of Surfactant/Polymer InteractionSurfactant/Polymer Flooding With Polyelectrolytes, SPE14931.) ； (S. M. Holley,J. L. Caylas,Design,operation,and evaluation of a surfactant/polymer field pilottest, SPE20232) ； (C.S. Chiou, G.E.Kellerhals, Poltmer/surfactant transport inMicellar flooding, SPE9354)。后來提出把高濃度的表面活性劑加入聚合物溶液中，形成混合溶液，來提高采收率。其中以表面活性劑膠束微乳液/聚合物混相驅(qū)的驅(qū)油效率最高 (朱友益.沈平平編著.三次采油復(fù)合驅(qū)用表面活性劑合成性能及應(yīng)用[M].北京石油工業(yè)出版社，2002)，所以在表面活性劑膠束微乳液波及到的油層，大部分的原油可以被有效的驅(qū)替出來。該法在國外(以美國最多)和國內(nèi)(如大慶油田)進(jìn)行過多次礦場試驗，在技術(shù)上獲得成功，但因表面活性劑和聚合物等化學(xué)劑成本過高而不能進(jìn)行大規(guī)模的應(yīng)用。國內(nèi)的學(xué)者對聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑體系溶液的性質(zhì)，界面的流變性，界面粘度等進(jìn)行了研究(郭擁軍等.聚合物表面活性劑混合溶液粘度特性[J].石油鉆采工藝，1999,21(4).);(葉仲斌等.聚合物與表面活性劑二元驅(qū)油體系界面性質(zhì)研究[J].油氣地質(zhì)與采收率，2002，9 (3).);(葉仲斌等.聚表二元驅(qū)油體系界面流變性研究[J].西南石油學(xué)院學(xué)報.2002，24 (6).)，但是應(yīng)用于礦場實驗的報道仍然比較少，尤其是針對高溫高礦化度油藏的報道就更少了。美國Oryx能源公司在德克薩斯州Eastland郡Ranger油田Mccleskey砂層中進(jìn)行的低界面張力聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑先導(dǎo)實驗(SorbieK S.Polymer-improved oil recovery. Boca Ration, Florida CRC Press Inc. 1991·),大大降低了殘余油飽和度，所增加的油量為水驅(qū)后殘余油量的25%。水淹帶中的殘余油是進(jìn)行提高采收率的目標(biāo)之一，此時，殘余油是以靜止的球狀分布于油藏巖石的孔隙中，作用于這些靜止的球珠上的兩種主要力是毛細(xì)管力和粘滯力。實驗研究證明，如果粘滯力與捕集相作用力超過毛管束縛力，殘余油就可以流動。毛管數(shù)是粘滯力和毛管力的比值，毛管數(shù)增大，即粘滯力增大或毛管力(界面張力)減小，都可以提高驅(qū)油能力。因此，毛管數(shù)反映了通過降低毛管力來進(jìn)一步采出殘余油的機(jī)理。由于條件的限制，粘滯力的提高很有限，因此可行的辦法就是降低界面張力。聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑體系作為一種新的驅(qū)油方法，可以最大限度地發(fā)揮聚合物的粘度和彈性，體系的粘度和彈性比ASP三元體系高很多，因此驅(qū)油效率和波及體積有可能更高，即采收率更高。通過選擇合適的表面活性劑和聚合物，獲得無堿型粘彈性低界面張力的二元體系，從而減少堿乳化對產(chǎn)能和乳化液的處理帶來的負(fù)面影響，消除了三元復(fù)合體系堿引起的結(jié)垢現(xiàn)象，最終代替三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)，從而獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。同時，對二元體系的界面張力、吸附性能及用量進(jìn)行優(yōu)化研究，從而確定最佳二元體系配方和用量，達(dá)到增加采收率的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑及其合成方法，該聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑具有良好耐溫抗鹽性和較低的界面張力，其原理可靠，制備方法簡單可行，條件溫和，收率高。本發(fā)明的目的在于提供一種聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑，該聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑由以丙烯酰胺AM、N-乙烯基吡咯烷酮NVP、烯丙基磺酸鈉AS為反應(yīng)單體合成的聚合物與由石油羧酸鹽和羧基甜菜堿復(fù)配所得的表面活性劑制備所得。進(jìn)一步，在該聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑中，聚合物濃度為1000-2500mg/L，表面活性劑的質(zhì)量百分比為O. 025-0. 08%。進(jìn)一步，以丙烯酰胺AM、N-乙烯基吡咯烷酮NVP、烯丙基磺酸鈉AS為反應(yīng)單體合
成聚合物的結(jié)構(gòu)如下
權(quán)利要求
1.一種聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑，其特征在于，該聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑由以丙烯酰胺AM、N-乙烯基吡咯烷酮NVP、烯丙基磺酸鈉AS為反應(yīng)單體合成的聚合物與由石油羧酸鹽和羧基甜菜堿復(fù)配所得的表面活性劑制備所得。
2.如權(quán)利要求I所述的聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑，其特征在于，在該聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑中，聚合物濃度為1000-2500mg/L，表面活性劑的質(zhì)量百分比為O. 025-0. 08%。
3.如權(quán)利要求2所述的聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑，其特征在于，以丙烯酰胺AM、N-乙烯基吡咯烷酮NVP、烯丙基磺酸鈉AS為反應(yīng)單體合成聚合物的結(jié)構(gòu)如下-f- CH2- CH^j-(- CH2- CH 4(- CH2- CH 4-、I A-x-y、II h C = O/nN. nCH2I^ >°INH2\ /SO3Na 摩爾百分比X為4-15%, y為O. 1-5%。
4.如權(quán)利要求2所述的聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑，其特征在于，表面活性劑由石油羧酸鹽和羧基甜菜堿復(fù)配所得，石油羧酸鹽與羧基甜菜堿的比例為3 1-5 I。
5.如權(quán)利要求I所述的聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑，其特征在于，該聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑中，聚合物為1500mg/L、表面活性劑為O. 05%、剪切速率7.34s—1時，總礦化度為10000mg/L，實驗溫度80°C，粘度保留率為64%，且界面張力達(dá)到10_3-10_2mN/m 數(shù)量級； 用該聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑作為一個體系進(jìn)行驅(qū)油，總礦化度為IOOOOmg/L,實驗溫度為65°C，實驗用油的粘度為70. 34mPa · s，溫度65°C，剪切速率7. 34s—1，所用巖心為人造巖心，長度25. Ocm,直徑2. 5cm,孔隙度22. 5%,滲透率846. I X 1(Γ3 μ m2 ;將巖心建立束縛水飽和度后用注入水驅(qū)油，驅(qū)替流速為O. 50mL/min，至含水率達(dá)98%，接著以O(shè). 25mL/min的速度注入O. 3PV (孔隙體積)聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑，最后再以O(shè).50mL/min的驅(qū)替流速后續(xù)水驅(qū)至含水率達(dá)98%，結(jié)果顯示，聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑模擬提高原油采收率較聚合物體系可提高15%以上。
6.一種聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑的合成方法，其特征在于，該合成方法包括以下步驟 步驟一，以丙烯酰胺AM、N-乙烯基吡咯烷酮NVP、烯丙基磺酸鈉AS為反應(yīng)單體，在氧化還原引發(fā)體系的引發(fā)下，以自由基聚合法合成具有耐溫抗鹽性能的聚合物； 步驟二，石油羧酸鹽和羧基甜菜堿按一定比例復(fù)配后構(gòu)成表面活性劑體系； 步驟三，將復(fù)配的表面活性劑與一定濃度的上述共聚物構(gòu)成聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑。
7.如權(quán)利要求6所述的合成方法，其特征在于，步驟一中，以丙烯酰胺AM、N-乙烯基吡咯烷酮NVP、烯丙基磺酸鈉AS為反應(yīng)單體，在氧化還原引發(fā)體系引發(fā)下，以自由基聚合法合成具有耐溫抗鹽性能聚合物的具體步驟如下 按烯丙基磺酸鈉O. 1-5. O摩爾％、N-乙烯基吡咯烷酮4-15摩爾％的投料比，計算各物質(zhì)的質(zhì)量，加入到廣口瓶中，配成總濃度為15-30%的水溶液，加入單體總量I. 0-2. Owt%0的EDTA，用Na2CO3調(diào)節(jié)溶液pH值至7左右； 將配好的溶液置于25-45°C恒溫水浴中，氮氣保護(hù)10-20min的條件下，升溫至所需溫度，在攪拌條件下按單體總量O. 5-1. 5%的比例加入氧化-還原引發(fā)劑，繼續(xù)通氮氣lOmin，其中此處的氧化劑為水溶性偶氮化合物，還原劑是亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉； 在25-45°C恒溫水浴中放置6-8小時后終止聚合反應(yīng)，得AM/NVP/AS三元共聚物； 將AM/NVP/AS三元共聚物過濾、烘干，得到聚合物驅(qū)油劑。
8.如權(quán)利要求6所述的合成方法，其特征在于，步驟三，將表面活性劑與一定濃度的上述共聚物構(gòu)成聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑的具體步驟為 將制備的聚合物配制成5000mg/L的母液,備用； 將1000-2000mg/L聚合物與質(zhì)量百分比O. 025-0. 08%表面活性劑混合均勻，調(diào)節(jié)pH值為7，放置20-40min，得到聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑，其中石油羧酸鹽與羧基甜菜堿的比例為3-5。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑及其合成方法，以丙烯酰胺AM、N-乙烯基吡咯烷酮NVP、烯丙基磺酸鈉AS為反應(yīng)單體，在氧化還原引發(fā)體系的引發(fā)下，以自由基聚合法合成具有耐溫抗鹽性能的聚合物，石油羧酸鹽和羧基甜菜堿按一定比例復(fù)配后，與一定濃度的上述共聚物構(gòu)成聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑；該聚合物表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油劑在高溫、高礦化度條件下表現(xiàn)出較低的界面張力、良好的粘度保留率及良好的耐溫抗鹽性，可用于高溫高礦化度油藏，對殘余油具有良好的洗油效率，能有效提高原油采收率，制備方法簡單可行，條件溫和，收率高，具有較強(qiáng)的推廣與應(yīng)用價值。
文檔編號C08F226/10GK102838979SQ20121034745
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者賴南君, 葉仲斌, 董軍, 張雪, 茍紹華, 舒政, 陳洪, 覃孝平 申請人:西南石油大學(xué)