一种水溶性AM-AA-NVP-BEMA四元共聚物驱油剂及其合成方法

摘要

本发明公开了一种水溶性AM-AA-NVP-BEMA四元共聚物驱油剂及其合成方法，该驱油剂是由丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、功能单体（BEMA）构成的四元共聚物；所用原料的质量百分数为：丙烯酰胺60%-70%，丙烯酸29.8%-38.5%，N-乙烯基吡咯烷酮0.1%-1.0%，功能单体（BEMA）0.1%-0.5%。其合成方法是：先在三口烧瓶中加入功能单体（BEMA）、N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸、丙烯酰胺，用氢氧化钠溶液调节pH值为7.0-7.5，加入蒸馏水配成单体总质量浓度约为20%的水溶液；待混合溶液的温度达到40℃后，加入过硫酸铵-亚硫酸氢钠引发剂，通N

说明书

技术领域

本发明涉及油田聚合物驱技术领域，特别涉及一种水溶性AM-AA-NVP-BEMA四元共聚物驱油剂及其合成方法。 

背景技术

聚合物驱是在注入水中加入一定量的水溶性聚合物，通过提高注入水的黏度和降低渗透率来起到控制流度、扩大波及体积以及提高原油采收率的作用。目前，聚合物驱在我国的大庆、胜利、大港、吉林、河南等油田已经进入工业化阶段，其中大庆油田的聚合物驱是世界上最大的聚合物驱项目，该油田聚合物驱的年产油量在1000万吨以上。 

目前，聚合物驱使用的聚合物主要为聚丙烯酰胺(PAM)或者部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)，这些聚合物在用于低温、低矿化度油藏时能够取得较好的增油效果，但是在用于高温高矿化度油藏时其增油效果大幅降低。此外，聚合物在注入过程中会受到注入泵、管线、射孔孔眼以及近井地带等的剧烈剪切作用，聚合物溶液的黏度将大幅降低，聚合物驱的效果也将受到严重的影响。因此，在提高驱油用聚合物的耐温耐盐性能的同时还需要增强聚合物的抗剪切性能。 

本发明由1,3-丙二胺和马来酸酐制备出具有反应活性的功能单体(DAMA)，将其引入到聚合物中可以使聚合物分子具有一定的空间网络结构，从而提高聚合物的抗剪切性能；此外，在聚合物中引入具有五元环结构的N-乙烯基吡咯烷酮用以提高聚合物的耐温性能。 

发明内容

本发明的目的是：为了提高聚合物在高温、高矿化度以及高排量注入条件下的驱油性能，特提供一种水溶性AM-AA-NVP-BEMA四元共聚物驱油剂及其合成方法。 

本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：一种水溶性AM-AA-NVP-BEMA四元共聚物驱油剂，该驱油剂是由功能单体（BEMA）、N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺、丙烯酸构成的四元共聚物，其结构式如下： 

AM-AA-NVP-BEMA 

式中l、m、n、p、q、x、y、z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%-70%，丙烯酸29.8%-38.5%，N-乙烯基吡咯烷酮0.1%-1.0%，功能单体（BEMA）0.1%-0.5%，质量以克为单位。 

该驱油剂的合成方法为：先在100mL三口烧瓶中加入0.02g功能单体（BEMA）、0.03g NVP、6.25g AM以及3.70g AA，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；再加入引发剂过硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液（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40℃条件下反应8h；经过乙醇洗涤、烘干、粉碎可得四元共聚物。 

功能单体（BEMA）的制法为：在100mL圆底烧瓶中加入9.9g马来酸酐和20mL无水乙醇，搅拌使其溶解；向圆底烧瓶中缓慢滴加3.7g1,3-丙二胺和20mL无水乙醇的混合溶液，待滴加完全后在30℃下反应5h；过滤反应产物，并用大量蒸馏水洗涤，最后在60℃下烘干得到功能单体（BEMA）。 

该驱油剂的应用是：配制质量浓度为2000mg/L的AM-AA-NVP-BEMA四元共聚物水溶液（NaCl浓度为5000mg/L）。将一维填砂模型在饱和水后再饱和原油（在剪切速率为7.34s^-1、温度为60℃条件下的粘度为35.8mPa.s）；再用5000mg/L的NaCl溶液驱替一维填砂模型中的油，直至含水率达到98%；最后用2000mg/L的共聚物水溶液驱替一维填砂模型中的剩余的油，直到含水率达再次达到98%。从驱油实验结果可知2000mg/L AM-AA-NVP-BEMA水溶液提高采收率26.06%，表现出较好的提高采收率能力。 

本发明具有以下有益效果：（1）将1,3-丙二胺与马来酸酐反应后，在1,3-丙二胺两端接上可聚合的双键，并可与丙烯酸以及丙烯酰胺发生聚合，合成出的四元共聚物具有一定的空间网络结构；（2）该驱油剂在高剪切速率下具有较高的粘度，具有较强的抗剪切能力，可以用于油田聚合物驱。 

附图说明

图1为本发明AM-AA-NVP-BEMA的红外光谱图； 

图2为本发明AM-AA-NVP-BEMA的抗剪切能力； 

图3为本发明AM-AA-NVP-BEMA的耐温能力； 

图4为本发明AM-AA-NVP-BEMA的抗盐能力； 

图5为本发明AM-AA-NVP-BEMA的提高采收率能力。 

具体实施方式

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。 

实施例1：功能单体（BEMA）的合成 

在100mL圆底烧瓶中加入9.9g马来酸酐和20mL无水乙醇，搅拌使其溶解；向圆底烧瓶中缓慢滴加3.7g1,3-丙二胺和20mL无水乙醇的混合溶液，待滴加完全后在30℃下反应5h；过滤反应产物，并用大量蒸馏水洗涤，最后在60℃下烘干得到功能单体（BEMA）。 

实施例2：水溶性AM-AA-NVP-BEMA四元共聚物的合成 

先在100mL三口烧瓶中加入0.02g功能单体（BEMA）、0.03g NVP、6.25g AM以及3.70g AA，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；再加入引发剂过硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液（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40℃条件下反应8h；经过乙醇洗涤、烘干、粉碎可得四元共聚物。 

实施例3：水溶性AM-AA-NVP-BEMA四元共聚物的表征 

通过实施例2合成的水溶性AM-AA-NVP-BEMA四元共聚物的红外光谱图如图1所示，N-H伸缩振动吸收峰位于3422.53cm^-1；-CH₂伸缩振动吸收峰位于2931.04cm^-1；C=O伸缩振动吸收峰位于1675.22cm^-1；-NH弯曲振动吸收峰(面内)吸收峰位于1554.93cm^-1；C-N伸缩振动吸收峰位于1400.32cm^-1；-NH弯曲振动吸收峰(面外)吸收峰位于663.67cm^-1；NVP的特征吸收峰位于1456.74cm^-1。 

实施例4：水溶性AM-AA-NVP-BEMA四元共聚物的抗剪切性能 

将上述制得的水溶性AM-AA-NVP-BEMA四元共聚物用蒸馏水配制成质量浓度为2000mg/L的水溶液，在60℃下用流变仪测定其在不同剪切速率下的粘度。由图2可知，2000mg/L的AM-AA-NVP-BEMA在500s^-1下剪切5min后的粘度保留率为83.58%。 

实施例5：水溶性AM-AA-NVP-BEMA四元共聚物的耐温性能 

将上述制得的水溶性AM-AA-NVP-BEMA四元共聚物用蒸馏水配制浓度为2000mg/L的水溶液，用Brookfiled DV-III粘度计（剪切速率为7.34s^-1）测定聚合物水溶液在不同温度下的表观粘度。从图3可知，2000mg/L AM-AA-NVP-BEMA溶液的表观粘度随着温度的升高而下降， 95℃下溶液的表观粘度为105.1mPa.s，该共聚物具有较好的耐温性能。 

实施例6：水溶性AM-AA-NVP-BEMA四元共聚物的耐盐性能 

将上述制得的水溶性AM-AA-NVP-BEMA四元共聚物用蒸馏水配制浓度为2000mg/L的共聚物溶液，分别向2000mg/L的共聚物溶液中加入不同质量的NaCl，搅拌使其溶解完全，用Brookfiled DV-III粘度计（剪切速率为7.34s^-1）测定共聚物溶液在60℃下的粘度。从图4可知，随着NaCl浓度升高，共聚物的表观粘度迅速降低，随后趋于稳定。当NaCl浓度为18000mg/L时共聚物水溶液的表观粘度为35.9mPa.s，该共聚物表现出较强的抗盐性能。 

实施例7：水溶性AM-AA-NVP-BEMA四元共聚物的驱油能力 

配制质量浓度为2000mg/L的AM-AA-NVP-BEMA四元共聚物水溶液（NaCl质量浓度为5000mg/L）。采用一维填砂模型研究共聚物溶液的驱油能力，实验在60℃下进行。一维填砂模型的内径为2.5cm，长度为50cm，中间充填石英砂(渗透率：534×10^-3μm²，孔隙度：23.2%)。驱油实验的步骤如下：(1)饱和水：以0.5mL/min的速度向一维填砂模型中注入5000mg/L的NaCl盐水；(2)饱和油：分别以0.1mL/min、0.2mL/min和0.3mL/min的速度使一维填砂模型饱和原油(60℃下黏度为35.8mPa.s)，直至一维填砂模型的出口端只有原油流出；(3)水驱油：用5000mg/L的NaCl溶液以0.5mL/min的速度驱替一维填砂模型中的原油，直到含水率达到98%；(4)注入聚合物：以0.5mL/min的速度向一维填砂模型注入0.35PV(孔隙体积)2000mg/L的聚合物溶液(用5000mg/L NaCl盐水配制)；(5)后续水驱：用5000mg/L的NaCl溶液以0.5mL/min的速度驱替一维填砂模型中的原油，直到含水率再次达到98%。从图5可知，水驱油阶段的采收率为33.14%，2000mg/L AM-AA-NVP-BEMA水溶液提高采收率26.06%，表现出较强的提高采收率能力。