技术领域
[0001] 本
发明涉及油田提高采收率技术领域,特别涉及一种纳米
二氧化硅/聚合物驱油剂及其合成方法。
背景技术
[0002] 广泛用于聚合物驱中的线性聚合物(聚丙烯酰胺和部分
水解聚丙烯酰胺),受到剪切作用后,聚合物的分子链将遭到破坏,使得聚合物的
粘度以及在多孔介质中的
吸附滞留能
力降低,从而导致聚合物的流度控制能力降低。为了克服线性聚合物存在的上述问题,非线性的聚合物受到越来越多的关注,这些聚合物主要有星形聚合物、支化聚合物以及树枝状聚合物等。此外,在聚合物中加入某些合适的
纳米材料,例如纳米二氧化硅、氧化
钛、氧化锌等,可以显著提高聚合物经过剪切后的粘度保留率以及在
地层中的吸附滞留能力。
[0003] 许多研究发现表明,纳米SiO2表面存在大量的不同状态的羟基,这使得纳米SiO2表面能较高,具有很高的化学活性,处于
热力学非稳定的状态。利用这一特性,可以将多种物质接枝到纳米SiO2颗粒表面,同时修饰物还可以将不同的有机官能团引到纳米SiO2颗粒表面,使其功能化。纳米二氧化硅经过含有双键的硅烷
偶联剂修饰以后,在表面接枝上了具有反应活性的双键,可与其他聚合物
单体反应,可以合成出具有一定空间网络结构、同时具有较强抗剪切能力的聚合物。
[0004] 本发明是将纳米二氧化硅引入到驱油用聚合物中,用以提高驱油用聚合物的抗剪切性能、耐温性以及
耐盐性等性能,从而提高
原油的采收率。
发明内容
[0005] 本发明的目的是:为了使驱油剂具有良好的耐温性能、耐盐性能以及抗剪切性能,特提供一种纳米二氧化硅/聚合物驱油剂及其合成方法。
[0006] 本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是:一种纳米二氧化硅/聚合物驱油剂,该驱油剂是由丙烯酰胺、
丙烯酸、纳米二氧化硅功能单体构成的三元共聚物,其结构式如下:
[0007]
[0008] 式中x、y、n为聚合度,红外
光谱见图1;所用原料单体的
质量百分数为:丙烯酰胺60.5%-69.9%,丙烯酸30%-35%,纳米二氧化硅功能单体0.1%-4.5%,质量以克为单位。
[0009] 该驱油剂的合成方法为:先在250ml三颈烧瓶中加入0.05g纳米二氧化硅功能单体、6.50g丙烯酰胺以及3.45g丙烯酸,用氢氧化钠溶液调节pH值为7.0-7.5,配成单体总质量浓度为20%的水溶液,通氮气45min;再加入引发剂过
硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液,过硫酸铵和亚硫酸氢钠的摩尔比为1:1,引发剂加入量为单体总质量的0.5%,继续通入氮气,在
温度为45℃条件下反应8h;然后经过无水
乙醇洗涤、烘干、
粉碎制得三元共聚物。
[0010] 纳米二氧化硅功能单体的制法为:首先在250ml三口烧瓶中依次加入1.54g纳米二氧化硅、100ml无水乙醇、17.22g蒸馏水以及1.58ml质量浓度为28%的
氨水,再用
超声波分散30min;然后在搅拌条件下向三口烧瓶中缓慢滴加0.22g乙烯基三乙氧基硅烷;待乙烯基三乙氧基硅烷滴加完后,在温度为30℃的水浴中反应18h,经离心、干燥后制得纳米二氧化硅功能单体。该驱油剂的应用是:将上述制得的三元共聚物配制成质量浓度为1500mg/-1L的水溶液,粘度为145.5mPa.s(
剪切速率为7.34s ,温度为65℃,水溶液的总矿化度为
6000mg/L);将该水溶液注入到一维填
砂模型(填砂模型内径25mm,长度为500mm,原始含油-1
饱和度为82%,水驱至含水率为95%,所用原油在温度为65℃、剪切速率为7.34s 条件下的粘度为70.2mPa.s)中,注入速率为1ml/min,在注入0.3PV该驱油剂水溶液后,继续水驱至含水率为95%,该驱油剂提高采收率12.5%。
[0011] 本发明具有以下有益效果:(1)将纳米二氧化硅经过乙烯基三乙氧基硅烷改性后,在纳米二氧化硅表面引入可聚合的双键,并与丙烯酰胺和丙烯酸聚合,制得的三元共聚物具有纳米二氧化硅以及聚合物的特性;(2)该驱油剂具有较强的抗剪切能力,在高剪切速率下具有较高的粘度,能够较大幅度提高原油采收率。
附图说明
[0012] 图1为本发明三元共聚物的红外光谱图;
[0013] 图2为本发明三元共聚物粘度与剪切速率的关系曲线;
[0014] 图3为本发明三元共聚物粘度与温度的关系曲线;
[0015] 图4为本发明三元共聚物粘度与矿化度的关系曲线。
具体实施方式
[0016] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及
实施例,对本发明进行进一步的详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定发明。
[0017] 实施例1:纳米二氧化硅功能单体的制备
[0018] 首先在250ml三口烧瓶中依次加入1.54g纳米二氧化硅、100ml无水乙醇、17.22g蒸馏水以及1.58ml质量浓度为28%的氨水,再用
超声波分散30min;然后在搅拌条件下向三口烧瓶中缓慢滴加0.22g乙烯基三乙氧基硅烷;待乙烯基三乙氧基硅烷滴加完后,在温度为30℃的水浴中反应18h,经离心、干燥后制得纳米二氧化硅功能单体。
[0019] 实施例2:纳米二氧化硅/聚合物驱油剂的合成
[0020] 先在250ml三颈烧瓶中加入0.05g纳米二氧化硅功能单体、6.50g丙烯酰胺以及3.45g丙烯酸,用氢氧化钠溶液调节pH值为7.0-7.5,配成单体总质量浓度为20%的水溶液,通氮气45min;再加入引发剂过硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液,过硫酸铵和亚硫酸氢钠的摩尔比为1:1,引发剂加入量为单体总质量的0.5%,继续通入氮气,在温度为45℃条件下反应8h;然后经过无水乙醇洗涤、烘干、粉碎制得三元共聚物。
[0021] 实施例3:纳米二氧化硅/聚合物驱油剂的表征
[0022] 通过实施例2合成的纳米二氧化硅/聚合物驱油剂的红外光谱图如图1所-1 -1 -1示,-C(O)NH2的伸缩振动峰位于3419cm ,-C=O的伸缩振动峰位于1675cm ,在1105cm 处-1
为Si-O的反对称伸缩振动吸收峰,在780cm 处为Si-O的弯曲振动吸收峰。
[0023] 实施例4:纳米二氧化硅/聚合物驱油剂的抗剪切性能
[0024] 将上述制得的纳米二氧化硅/聚合物驱油剂配制成质量浓度为1500mg/L的水溶液,水溶液的总矿化度为6000mg/L,在65℃下用流变仪测定其在不同剪切速率下的粘度,-1由图2可知,在剪切速率低于50s 时,随着剪切速率的增大,水溶液的粘度下降幅度较大;
-1
在剪切速率高于50s 时,随着剪切速率的增大,水溶液的粘度下降幅度较小,粘度保留率较高。
[0025] 实施例5:纳米二氧化硅/聚合物驱油剂的耐温性能
[0026] 将上述制得的纳米二氧化硅/聚合物驱油剂配制成质量浓度为1500mg/L的水溶-1液,用Brookfiled
粘度计测定其在不同温度下的粘度,剪切速率为7.34s ,水溶液的总矿化度为6000mg/L,由图3可知,水溶液的粘度随着温度的升高而下降,在温度为90℃时的粘度为84.3mPa.s,表现出较好的耐温性能。
[0027] 实施例6:纳米二氧化硅/聚合物驱油剂的耐盐性能
[0028] 配制质量浓度为1500mg/L的纳米二氧化硅/聚合物驱油剂水溶液,分别向一定量该水溶液中加入一定量的NaCl,使水溶液中含不同浓度的NaCl,再用Brookfiled粘度计测-1定其在65℃下的粘度,剪切速率为7.34s ,由图4可知,水溶液的粘度随着NaCl浓度的升高而下降,在矿化度为20000mg/L时的粘度为105.2mPa.s。
[0029] 实施例7:纳米二氧化硅/聚合物驱油剂的提高采收率能力
[0030] 将上述制得的驱油剂配制成质量浓度为1500mg/L的水溶液;将该水溶液注入到一维填砂模型(填砂模型内径25mm,长度为500mm,原始含有饱和度为82%,水驱至含水率-1为95%,所用原油在温度为65℃、剪切速率为7.34s 条件下的粘度为70.2mPa.s)中,注入速率为1ml/min,在注入0.3PV该驱油剂水溶液后,继续水驱至含水率为95%,该驱油剂提高采收率的幅度为12.5%。