一種溫敏共聚物凝膠調(diào)剖堵水劑及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油開采領(lǐng)域，涉及一種溫敏共聚物凝膠調(diào)剖堵水劑及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]油田開發(fā)到中后期普遍進(jìn)入高含水階段，由于油藏地層的原始非均質(zhì)性及長(zhǎng)期水驅(qū)導(dǎo)致非均質(zhì)性進(jìn)一步加劇，注入水主要流入高滲透層區(qū)，形成水流優(yōu)勢(shì)通道，從而降低了注入水的波及效率。使用交聯(lián)聚合物凝膠對(duì)水流優(yōu)勢(shì)通道進(jìn)行調(diào)剖堵水，從而提高水驅(qū)波及效率及原油采收率是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的調(diào)剖堵水與深部調(diào)驅(qū)液流轉(zhuǎn)向技術(shù)。這種技術(shù)涉及的交聯(lián)凝膠主要由兩種方式獲得，一種是由低濃度的高分子聚合物(如聚丙烯酰胺HPAM)、不同種類型交聯(lián)劑(如多價(jià)金屬離子、酚醛樹脂等)與交聯(lián)助劑等組成的交聯(lián)聚合物類混合溶液，注入到油藏地層高滲層帶水流優(yōu)勢(shì)通道中交聯(lián)形成以分子間交聯(lián)為主的三維交聯(lián)凝膠體，在室溫下，其凝膠黏度在3000-50000mP.s之間，通常被用于注水井深部調(diào)剖與深部調(diào)驅(qū)液流轉(zhuǎn)向。另一種是由小分子量的單體(如丙烯酰胺AM)、交聯(lián)劑(如甲叉基雙丙烯酰胺)、引發(fā)劑及交聯(lián)反應(yīng)速度控劑等組成的單體交聯(lián)聚合類混合溶液，注入到油藏地層高滲層帶水流優(yōu)勢(shì)通道中，借助油藏溫度交聯(lián)聚合成分子間交聯(lián)的三維交聯(lián)凝膠體，在室溫條件下，其凝膠的彈性模量G’ 一般在50-200Pa之間。
[0003]上述兩種方式獲得的地下交聯(lián)凝膠體系均是由多種組分混合而成的調(diào)堵劑溶液，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用中，多組分調(diào)剖堵水體系溶液在注入地層及在地層中深部運(yùn)移過程中，體系中不同組分因分子量及性質(zhì)差異，普遍存在色譜分離現(xiàn)象。比如在交聯(lián)聚合物類混合溶液中，高分子量聚合物在運(yùn)移及水中稀釋與擴(kuò)散速度較慢，而小分子交聯(lián)劑在運(yùn)移及水中稀釋與擴(kuò)散速度較快，且不同組分在地層中的吸附滯留有差異，由此產(chǎn)生的色譜分離效應(yīng)導(dǎo)致體系各組分在地下長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)移過程中發(fā)生部分或完全分離，進(jìn)而導(dǎo)致該體系溶液最終到達(dá)調(diào)堵目的層時(shí)各組分原始的組成配比已面目全非，無法形成設(shè)計(jì)配方所需強(qiáng)度的凝膠體，從而使封堵效果受到影響。同樣，在單體交聯(lián)聚合類混合溶液中同樣存在上述色譜分離問題，由于色譜分離導(dǎo)致的交聯(lián)聚合凝膠化反應(yīng)、凝膠強(qiáng)度及封堵效果均不能得到保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種溫敏共聚物凝膠調(diào)剖堵水劑及其制備方法，通過該制備方法制備出的無規(guī)共聚物-溫敏共聚物凝膠調(diào)剖堵水劑，能夠在室溫下具有良好的水溶性，能形成單組分均相水溶液，能夠在注入過程中避免多組分溶液的色譜分離現(xiàn)象。
[0005]本發(fā)明的目的還在于提供上述的溫敏共聚物凝膠調(diào)剖堵水劑的應(yīng)用及其應(yīng)用方法。
[0006]為了達(dá)到前述的發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種溫敏共聚物強(qiáng)凝膠調(diào)剖堵水劑的制備方法，其包括以下步驟:
[0007]將丙烯酰胺、共聚單體按摩爾比為5-15:1溶于有機(jī)溶劑中，得到第一反應(yīng)液；
[0008]向所述第一反應(yīng)液中通入保護(hù)氣除氧，再加入自由基引發(fā)劑，并在60-70°C條件下反應(yīng)16-24h，得到無規(guī)共聚物有機(jī)溶液；
[0009]提純所述無規(guī)共聚物有機(jī)溶液，獲得溫敏共聚物強(qiáng)凝膠調(diào)剖堵水劑；
[0010]其中，所述丙烯酰胺與共聚單體在所述第一反應(yīng)液中的總含量為2-5w/v%，
[0011]所述自由基引發(fā)劑占所述丙烯酰胺與共聚單體總質(zhì)量的0.5-2%。
[0012]在上述制備方法中，獲得的溫敏共聚物強(qiáng)凝膠調(diào)剖堵水劑為溫敏共聚物強(qiáng)凝膠調(diào)剖堵水劑干粉，其能溶解于水，且能夠在室溫下具有良好的水溶性，能形成單組分均相水溶液。
[0013]在上述制備方法中，優(yōu)選的，所述共聚單體包括硅氧烷單體;更優(yōu)選的，所述硅氧烷單體包括γ -甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷。
[0014]在上述制備方法中，優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑包括四氫呋喃(THF)和/SN，N-二甲基甲酰胺(DMF)，但不限于此。
[0015]在上述制備方法中，優(yōu)選的，所述保護(hù)氣包括氮?dú)饣驓鍤?所述自由基引發(fā)劑包括偶氮二異丁腈和/或過氧化二苯甲酰。
[0016]在上述制備方法中，所述反應(yīng)需在無氧條件下進(jìn)行。
[0017]在上述制備方法中，優(yōu)選的，提純所述無規(guī)共聚物有機(jī)溶液的方法為:
[0018]將所述無規(guī)共聚物有機(jī)溶液進(jìn)行離心分離或者倒入沉淀劑靜置，然后將得到的沉淀產(chǎn)物用乙醇洗滌，烘干后得到溫敏共聚物強(qiáng)凝膠調(diào)剖堵水劑；
[0019]其中，所述沉淀劑包括無水乙醇，但不限于此。
[0020]在上述制備方法中，所述有機(jī)溶劑為四氫呋喃(THF)時(shí)，采用離心分離的方法提純所述無規(guī)共聚物有機(jī)溶液;所述有機(jī)溶劑為N，N-二甲基甲酰胺(DMF)時(shí)，采用無水乙醇作為沉淀劑提純所述無規(guī)共聚物有機(jī)溶液。
[0021]在上述制備方法中，所述烘干采用空氣干燥方法，所述烘干的溫度為45-70°C，時(shí)間為12-24h。
[0022]本發(fā)明的制備方法是一種可發(fā)生原位化學(xué)交聯(lián)的溫敏無規(guī)共聚物凝膠調(diào)剖堵水劑的制備方法，其以丙烯酰胺和含有可以加熱進(jìn)行水解縮合反應(yīng)單元的共聚單體為原料，通過自由基溶液共聚合技術(shù)，利用自由基共聚方法合成一種無規(guī)共聚物。該無規(guī)共聚物將聚合物的分子鏈和擬交聯(lián)單元組分結(jié)合成為一個(gè)整體，室溫下能溶于水形成均相低粘聚合物水溶液，注入地層深部運(yùn)移過程中可以避免多組分交聯(lián)單元的色譜分離現(xiàn)象，借助地層溫度作用可原位交聯(lián)形成高強(qiáng)度化學(xué)交聯(lián)凝膠。由于該無規(guī)共聚物在低溫下易溶于水，且水溶液粘度很低，故非常易于注入。同時(shí)由于化學(xué)交聯(lián)單元是共聚物的組成部分，在運(yùn)移的過程中不會(huì)出現(xiàn)組分色譜分離效應(yīng)。且原位交聯(lián)時(shí)間可控，形成的水凝膠強(qiáng)度遠(yuǎn)高于已有的弱凝膠體系，因而易于實(shí)現(xiàn)在特定位置的有效封堵。
[0023]本發(fā)明還提供一種溫敏共聚物強(qiáng)凝膠調(diào)剖堵水劑，其是通過上述制備方法制備得到的;所述調(diào)剖堵水劑的水溶液在40_70°C溫度下自動(dòng)形成凝膠。
[0024]上述調(diào)剖堵水劑，優(yōu)選的，所述自動(dòng)形成凝膠的時(shí)間為30min_24h。
[0025]上述調(diào)剖堵水劑，優(yōu)選的，所述調(diào)剖堵水劑的水溶液的質(zhì)量濃度為0.5-25%。
[0026]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中已有的地下凝膠化的聚丙烯酰胺類交聯(lián)弱凝膠體系或丙烯酰胺單體類交聯(lián)聚合強(qiáng)凝膠體系的制備方法，本發(fā)明調(diào)剖堵水劑的成膠方法過程簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便;且制備該無規(guī)共聚物-溫敏共聚物干粉所有的化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)都在地面完成，形成的共聚物為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的無規(guī)高分子聚合物，在其水溶液加熱形成凝膠的過程中無需添加其他任何化學(xué)成分，因此，本發(fā)明制得的調(diào)剖堵水劑不會(huì)增加對(duì)環(huán)境的影響，具有低毒和環(huán)境友好等特點(diǎn)。
[0027]本發(fā)明還提供上述調(diào)剖堵水劑在油田開采中作為封竄、堵水、調(diào)剖及深部調(diào)驅(qū)轉(zhuǎn)向劑的應(yīng)用，其是用于40-70°C油藏嚴(yán)重非均質(zhì)地層中。
[0028]在上述應(yīng)用中，進(jìn)行應(yīng)用時(shí)的步驟包括:先將所述調(diào)剖堵水劑配制成5-25%的高濃度調(diào)剖堵水劑水溶液，然后再注入地層，在40-70°C的地層溫度下，所述高濃度調(diào)剖堵水劑水溶液自動(dòng)形成凝膠。
[0029]本發(fā)明調(diào)剖堵水劑的水溶液凝膠化濃度范圍很寬，0.5-25%都可以實(shí)現(xiàn)凝膠化，因?yàn)樵谀z前，地層中水會(huì)稀釋注入的調(diào)剖堵水劑水溶液，因此，注入高濃度調(diào)剖堵水劑水溶液，可以防止不凝膠。且本發(fā)明調(diào)剖堵水劑水溶液形成凝膠的時(shí)間隨溫度的升高或濃度增加而縮短，形成凝膠的強(qiáng)度隨溫度的升高或濃度增加而增加。
[0030]本發(fā)明制備得到的調(diào)剖堵水劑水溶液注入地層后在地層溫度作用下可在一定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)交聯(lián)為高強(qiáng)度凝膠，該強(qiáng)凝膠可作為40-70°C溫度油藏嚴(yán)重非均質(zhì)地層的封竄、堵水、調(diào)剖及深部調(diào)驅(qū)轉(zhuǎn)向劑使用，在解決高含水油藏注入水沿特高滲區(qū)竄流及水驅(qū)波及效率低下等問題的同時(shí)使后續(xù)注入水轉(zhuǎn)向擴(kuò)大波及體積，達(dá)到提高采收率的效果。目前我國水驅(qū)油田超過80 %油藏處于高含水開采期(含水大于80 % )，大部分高含水油田溫度在40-70°C之間，高含水油田的主要開發(fā)矛盾是注入水低效無效循環(huán)，而調(diào)剖堵水及深部調(diào)驅(qū)是改善水驅(qū)低效無效循環(huán)的最有效手段。因此，本發(fā)明具有非常廣闊的應(yīng)用前景預(yù)期。
[0031]由于多組分地下交聯(lián)聚合反應(yīng)組分損失大，形成的凝膠產(chǎn)物有效含量及強(qiáng)度會(huì)比相同質(zhì)量的單組分借助溫度形成的凝膠差，因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的突出效果包括:
[0032](I)本發(fā)明的調(diào)剖堵水劑可以解決多組分地下小分子單體聚合交聯(lián)強(qiáng)凝膠及低濃度高分子聚合物交聯(lián)凝膠調(diào)剖堵水及深部調(diào)驅(qū)液流轉(zhuǎn)向劑體系的色譜分離問題，提高地下聚合/交聯(lián)類凝膠體系的凝膠轉(zhuǎn)化率，以及凝膠在調(diào)剖堵水與深部調(diào)驅(qū)的封堵效果及作業(yè)成功率。
[0033](2)除了提高堵劑材料的利用率降低成本，本發(fā)明的調(diào)剖堵水劑還可以免去多組分溶液現(xiàn)場(chǎng)施工