一种聚丙烯酰胺驱油剂及其制备方法与流程

本技术涉及高分子材料，更具体地说，它涉及一种聚丙烯酰胺驱油剂及其制备方法。

背景技术：

1、根据油田开发阶段的不同，石油开采一般分为三个阶段：利用油层能量开采石油的一次采油，这一阶段的采油效率一般只有15％左右；通过向油层注入水、气，补充油层能量从而到达开采目的的为二次采油，采油率在30～40％；通过物理、化学、生物等新技术开采原油的阶段为三次采油。为了高效的将地层中残余油开采出来，亟需开发适宜于我国特殊地质条件的三次采油方法。发展较为成熟的三次采技术主要有四大类：化学驱、热力驱、微生物驱及混合相驱。基于对油藏地质特征和残余油的认识，化学驱成为我国多数油田提高石油采收率的重要手段。而化学驱的核心是驱油剂的设计合成及驱油体系的调节。聚合物驱是化学驱最为重要的技术，即通过在注入水中加入水溶性聚合物，增大驱替相粘度，调整油水流度比，扩大驱替相波及体积，增强洗油效率，从而最大可能地提高驱油效率。聚合物驱操作简单，成本较低，若与调剖堵水剂结合使用，可兼具一定的渗透率调节作用。

2、作为合成类水溶性高分子，聚丙烯酰胺及其衍生物为主的合成类聚合物是目前化学驱中应用最广泛，取得的效果最突出的聚合物驱油剂。线性部分水解聚丙烯酰胺(hpam)一般由聚丙烯酰胺在碱性条件下水解或者与丙烯酸盐聚合得到。但发明人发现在高温高盐油藏环境下，部分水解聚丙烯酰胺的分子链很容易发生断裂，聚合物溶液粘度大幅降低，使得驱油效果并不理想。

技术实现思路

1、为了改善聚丙烯酰胺高温高盐油藏环境中的驱油效果，本技术提供一种聚丙烯酰胺驱油剂及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种聚丙烯酰胺驱油剂，采用如下的技术方案：

3、一种聚丙烯酰胺驱油剂，包括以下重量份的原料：7-14份丙烯酰胺、2-4份丙烯酸、0.1-0.3份引发剂、0.1-0.3份氧化石墨烯、2-3份疏水改性二氧化硅、1-2份改性纤维素纳米纤丝。

4、通过采用上述技术方案，以氧化石墨烯作为疏水单体，丙烯酰胺和丙烯酸通过自由基水溶液聚合法进行三元共聚合成疏水缔合聚合物，在高温情况下，疏水缔合聚合物分子链中疏水基团和亲水基团出现“正负效应”，“正负效应”共同作用影响聚合物的粘度，而且在含盐情况下，聚合物的粘度下降缓慢，因为无机盐影响疏水缔合聚合物溶液体系的静电作用力和疏水缔合作用，二者共同作用下对聚合物溶液的粘度造成影响，因此具有更好的增粘效果，能够适应更高温度高盐度的油藏；纤维素纳米纤丝作为一种天然、可再生和具有纳米尺寸的纳米纤维，具有强度高、比表面积大、反应活性高等特点，但其具有亲水性，难以分散，改性后的纤维素纳米纤丝依然保持纤维网状结构，因表面基团作用，纤维素纳米纤丝分子间的静电排斥力和间隙增大，热稳定性、分散性和耐盐性得到改善，而且改性纤维素纳米纤丝具有粘弹性，能够拉拽原油形成油丝，改善流体的流动能力，疏水改性二氧化硅的表面含有疏水基团得到疏水缔合作用形成以纳米二氧化硅为支点稳固的三维空间网络结构，改善驱油剂的耐温抗盐能力。

5、可选的，所述改性纤维素纳米纤丝由以下方法制成：将纤维素纳米纤丝、笼型聚倍半硅氧烷和聚乙烯基吡咯烷酮混合，加入四氢呋喃，球磨50-60min，制得疏水改性纤维素纳米纤丝。

6、通过采用上述技术方案，笼型聚倍半硅氧烷具有疏水性，能使纤维素纳米纤丝呈现疏水性，而聚乙烯基吡咯烷酮在四氢呋喃中具有较大的特性粘度，能改善纤维素纳米纤丝的粘性，进而增加驱油剂的粘性，而且疏水性能改善纤维素纳米纤丝的抗盐能力，另外聚乙烯基吡咯烷酮也具有良好的耐盐性、耐温性和抗剪切性能、抗氧化能力，笼型聚倍半硅氧烷也具有较好的力学和热学性能，能改善纤维素纳米纤丝的抗盐和耐高温性能；另外在三次采油过程中，聚乙烯基吡咯烷酮作为表面活性剂，抗盐吸附在颗粒表面起到空间位阻作用，氧化石墨烯的基面与丙烯酰胺和丙烯酸合成的长碳链有助于聚乙烯基吡咯烷酮吸附在表面，而且作为分散剂，聚乙烯基吡咯烷酮的极性末端与水有很强的亲和力，增加了固体颗粒对水的润湿程度，提高驱油效率。

7、可选的，所述纤维素纳米纤丝、笼型聚倍半硅氧烷和聚乙烯基吡咯烷酮的质量比为1:0.8-1:0.3-0.5。

8、通过采用上述技术方案，以上用量的笼型聚倍半硅氧烷和聚乙烯基吡咯烷酮能改善纤维素纳米纤丝的疏水性，提高其抗盐性和耐温性，改善驱油剂的耐盐和耐高温老化性能。

9、可选的，所述研磨转速为200-400rpm。

10、通过采用上述技术方案，在此转速下，借助球磨产生的摩擦、挤压和剪切使纳米纤维素纤丝、笼型聚倍半硅氧烷和聚乙烯基吡咯烷酮更好的结合，纳米纤维素纤丝在球磨过程中，受到磨珠的撞击而分散开，暴露出更多的裸露表面，从而为笼型聚倍半硅氧烷的吸附提供了空间，因此较高的球磨转速可以增强纳米纤维素纤丝、笼型聚倍半硅氧烷和聚乙烯基吡咯烷酮之间的吸附，但球磨转速过高，会导致三者的接触之间过短，很难形成有效的吸附。

11、可选的，所述疏水改性二氧化硅的制法如下：

12、将环氧基功能化二氧化硅纳米微球分散于去离子水中，制成分散液；

13、将十八胺溶解于煤油中，与所述分散液混合，加入氯化钠，搅拌均匀后加入亚硫酸氢钠，升温至80-120℃，搅拌8-9h，油水分离，离心，真空干燥，制得改性二氧化硅。

14、通过采用上述技术方案，环氧基功能化二氧化硅纳米微球表面存在环氧基，通过在煤油和水的界面上，环氧基功能化二氧化硅纳米微球一侧的环氧基和溶解在煤油中的十八胺反应，高度内向的的乳液保护环氧基的另一侧不发生反应，同时二氧化硅的另一侧与溶解在水中的亚硫酸氢钠在界面上反应，使得环氧基功能化二氧化硅纳米微球一侧亲水，另一侧疏水，制成两亲性二氧化硅，改善驱油剂的耐温抗盐性，改善原油的采收率。

15、可选的，所述疏水改性二氧化硅的原料用量如下：1-2份环氧基功能化二氧化硅纳米微球、1-2份去离子水、3-5份十八胺、10-30份煤油、12-20份氯化钠、1-2份亚硫酸氢钠。

16、可选的，所述引发剂为亚硫酸氢钠、过硫酸钾和亚硫酸钠中的一种。

17、通过采用上述技术方案，亚硫酸氢钠等作为引发剂，能产生初级自由基，是聚合物分子量增大，聚合物的特性粘度增大。

18、第二方面，本技术提供一种聚丙烯酰胺驱油剂的制备方法，采用如下的技术方案：

19、一种聚丙烯酰胺驱油剂的制备方法，包括以下步骤：

20、将氧化石墨烯加入到去离子水中，制成质量分数为0.1-0.3％的分散液；

21、向分散液中加入丙烯酸和丙烯酰胺，搅拌溶解后，调节ph值至7-7.3，通入氮气0.5-0.7h，升温至45-50℃，同时加入质量分数为0.1-0.3％的引发剂的水溶液，搅拌反应，洗涤、干燥。

22、通过采用上述技术方案，丙烯酰胺分子之间以碳碳双键相连，热稳定性好，其聚合物分子链是一条长链，具有良好的柔顺性和剪切稀释性，丙烯酸的聚合物性能良好，其很容易与其他单体共聚，以丙烯酰胺和丙烯酸为共聚单体，在聚合物主链上引入氧化石墨烯作为疏水单体，通过自由基水溶液聚合法进行三元共聚合成疏水缔合物丙烯酰胺-氧化石墨烯-丙烯酸，分子间缔合增强，使聚合物的溶解性下降，溶液粘度增大，抗盐性增强，制备方法简单，易于操作，便于大规模生产。

23、综上所述，本技术具有以下有益效果：

24、1、由于本技术采用氧化石墨烯、改性纤维素纳米纤丝和疏水改性二氧化硅等组分制备聚丙烯酰胺驱油剂，氧化石墨烯作为疏水单体，与丙烯酰胺和丙烯酸合成粘度高、耐盐和抗高温的疏水缔合聚合物，而改性纤维素纳米纤丝和疏水改性二氧化硅则进一步提高驱油剂的抗盐和耐高温能力。

25、2、本技术中优选采用笼型聚倍半硅氧烷和聚乙烯基吡咯烷酮对纤维素纳米纤丝进行处理，二者能使纤维素纳米纤丝呈现疏水性和高粘性，从而改善驱油剂的驱油效率和耐盐、耐高温老化能力，另外聚乙烯基吡咯烷酮在制备驱油剂时，在引发剂的作用下，能对氧化石墨烯进行修饰，使得氧化石墨烯的分散性得到改善，使驱油剂的抗盐性和耐温性提高。

26、3、本技术优选采用十八胺和亚硫酸氢钠等嘴环氧基功能化二氧化硅纳米微球进行处理，使得二氧化硅纳米微球一侧呈疏水性，一侧呈亲水性，使采油率增加，耐盐抗盐性提高。