一种阳离子两亲聚合物超分子驱油体系及其构筑方法

摘要

本发明提供一种阳离子两亲聚合物超分子驱油体系，包括如下组分：按质量百分比计：0.05～1.00％的阳离子两亲聚合物，0.005～0.100％的有机多元酸，99.95～98.90％的矿化水。这种阳离子两亲聚合物超分子驱油体系可以有效降低聚合物的用量，提高两亲聚合物驱油体系的粘度，有效降低水油流度比，避免了水驱过程中存在的粘性指进现象，提高聚合物驱的波及体积和驱油效率。步骤简单、操作方便、实用性强。

权利要求

1.一种阳离子两亲聚合物超分子驱油体系，其特征在于，以季铵盐型阳离子两亲聚合物为构筑单元，在矿化水存在的条件下，通过非共价键作用力与有机酸或盐复合，即得两亲聚合物超分子体系；

所述非共价键作用力为静电作用力；

所述季铵盐型阳离子两亲聚合物的结构式如下：

其中，R为：-(CH2)nCH3，n＝15或17；所述季铵盐型阳离子两亲聚合物中的疏水结构单元来自N,N-二甲基十六烷基烯丙基氯化铵或N,N-二甲基十八烷基烯丙基氯化铵；所述疏水结构单元的摩尔百分数为0.5％～2.5％；

所述有机酸或盐为乙二酸、己二酸、庚二酸、柠檬酸或乙二胺四乙酸二钠；

所述季铵盐型阳离子两亲聚合物、有机酸或盐和矿化水的质量比为：0.05～1.00：

0.005～0.100：99.95～98.90。

2.如权利要求1所述的驱油体系，其特征在于，所述季铵盐型阳离子两亲聚合物的相对分子质量为5×106～1.5×107。

3.如权利要求1所述的驱油体系，其特征在于，所述矿化水矿化度为1000mg/L～

800000mg/L。

4.权利要求1-3任一项所述的驱油体系在三次采油中的应用。

说明书

一种阳离子两亲聚合物超分子驱油体系及其构筑方法

技术领域

[0001] 本发明属于三次采油技术领域，特别涉及一种阳离子两亲聚合物超分子驱油体系及其构筑方法。

背景技术

[0002] 提高原油产量的途径一方面是加大勘探力度以寻找新的储量，另一方面是大力提高已开发油田剩余油采收率，而化学驱是我国应用的主要三次采油方法(Enhanced Oil Recovery，

[0003] EOR)。化学驱技术在我国发展很快，其中聚合物驱技术已实现工业化应用，仅大庆油田每年可增加原油产量达1200多万吨。因此，驱油剂和驱油技术进步对满足我国日益增长的石油需求具有重大意义。两亲聚合物(疏水缔合聚合物，聚表剂)驱油剂是针对普通部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)不耐温、不耐盐、不抗剪切以及高温条件下易分解等问题开发出来的一种新型聚合物，它具有分子量低、粘度高、抗细菌、抗氧化、乳化能力强等特点。

[0004] 两亲聚合物分子链上含有少量疏水基团，溶于水时由于疏水基团之间的缔合作用能够形成超分子聚集体，从而形成可逆的网络结构，溶液粘度显著提高，使两亲聚合物表现出不同于一般水溶性聚合物的流变性质。目前，国外如法国及国内的四川大学、石油勘探开发研究院、中国石油大学等科研生产单位在两亲聚合物的研究与生产方面都取得了重大的进展，部分产品已经进行了先导性矿场试验，取得了比普通部分水解聚丙烯酰胺更好的提高采收率效果。Chassenieux、Renou等通过岩心流动实验证明在接近于地层流速的条件下，两亲聚合物溶液具有远高于HPAM溶液的阻力系数和残余阻力系数，张红艳等则重点论证了两亲聚合物良好的乳化性能。

[0005] 但随着两亲聚合物研究的不断深化，其局限性也逐步显露出来。两亲聚合物水溶液存在临界聚集浓度(CAC)，在CAC以上时，分子间的疏水基团相互缔合形成聚集体结构，引起流体力学体积增大，从而产生良好的增粘性。而当其浓度低于CAC时，两亲聚合物分子间疏水缔合强度较低，难以形成聚集体结构，导致溶液粘度较低。根据两亲聚合物的缔合特性要求，其驱油体系的有效浓度须高于CAC才能保证足够的驱油能力。然而聚合物在地层运移的过程中受到地层流体稀释和岩石矿物吸附的作用，其相对浓度必然降低，这大大降低了两亲聚合物的增粘能力及驱油效率。因此，如何使两亲聚合物在低浓度时有效缔合并形成空间网络结构是本专利拟解决的一个关键问题。

[0006] 对于如何降低两亲聚合物用量且保证体系依然具有较高粘度，在国内外也有广泛研究。康万利、Zou、Pu等通过构筑主客体聚合物包合体系转变缔合方式，实现低浓度两亲聚合物增效。带有环糊精的聚合物能够识别包合特定的疏水基团，在低浓度下使参与分子内缔合的疏水基团进入环糊精空腔，通过主客体包合作用形成新的包合网络结构。高浓度侧链型疏水改性聚合物和环糊精聚合物的主客体包合增粘作用，并肯定了包合体系独特的流变性质在三次采油中的应用潜力和价值。但包合体系在抗剪切性能有待进一步增强，并且应用成本方面仍需降低，以满足日益严苛的油田现场应用条件。

发明内容

[0007] 为了克服上述不足，本发明提供一种阳离子两亲聚合物超分子驱油体系，针对现有两亲聚合物驱油体系在临界聚集浓度(CAC)以下增粘效果差的问题，以季铵盐类聚丙烯酰胺为构筑单元，通过静电作用等非共价键作用力与二元、三元、四元有机酸形成复合超分子体系，以提高驱油体系的粘度，为低浓度两亲聚合物驱油体系粘度增效研究提供新的途径对于原油的三次开采具有重要意义。

[0008] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0009] 一种阳离子两亲聚合物超分子驱油体系，以季铵盐型阳离子两亲聚合物为构筑单元，在矿化水存在的条件下，通过非共价键作用力与有机多元酸(盐)复合，即得两亲聚合物超分子体系。

[0010] 为了使两亲聚合物在低浓度时有效缔合并形成超分子体系，本申请对两亲聚合物的缔合特性进行了系统研究，试图寻找一种更高效的增粘方法。根据超分子化学提出的借助非共价键作用力构筑超分子体系的研究思路，结合大量实验研究发现：具备阳离子型疏水单体的两亲聚合物在弱碱性油藏条件下解离出正电荷，可与多元酸解离出的负电荷在静电相互作用下形成超分子体系，大幅提升了两亲聚合物在低浓度时的体系粘度。

[0011] 优选的，所述非共价键作用力为静电作用力。与现有的疏水缔合作用相比，阳离子型疏水单体与多元酸正负电荷间的静电相互作用不仅能促进空间网络结构的形成，还能有效提高驱油体系的增粘、抗剪切性能。

[0012] 优选的，所述季铵盐型阳离子两亲聚合物、有机多元酸(盐)和矿化水的质量比为：0.05～1.00：0.005～0.100：99.95～98.90。

[0013] 优选的，所述季铵盐型阳离子两亲聚合物的相对分子质量为5×106～1.5×107。

[0014] 优选的，所述季铵盐型阳离子两亲聚合物的疏水单体为N,N-二甲基十六烷基烯丙基氯化铵、N,N-二甲基十八烷基烯丙基氯化铵或N,N-二甲基二十烷基烯丙基氯化铵。

[0015] 优选的，所述季铵盐型阳离子两亲聚合物中疏水单体摩尔百分数为0.5％～2.5％。

[0016] 优选的，所述季铵盐型阳离子两亲聚合物的结构式如下：

[0017]

[0018] 其中，R为：-(CH2)nCH3，n＝15或17。

[0019] 优选的，所述有机多元酸(盐)为乙二酸、己二酸、庚二酸、柠檬酸或乙二胺四乙酸二钠。

[0020] 优选的，所述矿化水矿化度为1000mg/L～800000mg/L。

[0021] 本发明还提供了任一上述的驱油体系在三次采油中的应用。

[0022] 本发明的有益效果

[0023] (1)本发明以季铵盐类聚丙烯酰胺为构筑单元，通过静电作用等非共价键作用力与二元、三元、四元有机酸形成复合超分子体系，攻克了两亲聚合物在临界聚集浓度(CAC)以下增粘效果差的问题，使得两亲聚合物浓度在低于CAC时就能形成空间网络结构，从而形成低浓度时即具有良好增粘、乳化作用的阳离子两亲聚合物超分子驱油体系。本发明的这种阳离子两亲聚合物超分子驱油体系可以有效降低水油流度比，避免了水驱过程中存在的粘性指进现象，提高聚合物驱的波及体积和驱油效率。

[0024] (2)本发明制备方法简单、驱油效率高、实用性强，成本较低，易于推广。

附图说明

[0025] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

[0026] 图1是出口端含水率随注入PV变化；

[0027] 图2是采收率随注入PV数变化图；

[0028] 图3是驱替压力梯度随注入PV数变化图；

[0029] 图4是本申请季铵盐型阳离子两亲聚合物与多元酸静电相互作用示意图。

具体实施方式

[0030] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0031] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0032] 下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的说明。

[0033] 一种阳离子两亲聚合物超分子驱油体系，包括如下组分：按质量百分比计：0.05～1.00％的阳离子两亲聚合物，0.005～0.100％的有机多元酸，99.95～98.90％的矿化水。

[0034] 所述阳离子两亲聚合物为季铵盐类两亲聚合物，聚合物相对分子质量为500×104～1500×104，疏水单体为N,N-二甲基十六烷基烯丙基氯化铵、N,N-二甲基十八烷基烯丙基氯化铵、N,N-二甲基二十烷基烯丙基氯化铵，疏水单体摩尔比为0.5％～2.5％。

[0035] 所述有机多元酸(盐)为乙二酸、己二酸、庚二酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠。

[0036] 所述矿化水矿化度为1000mg/L～800000mg/L。

[0037] 一种阳离子两亲聚合物超分子驱油体系的构筑方法，包括以下步骤：按质量百分比计，配制99.95～98.90％矿化度为1000mg/L～800000mg/L的矿化水，搅拌0.5～1.5小时，确保充分溶解并混合均匀；向所配制的矿化水中加入0.05～1.00％的阳离子两亲聚合物，搅拌2～5小时，确保聚合物充分溶解并混合均匀，溶液在45℃恒温箱中静置熟化24小时以上；向所配制的聚合物溶液中加入0.005～0.100％的有机多元酸，搅拌1～2小时，确保有机多元酸充分溶解并混合均匀，调节溶液pH值6～11以适应油藏实际条件，完成阳离子两亲聚合物超分子驱油体系的构筑。

[0038] 实施例1：

[0039] 本实施实例提供了一种阳离子型两亲聚合物超分子驱油体系，配制矿化度为8976mg/L的矿化水(离子组成如表1)，搅拌1小时，确保充分溶解并混合均匀；向所配制的矿化水中加入0.10wt％的季铵盐型阳离子两亲聚合物(式1，疏水单体摩尔比1.5％，聚合物分子量约500×104)，搅拌4小时，确保聚合物充分溶解并混合均匀，溶液在45℃恒温箱中静置熟化24小时；向所配制的聚合物溶液中加入0.008wt％的庚二酸，搅拌2小时，确保庚二酸充分溶解并混合均匀，调节溶液pH值至7.8以适应油藏实际条件，在65℃、粘度计转速为6rpm条件下粘度为215mPa·s。

[0040]

[0041] 其中，R为：-(CH2)nCH3，n＝15

[0042] 式Ⅰ

[0043] 表1矿化水离子组成

[0044]

[0045] 在人造模拟岩心(45×45×300mm，孔隙度35.86％，气测渗透率1750×10-3μm2)驱替实验中，原油粘度50.8mPa·s(65℃)，束缚水饱和度25.6％，注聚时机为含水80％，注入0.7PV条件下，累计原油采收率为70％，驱替效果如图1～3。

[0046] 实施例2：

[0047] 本实施实例提供了一种阳离子型两亲聚合物超分子驱油体系，配制矿化度为5119.62mg/L的矿化水(离子组成如表2)，搅拌1小时，确保充分溶解并混合均匀；向所配制的矿化水中加入0.15wt％的季铵盐型阳离子两亲聚合物(式Ⅱ，疏水单体摩尔比1.5％，聚合物分子量约570×104)，搅拌6小时，确保聚合物充分溶解并混合均匀，溶液在45℃恒温箱中静置熟化24小时；向所配制的聚合物溶液中加入0.012wt％的邻苯二甲酸，搅拌2小时，确保邻苯二甲酸充分溶解并混合均匀，调节溶液pH值至8以适应油藏实际条件，在45℃、粘度计转速为6rpm条件下粘度为185mPa·s。

[0048] 表2矿化水离子组成

[0049]

[0050]

[0051] 其中，R为：-(CH2)nCH3，n＝17

[0052] 式Ⅱ

[0053] 最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。