CN102952533B

CN102952533B - 一种复合交联聚合物弱凝胶调驱剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102952533B
Application number: CN201210469854.5A
Authority: CN
Inventors: 赖南君; 宋晓慧; 陈科; 彭琴; 叶仲斌; 覃孝平; 董军
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2032-11-20
Also published as: CN102952533A

Abstract

本发明涉及一种复合交联聚合物弱凝胶调驱剂及其制备方法，该调驱剂是由聚合物AM/AA/NVP与复合交联剂甲醛/苯酚进行脱水缩合反应而成，其配方为：聚合物AM/AA/NVP：0.12%～0.3%；复合交联剂：0.0002%～0.0006%；稳定剂：0.005%～0.025%，其余为水。本发明提供的复合交联聚合物弱凝胶调驱剂具有良好的抗剪切稀释性，经过剪切的凝胶体系粘度保留率达到80%以上，封堵率达到99%以上，突破压力大于7MPa，并且具有较强的耐冲刷能力和选择封堵能力，选择封堵能力达到80%以上。

Description

一种复合交联聚合物弱凝胶调驱剂及其制备方法

技术领域

本发明属于油田注水井调驱技术领域，特别涉及一种复合交联聚合物弱凝胶调驱剂及其制备方法。

背景技术

当油田进入高含水或特高含水期后，油田水驱问题就会越来越复杂，如何提高高含水期的油田采收率是石油界普遍关注的问题。在水驱过程中，因为油水界面张力高、岩石表面润湿性差等原因导致水驱洗油效率低，而油藏的非均质性和不利的流度比又会造成注入水沿高渗透层及高渗透区不均匀推进，在纵向上形成单层突进、舌进，在横向上形成指进，致使注入水提前突破，中低渗透层波及系数低、驱油效果差，严重影响了水驱的开发效果。

为了在水驱后进一步提高原油采收率，人们相继提出了提高波及系数（如聚合物驱、交联聚合物驱）和提高洗油效率（如表面活性剂驱、混相驱）等提高采收率的方法。

近年来，采用聚合物驱、复合驱等三次采油技术取得了良好的效果，但存在着驱油成本高、风险大、现场实施难等问题。虽然注聚合物溶液技术比较简单，但由于地层孔隙剪切及地层高温、高矿化度等因素影响，聚合物注入地层后，其有效粘度损失很大，往往达不到预期目的。而对于非均质程度较高的地层，聚合物则会沿高渗透带窜流。

对于我国处于高含水期的油田，在提高采收率方面，目前常常采用的途径仍然是以扩大注入水波及体积和提高注入水洗油效率为主，因此，改善注入水开发效果的主要方法仍然是提高注入水的波及系数，从根本上说，必须采取调驱技术改善吸水剖面，使注入水尽量波及到含油饱和度高的区域，从而将剩余油区中的原油驱出。

尽管调驱技术对某些特定的油藏能起到改善水驱开发的效果，但以提高波及系数为目的、改善吸水剖面的调驱技术，在提高洗油效率方面存在明显的不足。常规调驱技术，由于体系中化学剂浓度高，胶凝速度快，不易控制，从而限制了其注入量和有效距离，随着多次重复调驱的增加，调驱措施改善剖面的效果逐渐变差，其增产有效期缩短。同样，以降低油水界面张力、改善油藏岩石润湿性、提高洗油效率为目的的驱油技术在提高波及系数方面也存在明显不足。所以，须在充分发挥调驱技术作用的基础上，借助高效的驱油技术提高微观的驱油效率，由此提出了调驱技术。

目前，聚合物弱凝胶类的调驱剂以其胶凝时间可控、适用的范围较广的优势在油田被广泛应用。弱凝胶也可称为“流动凝胶”，主要由聚合物和交联剂两部分组成，以整体的形式存在，交联状态主要为分子间交联。

弱凝胶调驱剂可以达到深部流体改向和驱油的双重目的，一方面弱凝胶具有一定的强度能对地层中的高渗透通道产生一定的封堵作用，使后续注入水绕流至中低渗透层，起到调驱作用；另一方面，由于交联强度不高，弱凝胶在后续注入水的推动下在高渗透通道中还能缓慢向地层深部移动产生类似于聚合物驱的效果，从而能更大限度地扩大波及体积和提高驱油效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合交联聚合物弱凝胶调驱剂及其制备方法，其具有抗剪切、成胶时间可控、封堵率高、封堵强度大以及较强的耐冲刷能力和选择封堵能力等特点，并且该调驱剂的制备方法简单，使用效果好，用于提高原油采收率。

本发明采用的技术方案是：复合交联聚合物弱凝胶调驱剂，各组分的重量份为：

A、聚合物AM/AA/NVP：0.12%～0.3%；

B、交联剂：0.0002%~0.0006%；

C、稳定剂：0.005%～0.025%；

其余为水。

所述聚合物，各组分的重量份为：

A、AM：10%～18%；

B、AA：4%～8%；

C、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）：0.1%~1.1%；

D、引发剂：0.4%~0.7%。

其余为水。

所述的交联剂是甲醛/苯酚，甲醛和苯酚的摩尔比为4:1。

所述的稳定剂为硫脲。

所述的pH调节剂是丙烯酸或氢氧化钠中的一种或两种。

所述引发剂为过硫酸铵/亚硫酸氢钠，其摩尔比为1:1。

复合交联聚合物弱凝胶调驱剂的制备方法如下：

1、称取1000ml实验用水，加入到容积为1L的烧杯中；然后加入AM/AA/NVP 5.00g，配制成5000mg/L聚合物溶液，搅拌溶解完全后老化24小时；

2、用蒸馏水配制交联剂甲醛/苯酚，稳定剂硫脲母液，浓度均为10000mg/L，静置48小时；

3、取一定量聚合物母液，用实验用水稀释成目标液，然后加入交联剂、稳定剂及pH调节剂，搅拌均匀，得到反应混合物；

4、将反应混合物在50℃~80℃的烘箱中保温20h~60h，使其交联聚合，得到粘稠溶液即为复合交联聚合物弱凝胶调驱剂。

本发明还提供了制备复合交联聚合物弱凝胶所用聚合物的制备步骤如下：

1、在广口瓶中加入一定量的AM、AA，加入适量水溶解，然后加入一定量NVP，搅拌溶解；

2、将上述所配溶液用pH调节剂调节至pH=6~7，然后将反应体系放入恒温水浴锅中；

3、当温度升至30℃~50℃后，在搅拌条件下向反应体系中加入一定量过硫酸铵/亚硫酸氢钠引发剂，直至引发剂完全溶解，使其在恒温条件下反应8小时；

4、反应完成后，将聚合物剪碎，然后用乙醇提纯，并在40℃烘箱中烘干，研磨成粉末，即得到聚合物AM/AA/NVP。

本发明提供的复合交联聚合物弱凝胶调驱剂经剪切后的粘度保留率达到80%以上，封堵率大于99%，凝胶强度高，突破压力达到7MPa以上，能够在地层中封堵高渗透层和调整注水井吸水剖面，达到又“调”又“驱”的目的。另外，此复合交联聚合物弱凝胶调驱剂制备方法简单，有效期长，使用效果好。

附图说明

图1为弱凝胶调驱剂受剪切作用的影响。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和使用效果有更加清楚的认识和理解，下面通过实施例对本发明作进一步说明。

对本发明所提供的复合交联聚合物弱凝胶调驱剂的抗剪切性、封堵率、封堵强度、选择封堵能力、耐冲刷能力进行了测试，其中：弱凝胶调驱剂的抗剪切性能测试见图1，封堵率见表2，封堵强度见表3，选择封堵能力见表4，耐冲刷能力见表5。

实施例1：弱凝胶调驱剂的抗剪切性能

本实例提供一种弱凝胶调驱剂，其制备步骤如下：

称取1000ml实验用水，加入到容积为1L的烧杯中；然后加入AM/AA/NVP5.00g，配制成5000mg/L聚合物溶液，搅拌溶解完全后老化24小时；用蒸馏水配制交联剂甲醛/苯酚、稳定剂硫脲母液，浓度均为为10000mg/L，静置48小时；取40g聚合物母液，向其中加入0.04g甲醛/苯酚母液和1g稳定剂母液及58.96g的水，然后再向其中加入氢氧化钠调节其pH至7，搅拌均匀，放入60℃的烘箱中保温30h使其交联聚合，得到弱凝胶调驱剂。

将制备的调驱剂用吴茵搅拌器剪切，在3500r/min的转速下剪切不同的时间，然后用BrookfieldDV-III粘度计测定弱凝胶体系剪切后的粘度，结果见图1。

从图1可以看出，经过高速剪切后体系的粘度下降，剪切50s后凝胶粘度保留率在91.38%，说明凝胶体系具有良好的抗剪切性，能够保证溶液到达地层深部时仍具有较高的粘度，有利于扩大波及体积，提高原油采收率。

实施例2：弱凝胶调驱剂的封堵性能

本实例提供一种弱凝胶调驱剂，其制备步骤如下：

称取1000ml实验用水，加入到容积为1L的烧杯中；然后加入AM/AA/NVP 5.00g，配制成5000mg/L聚合物溶液，搅拌溶解完全后老化24小时；用蒸馏水配制交联剂甲醛/苯酚、稳定剂硫脲母液，浓度均为为10000mg/L，静置48小时；取40g聚合物母液，向其中加入0.04g甲醛/苯酚母液和1g稳定剂母液及58.96g的水，然后再向其中加入氢氧化钠调节其pH至7，搅拌均匀，放入60℃的烘箱中保温30h使其交联聚合，得到弱凝胶调驱剂。

对岩心的封堵率测试实验的具体测试步骤如下：

以2mL/min的恒定流速向填砂管中注入人工配置的模拟地层水，至压力恒定，记录流量和压力，计算填砂管的渗透率K1；

以1mL/min流速向填砂管中注入上述弱凝胶调驱剂，放入60℃恒温箱中成胶，保温时间42h；后续水驱，以1mL/min流速向填砂管中注入地层水，记录突破压力和平稳后的压力，计算渗透率K2。

封堵率结果见表2。

表2封堵率实验结果

从表2可知，所研制的弱凝胶在填砂管模拟实验中的封堵率为99%以上，最高达到99.95%，封堵率很高，封堵效果很好。

实施例3：弱凝胶调驱剂的封堵强度

本实例提供一种弱凝胶调驱剂，其制备步骤如下：

称取1000ml实验用水，加入到容积为1L的烧杯中；然后加入AM/AA/NVP 5.00g，配制成 5000mg/L聚合物溶液，搅拌溶解完全后老化24小时；用蒸馏水配制交联剂甲醛/苯酚、稳定剂硫脲母液，浓度均为为10000mg/L，静置48小时；取40g聚合物母液，向其中加入0.04g甲醛/苯酚母液和1g稳定剂母液及58.96g的水，然后再向其中加入氢氧化钠调节其pH至7，搅拌均匀，放入60℃的烘箱中保温30h使其交联聚合，得到弱凝胶调驱剂。

对上述弱凝胶调驱剂进行封堵实验，弱凝胶的封堵强度用突破压力来描述，具体测试步骤如下：

先将填砂管饱和地层水；

以2mL/min的流量注入一定量的弱凝胶，把注入弱凝胶的填砂管两端密闭后，放进设定温度为油层温度的烘箱中等待成胶；

在温度为油层温度下，以1mL/min流量注入地层水，直至填砂管出口端流出第一滴液体，且以后不断有液体流出，此时进口端压力表的读数为弱凝胶的突破压力Pmax，该值与岩心长度的比值即为突破压力梯度Pm。

测试结果如表3，弱凝胶形成的封堵需要较高压力才能够突破，说明弱凝胶能够在地层中形成很强的封堵作用。

表3突破压力和突破压力梯度

实施例4：弱凝胶调驱剂的选择封堵能力

本实例提供一种弱凝胶调驱剂，其制备步骤如下：

对上述弱凝胶调驱剂进行岩心的选择封堵能力测试实验。

弱凝胶对不同渗透率级差地层的封堵情况，以剖面改善率来定量描述。模拟地层条件，将两个渗透率不同的填砂管并联，测量调驱前后高低渗透层的吸水量，然后计算剖面改善程度。实验结果见表4。

表4选择封堵能力

由表4可知，当具有渗透率差异的两根填砂管并联时，渗透率较大的填砂管吸收的弱凝胶的量较多，封堵率更高，这说明该调驱剂具有一定的选择性封堵能力，能够首先封堵高渗透层和大孔道；并且弱凝胶注入量越大，剖面改善能力越强。

实施例5：弱凝胶调驱剂的耐冲刷能力

本实例提供一种弱凝胶调驱剂，其制备步骤如下：

对上述弱凝胶调驱剂进行岩心的耐冲刷能力测试实验。具体测试步骤如下：

先将填砂管饱和地层水；

向填砂管中继续注入地层水，测定每注入一定孔隙体积倍数模拟地层水后的渗透率和堵塞率。实验结果如表5，随着注水量的增加，冲刷压力没有大幅度降低，而是在一定范围内波动，说明所用弱凝胶形成的封堵能够长时间保持，封堵具有较好的耐冲刷能力。

表5耐冲刷能力测试结果

以上所述实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明可实施范围的限制，该领域的研究人员可以根据以上本发明的内容作出一些非本质的调整和改进，但都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种复合交联聚合物弱凝胶调驱剂的制备方法，其特征在于，该调驱剂是由聚合物AM/AA/NVP通过其酰胺基与复合交联剂甲醛/苯酚中的羟基进行脱水缩合反应而成，各组分的重量份为：聚合物：0.12％～0.3％；交联剂：0.0002％～0.0006％；稳定剂：0.005％～0.025％，其余为水，调驱剂在温度为50℃～80℃、pH值为6～7.5条件下成胶；

所述聚合物为AM/AA/NVP，它是以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)及N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)作为聚合单体，在引发剂过硫酸铵/亚硫酸氢钠的作用下发生自由基聚合得到，它的制备步骤如下：

(1)在广口瓶中加入一定比例的AM、AA，再加入适量水溶解，然后加入一定量NVP，搅拌溶解完全；

(2)将上述所配溶液用pH调节剂调节至pH＝6～7，然后将反应体系放入恒温水浴锅中；

(3)当温度升至30℃～50℃后，在搅拌条件下向反应体系中加入一定量过硫酸铵/亚硫酸氢钠作为引发剂，直至引发剂完全溶解，在恒温条件下反应8小时；

(4)反应完成后，将聚合物剪碎，然后用乙醇提纯，并在40℃烘箱中烘干，研磨成粉末，即得到聚合物AM/AA/NVP；

所述交联剂为甲醛/苯酚，其摩尔比为4:1；

所述稳定剂为硫脲；

所述聚合物由AM、AA、NVP以及引发剂合成，各组分的重量份为：AM：10％～18％；AA：4％～8％；NVP：0.1％～1.1％；引发剂：0.4％～0.7％；其余为水；

所述pH调节剂为丙烯酸或氢氧化钠；

所述引发剂为硫酸铵/亚硫酸氢钠，其摩尔比为1:1；

所述的复合交联聚合物弱凝胶调驱剂的制备步骤如下：

(1)称取1000mL实验用水，加入到容积为1L的烧杯中；然后加入AM/AA/NVP共聚物5.00g，配制成5000mg/L聚合物溶液，搅拌溶解完全后老化24小时；

(2)用蒸馏水配制交联剂甲醛/苯酚、稳定剂硫脲母液，浓度均为10000mg/L，静置48小时；

(3)取一定量聚合物溶液，用实验用水稀释成目标液，然后加入交联剂、稳定剂及pH调节剂，搅拌均匀，得到反应混合物；

(4)将反应混合物在50℃～80℃的烘箱中保温20h～60h，使其交联聚合，得到粘稠溶液即为复合交联聚合物弱凝胶调驱剂。