復(fù)雜斷塊油藏提高采收率剛性聚丙烯酰胺的研究與評(píng)價(jià)

王歡 劉存輝 周傳臣 毛艷妮 劉潔

摘 要：聚合物驅(qū)油技術(shù)逐漸采用污配、污稀，污水中含有的二價(jià)金屬離子、細(xì)菌等物質(zhì)降低聚合物溶液粘度。如何改進(jìn)聚丙烯酰胺的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一種對(duì)污水不敏感、無需使用穩(wěn)定劑就可以保持穩(wěn)定的高粘度剛性聚丙烯酰胺，是目前需要解決的技術(shù)問題。本文通過優(yōu)化引發(fā)體系，引入合適的功能單體，成功制備出適應(yīng)于復(fù)雜斷塊油藏條件的剛性聚合物，通過性能評(píng)價(jià)成功進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：三次采油技術(shù);剛性聚合物驅(qū)油劑

要求在高溫高礦化度條件下，滿足油田采油的需求，成為下一步聚丙烯酰胺研究的方向之一。

1 研究機(jī)理

1.1 合成機(jī)理提高聚丙烯酰胺耐溫抗鹽性能的主要途徑

驅(qū)油用聚丙烯酰胺在使用過程中，由于受溫度降解和鹽敏效應(yīng)影響，增粘能力下降，需引入功能性基團(tuán)提高分子結(jié)構(gòu)的耐溫抗鹽性。在傳統(tǒng)的二元聚合物基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮在親水大分子主鏈上引入少量的疏水嵌段，從而得到雙親水的嵌段聚合物，合成了兼具陰離子性和疏水性的丙烯酰胺類嵌段聚合物，從而提高了聚合物的抗鹽性。

1.2 引入耐鹽基團(tuán)

剛性網(wǎng)鏈聚丙烯酰胺采用嵌段共聚方法，在分子結(jié)構(gòu)中引入對(duì)鹽不敏感的磺酸基可提高耐鹽性，增加耐鹽單體2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）剛性基團(tuán)對(duì)外界陽(yáng)離子不敏感、電荷密度高的特點(diǎn)提高水化作用。

1.3 引入剛性側(cè)基

聚合物分子鏈的柔順性是其發(fā)生剪切降解的主要原因，在分子結(jié)構(gòu)中引入環(huán)狀結(jié)構(gòu)和支鏈結(jié)構(gòu)可提高聚合物鏈的剛性及耐水解性能，如引入BH-1，可明顯抑制聚合物中酰胺基的水解，同時(shí)環(huán)狀結(jié)構(gòu)的引入極大提高了抗剪切性能。

1.4 引入疏水基團(tuán)

將一定量的疏水長(zhǎng)鏈基團(tuán)疏水單體BH-2引入親水的大分子中形成分子內(nèi)或分子間締合，由于鹽離子對(duì)疏水長(zhǎng)鏈烷基的締合結(jié)構(gòu)影響不大，可阻止粘度的迅速下降，提高其耐溫耐鹽性能。

2 室內(nèi)研究

2.1 主要原料與儀器

純水（電導(dǎo)≤2.0us/cm），自制;丙烯酰胺（精制生物單體），自制;2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS），BH-2，優(yōu)級(jí)品（純度≥99%）自制;BH-1，自制;粒狀氫氧化鈉，工業(yè)級(jí);EDTA二鈉、甲酸鈉、偶氮二異戊腈，分析純;尿素、硫脲、亞硫酸氫鈉，工業(yè)級(jí)。

2.2 主要儀器

恒溫水浴鍋，控溫達(dá)100℃;分析天平，分度值0.0001g;杜瓦瓶;高純氮?dú)猓兌取?9.99%;磁力攪拌器;立式攪拌;酸度計(jì);粘度計(jì)DV-Ⅱ;恒溫烘箱;烏式粘度計(jì);1mL微量滴定管等。

3 合成

在氧化還原及偶氮復(fù)合引發(fā)體系中，將精制丙烯酰胺單體AM、功能單體AMPS及BH-1、BH-2在引發(fā)溫度2-5℃下進(jìn)行反聚合反應(yīng)，水解的同時(shí)加入自制的混合穩(wěn)定劑，既提高了聚丙烯酰胺的抗鹽能力，又保證了超高分子量剪切降解及抗溫性能，制得剛性聚丙烯酰胺。

合成方法：

①配置純堿與精制單體AM的第一混合水溶液以及疏水單體丙烯酸十八酯、OP-10與脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉的第二混合水溶液，將第二混合水溶液緩慢加入第一混合水溶液中，攪拌均勻后降溫至2-5℃;②加入尿素、氯化鈉并將移入杜瓦瓶，鼓氮?dú)獬?0min后加入金屬離子屏蔽劑EDTA，繼續(xù)除氧20min后加入鏈轉(zhuǎn)移劑甲酸鈉，再繼續(xù)除氧20min后先加入引發(fā)劑，2min后再加入還原劑亞硫酸氫鈉，接著通氮?dú)庵敝寥芤鹤冋吵砗蠓饪?③封口后待溶液溫度升至最高值并自然降溫2h后，將膠體放入70-80℃的恒溫水浴中水解5-10h后取出，剪碎后滴入分散劑，攪拌均勻后放入烘箱于65℃下干燥1.5-2h，最后粉碎、過篩即可。

4 剛性聚合物研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 剛性聚合物的合成

單體、引發(fā)溫度、引發(fā)劑溫度、pH值等因素都會(huì)影響產(chǎn)品性能。在合成時(shí)，引入帶有大側(cè)基或剛性基團(tuán)單體，即使分子鏈斷裂，由于剛性基團(tuán)位阻效應(yīng)和分子運(yùn)動(dòng)阻力大，可提高聚合物抗溫耐鹽性能。我們通過研究從調(diào)整引發(fā)體系、引發(fā)劑加量、功能性單體的濃度和引發(fā)溫度等，最終合成出具有耐溫抗鹽性能的剛性高粘聚合物。

4.2 剛性聚合反應(yīng)研究結(jié)論

根據(jù)以上試驗(yàn)研究得出：分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，先對(duì)BH-1和BH-2兩種功能單體進(jìn)行預(yù)處理，微聚成小聚體，再進(jìn)提純制成高純度的“嵌段單體”，再在氧化還原偶氮引發(fā)體系組成的引發(fā)體系下進(jìn)行模板聚合反應(yīng)，最終形成了耐鹽耐高溫的BHGL-80型聚丙烯酰胺。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

目前研發(fā)的耐溫抗鹽剛性聚合物BHGL-80型功能性聚合物，已應(yīng)用于油藏溫度60-100℃，礦化度1萬-2萬 mg/L，為特殊地區(qū)的復(fù)雜油藏開展聚合物驅(qū)技術(shù)提供基礎(chǔ)保障。大港油田從南到北地層溫度變化大，水質(zhì)礦化度、硬度變化復(fù)雜，對(duì)深部調(diào)驅(qū)技術(shù)廣泛應(yīng)用的聚合物和驅(qū)油用聚合物的性能影響很大，該產(chǎn)品的研發(fā)為解決此類問題提供了技術(shù)支持。

4.4 剛性聚合物研究結(jié)論

研制出的BHGL-80型功能聚合物，在礦化度20000 mg/L時(shí)，其水溶液粘度高于同條件下的普通聚合物水溶液的粘度20MPa.s，有良好的抗鹽性能、抗溫性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]周華，胡瑞，李田霞，等.制備陰離子聚丙烯酰胺影響因素的研究[J].化學(xué)工程師，2005（7）：5-6+33.