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CN109135700A - 乳液悬浮聚合物选择性堵水剂及其制备方法 - Google Patents

乳液悬浮聚合物选择性堵水剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种乳液悬浮聚合物选择性堵水剂，其包含以下组分：(1)含丙烯酰胺和N,N‑二甲基丙烯酰胺的水溶液，其中丙烯酰胺和N,N‑二甲基丙烯酰胺的总含量为0.5‑15质量％，优选为1‑10质量％；(2)油溶性单体苯乙烯或甲基丙烯酸辛酯，(3)乳化剂，(4)引发剂，其中基于组分(1)‑(3)的总量计，油溶性单体的含量为1.0‑10质量％，优选为1.5‑8质量％。本发明还涉及所述选择性堵水剂的制备方法。

Description

乳液悬浮聚合物选择性堵水剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种乳液悬浮聚合物选择性堵水剂及其制备方法。
背景技术
油井堵水工艺是优化油气田注水开发成果的一项关键性技术。地层中的水层与油层相互交织在一起，非均质性严重，现有的施工技术很难将两种储层进行有效隔离，但是油田企业为稳定原油产量，还要尽可能的降低油井的综合含水率，为此对具有油/水高选择性的堵水剂提出了更高的要求。现有的水基、油基、聚合物凝胶等堵水体系，虽然具有一定的选择性，但是既堵水又堵油，实验室内物模实验结果表明，现有堵水剂的堵油率均大于35％，而且体系的耐温抗盐性能也较差，推广应用范围比较小。水溶性聚合物堵水剂虽然会选择优先进入到含水饱和度较高的地层，但是在地层运移中会有部分的水溶性聚合物堵水剂进入到油层中，由于该类堵水剂自身没有自行解堵的能力，将其排出是十分困难的。油基水泥堵水剂虽然也能较大程度的提高原油采收率，但是还存在很大的弊端，它一般封堵的是含水饱和度较高的地层，当油基水泥堵水剂流入到油水混合的地层时，即使油层中只混合着很少一部分的地层水，也会与地层水发生反应使水泥凝固，这说明了油基水泥堵水剂的堵水选择性能还有很大程度的欠缺。聚合物凝胶类堵水剂借助于油水作用下有效可动体积的变化，使油水相渗透率发生不均匀的降低，但该处理方式会造成油水通道物理封堵，导致多孔介质渗流能力下降，油井产水大幅度降低的同时产油能力也降低，处理不当会造成产液量过低，使原油减产。
目前，国内外选择性堵水剂以及深部调剖技术日臻完善，在选择性堵水材料的研究开发、施工工艺等技术上已经有了长足发展，但随着油田开发，油层特性以及环境不断发生变化，尤其是到了开发后期，长期采用堵水材料使油藏开发的矛盾更为突出，更需要研发新的选择性堵水材料，改善选择性体系的堵水效果。
目前，油井堵水所使用的选择性堵剂多是由聚丙烯酰胺及其衍生物等水溶性聚合物在地层内生成凝胶或冻胶对地层水进行封堵，或用油基堵剂遇水成胶或固化封堵水窜通道，但由于其选择性差，在堵水的同时也会大幅度降低油相渗透率，造成堵后低液，制约了油井堵水技术的应用。因此研制一种新型选择性堵水材料，实现油层的堵水不堵油，对特高含水期提高油井产能具有重要的意义。
发明内容
本发明提供了一种乳液悬浮聚合物选择性堵水剂，其包含以下组分：
(1)含丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺的水溶液，其中丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺的总含量为0.5-15质量％，优选为1-10质量％；
(2)油溶性单体苯乙烯或甲基丙烯酸辛酯，
(3)乳化剂，
(4)引发剂，
其中基于组分(1)-(3)的总量计，油溶性单体的含量为1.0-10质量％，优选为1.5-8质量％。
本发明另一方面提供了所述的乳液悬浮聚合物选择性堵水剂的制备方法，其包含以下步骤：
(1)称取丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺配成水溶液，并调节该水溶液的pH值为6-10；
(2)将油溶性单体和乳化剂加入到上述溶液中，充分搅拌后形成稳定的乳液；
(3)向步骤(2)的乳液中加入水溶性引发剂和油溶性引发剂，充分搅拌乳化后，升温、引发聚合，得到乳液悬浮聚合物选择性堵水剂。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明是在水基丙烯酰胺共聚物的乳液中引入一种油溶性的聚合物颗粒，油溶性的聚合物颗粒可稳定悬浮于水基乳液中，通过高压泵可顺利注入到油藏地层中。油溶性颗粒的存在可大大增加了堵水剂材料的耐温抗盐性能和抗冲刷性能。在地层中，当堵水剂受到水层环境温度和压力的影响，可以发生变形，聚集的大量油溶性颗粒堵水剂相互作用，对含水饱和度较高的岩石孔隙地层形成有效封堵，进而大大降低油井的出水量。部分油溶性颗粒堵水剂流入到油层后，由于自身较好的油溶性，便能够溶入到原油中，与地下原油一起返排至地面，从而显著改善堵水材料的油/水选择性，达到堵水不堵油的效果。
本发明的堵水材料经注入油藏地层中，进入水相层后，其中的油溶性颗粒可对孔道进行有效封堵进而降低水相渗透率，加大水相封堵作用；进入油相层后，其中的油溶性颗粒溶于原油而不影响油相渗透率，从而达到选择性堵水而不堵油的效果。
具体实施方式
本发明提供了一种乳液悬浮聚合物选择性堵水剂，其包含以下组分：
(1)含丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺的水溶液，其中丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺的总含量为0.5-15质量％，优选为1-10质量％；
(2)油溶性单体苯乙烯或甲基丙烯酸辛酯，
(3)乳化剂，
(4)引发剂，
其中基于组分(1)-(3)的总量计，油溶性单体的含量为1.0-10质量％，优选为1.5-8质量％。
在一个优选的实施方案中，乳化剂由主乳化剂A和助乳化剂B组成，
其中主乳化剂A选自十二烷基磺酸钠(SBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，或其混合物；
其中助乳化剂B选自司盘20、司盘40、司盘60、司盘80、吐温20、吐温40、吐温60、吐温80，或其混合物。
在一个优选的实施方案中，组分(1)的水溶液中，N,N-二甲基丙烯酰胺的浓度为0.1-8质量％，优选0.2-5质量％。
在一个优选的实施方案中，基于组分(1)-(3)的总量计，乳化剂的含量为1.0-5质量％；并且主乳化剂A的含量为0.5-4.5质量％。
在一个优选的实施方案中，引发剂由水溶性引发剂和油溶性引发剂组成，其中水溶性引发剂是由过硫酸盐氧化剂与亚硫酸盐还原剂组成的氧化-还原引发体系；
其中油溶性引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯，或其混合物。
在一个优选的实施方案中，基于所使用的丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺的总质量计，所述过硫酸盐氧化剂的加入量为0.01-0.1质量％且所述亚硫酸盐还原剂的加入量为0.005-0.05质量％；
其中基于所使用的油溶性单体的总质量计，所述油溶性引发剂的加入量为0.01-0.1质量％，其称量后直接加入。
过硫酸盐氧化剂可以选择过硫酸碱金属盐或铵盐，例如过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。使用时，所述过硫酸盐氧化剂优选质量浓度为0.1-0.2％的过硫酸钾水溶液或是质量浓度为0.1-0.2％的过硫酸铵水溶液。
所述亚硫酸盐还原剂可以选择亚硫酸碱金属盐，使用时，所述亚硫酸盐还原剂优选质量浓度为0.1-0.2％的亚硫酸氢钾水溶液或是质量浓度为0.1-0.2％亚硫酸氢钠水溶液。
本发明另一方面提供了所述的乳液悬浮聚合物选择性堵水剂的制备方法，其包含以下步骤：
(1)称取丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺配成水溶液，并调节该水溶液的pH值为6-10；
(2)将油溶性单体和乳化剂加入到上述溶液中，充分搅拌后形成稳定的乳液；
(3)向步骤(2)的乳液中加入水溶性引发剂和油溶性引发剂，充分搅拌乳化后，升温、引发聚合，得到乳液悬浮聚合物选择性堵水剂。
在一个优选的实施方案中，步骤(3)中，升温至40-60℃下，并引发聚合6小时以上，例如6-8小时。
在一个优选的实施方案中，步骤(3)中，水溶性引发剂以0.1-0.2质量％的水溶液形式使用。
在一个实施方案中，本发明堵水剂的制备方法，包括以下步骤：
第1步，称取丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺加入到保温聚合瓶中配成水溶液，用碱(例如，氢氧化钠或碳酸钠)调节该水溶液的pH值为6-10；
第2步，称取油溶性单体、主乳化剂A和助乳化剂B加入到上述溶液中，充分搅拌后形成稳定的乳液；
第3步，向第2步中乳液中加入水溶性引发剂和油溶性引发剂，充分搅拌乳化后，升至40℃-60℃温度，引发聚合6-8小时得到本发明的堵水材料。
在本发明中，若无相反说明，则操作在常压条件进行。
在本发明中，除非另外说明，否则所有份数、百分数均以质量计。
在本发明中，所用物质均为已知物质，可以购得或通过已知的方法合成。
在本发明中，所用装置或设备均为所述领域已知的常规装置或设备，均可购得。
本发明中，封堵率是在岩心流动试验装置上按照《钻井液用桥接堵漏材料室内试验方法》SY/T5840—2007中的封堵率测试步骤进行。
堵水率的测定：将人造岩心装入岩心夹持器，先用水饱和，测其孔隙体积PV和水相渗透率(Kw1)，然后注入1.0PV的堵水剂，在90℃下养护24h后，再用水测定其加入堵水剂后的渗透率(Kw2)，Kw2和Kw1的比值(Kw2/Kw1)即为堵水率。
堵油率的测定：将人造岩心装入岩心夹持器，先用油饱和，测其孔隙体积PV和油相渗透率(Ko1)，然后注入1.0PV的堵水剂，在90℃下养护24h后，再用油测定其加入堵水剂后的渗透率(Ko2)，Ko2和Ko1的比值(Ko2/Ko1)即为堵油率。
耐冲刷倍数的测定：在测定堵水率后，继续往岩心内注入50倍孔隙体积倍数(PV)的水，同时记录不同PV数下的渗透率，并且根据上述关于堵水率的测定方法计算出不同PV数下的堵水率，耐冲刷倍数即为堵水率≥80％时所注入水的最大PV数。通常情况下，测定50PV数下的堵水率，该值≥80％说明该材料具有优异的耐冲刷性能。
其中，人造岩心是通过将40-60目的石英砂在模具中填实而获得。
实施例1
本发明的乳液悬浮聚合物选择性堵水剂的制备：
(1)称取2.9g丙烯酰胺和0.6g N,N-二甲基丙烯酰胺加入到300mL的水中搅拌充分溶解后，用碱调节该水溶液的pH值为6.0，得到稳定的水溶液；
(2)称取6.0g苯乙烯、1.5g主乳化剂SDBS和1.5g助乳化剂司盘20加入到上述溶液中，充分搅拌后形成稳定的乳液；
(3)向第2步中乳液中依次加入0.2％的过硫酸钾水溶液0.15g、0.1％的亚硫酸氢钠水溶液0.15g和油溶性引发剂0.6mg，充分搅拌乳化后，升至40℃，引发聚合6-8小时，得到聚合物堵水材料DSJ1。
经测试，在高温(90℃)和高盐(矿化度为50,000mg/L)的条件下，该堵水材料的堵水率为94.5％，堵油率为12.3％，耐冲刷倍数大于50PV。这说明本实施例制备得到的堵水材料对油/水具有优异的选择性封堵率和耐冲刷性，特别是在高温和高盐条件下也仍然具有较好的油/水选择性封堵率。
实施例2
本发明的乳液悬浮聚合物选择性堵水剂的制备：
(1)称取9.0g丙烯酰胺和6.0g N,N-二甲基丙烯酰胺加入到300mL的水中搅拌充分溶解后，用碱调节该水溶液的pH值为7.0，得到稳定的水溶液；
(2)称取15.0g苯乙烯、6.0g主乳化剂SBS和3.0g助乳化剂司盘40加入到上述溶液中，充分搅拌后形成稳定的乳液；
(3)向第2步中乳液中依次加入0.2％的过硫酸钾水溶液3.75g、0.1％的亚硫酸氢钠水溶液3.75g和油溶性引发剂7.5mg，充分搅拌乳化后，升至45℃，引发聚合7小时，得到聚合物堵水材料DSJ2。
经测试，在高温(90℃)和高盐(矿化度为50,000mg/L)的条件下，该堵水材料的堵水率为96.2％，堵油率为10.3％，耐冲刷倍数大于50PV。这说明本实施例制备得到的堵水材料对油/水具有优异的选择性封堵率和耐冲刷性，特别是在高温和高盐条件下也仍然具有较好的油/水选择性封堵率。
实施例3
本发明的乳液悬浮聚合物选择性堵水剂的制备：
(1)称取15.0g丙烯酰胺和15.0g N,N-二甲基丙烯酰胺加入到300mL的水中搅拌充分溶解后，用碱调节该水溶液的pH值为7.0，得到稳定的水溶液；
(2)称取30.0g苯乙烯、10.0g主乳化剂SDS和5.0g助乳化剂吐温80加入到上述溶液中，充分搅拌后形成稳定的乳液；
(3)向第2步中乳液中依次加入0.2％的过硫酸钾水溶液15.0g、0.1％的亚硫酸氢钠水溶液15.0g和油溶性引发剂30mg，充分搅拌乳化后，升至60℃，引发聚合8小时，得到聚合物堵水材料DSJ3。
经测试，在高温(90℃)和高盐(矿化度为50,000mg/L)的条件下，该堵水材料的堵水率为96.5％，堵油率为8.9％，耐冲刷倍数大于50PV。这说明本实施例制备得到的堵水材料对油/水具有优异的选择性封堵率和耐冲刷性，特别是在高温和高盐条件下也仍然具有较好的油/水选择性封堵率。
实施例4
本发明的乳液悬浮聚合物选择性堵水剂的制备：
(1)称取10.0g丙烯酰胺和8.0g N,N-二甲基丙烯酰胺加入到300mL的水中搅拌充分溶解后，用碱调节该水溶液的pH值为7.0，得到稳定的水溶液；
(2)称取12.0g甲基丙烯酸辛酯、6.0g主乳化剂SDBS和6.0g助乳化剂吐温40加入到上述溶液中，充分搅拌后形成稳定的乳液；
(3)向第2步中乳液中依次加入0.2％的过硫酸钾水溶液1.8g、0.1％的亚硫酸氢钠水溶液1.8g和油溶性引发剂6.0mg，充分搅拌乳化后，升至50℃，引发聚合7小时，得到聚合物堵水材料DSJ4。
经测试，在高温(90℃)和高盐(矿化度为50,000mg/L)的条件下，该堵水材料的堵水率为97.6％，堵油率为6.8％，耐冲刷倍数大于50PV。这说明本实施例制备得到的堵水材料对油/水具有优异的选择性封堵率和耐冲刷性，特别是在高温和高盐条件下也仍然具有较好的油/水选择性封堵率。

Claims (9)

1.一种乳液悬浮聚合物选择性堵水剂，其包含以下组分：
(1)含丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺的水溶液，其中丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺的总含量为0.5-15质量％，优选为1-10质量％；
(2)油溶性单体苯乙烯或甲基丙烯酸辛酯，
(3)乳化剂，
(4)引发剂，
其中基于组分(1)-(3)的总量计，油溶性单体的含量为1.0-10质量％，优选为1.5-8质量％。
2.根据权利要求1所述的乳液悬浮聚合物选择性堵水剂，其中乳化剂由主乳化剂A和助乳化剂B组成，
其中主乳化剂A选自十二烷基磺酸钠(SBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，或其混合物；
其中助乳化剂B选自司盘20、司盘40、司盘60、司盘80、吐温20、吐温40、吐温60、吐温80，或其混合物。
3.根据权利要求1所述的乳液悬浮聚合物选择性堵水剂，其中组分(1)的水溶液中，N,N-二甲基丙烯酰胺的浓度为0.1-8质量％，优选0.2-5质量％。
4.根据权利要求1或2所述的乳液悬浮聚合物选择性堵水剂，其中基于组分(1)-(3)的总量计，乳化剂的含量为1.0-5质量％；并且主乳化剂A的含量为0.5-4.5质量％。
5.根据权利要求1所述的乳液悬浮聚合物选择性堵水剂，其中引发剂由水溶性引发剂和油溶性引发剂组成，其中水溶性引发剂是由过硫酸盐氧化剂与亚硫酸盐还原剂组成的氧化-还原引发体系；
其中油溶性引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯，或其混合物。
6.根据权利要求5所述的乳液悬浮聚合物选择性堵水剂，其中基于所使用的丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺的总质量计，所述过硫酸盐氧化剂的加入量为0.01-0.1质量％且所述亚硫酸盐还原剂的加入量为0.005-0.05质量％；
其中基于所使用的油溶性单体的总质量计，所述油溶性引发剂的加入量为0.01-0.1质量％。
7.根据权利要求1-6任一项所述的乳液悬浮聚合物选择性堵水剂的制备方法，其包含以下步骤：
(1)称取丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺配成水溶液，并调节该水溶液的pH值为6-10；
(2)将油溶性单体和乳化剂加入到上述溶液中，充分搅拌后形成稳定的乳液；
(3)向步骤(2)的乳液中加入水溶性引发剂和油溶性引发剂，充分搅拌乳化后，升温、引发聚合，得到乳液悬浮聚合物选择性堵水剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中步骤(3)中，升温至40-60℃下，并引发聚合6小时以上，例如6-8小时。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其中步骤(3)中，水溶性引发剂以0.1-0.2质量％的水溶液形式使用。
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