聚合物微球堵水劑的制備及性能評(píng)價(jià)

1、聚合物微球堵水劑的制備及性能評(píng)價(jià)化學(xué)化工學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)專業(yè)唐熙明 201304020120   楊喬松 ×××(學(xué)號(hào))   摘 要：本文以丙烯酰胺（AM）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)和 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）為主要單體，以硫酸銨為相分散劑，分別以聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（PDAC）和聚 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（PAMPS）為分散穩(wěn)定劑，用過(guò)硫酸銨作引發(fā)劑，采用分散聚合技術(shù)合成了陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)。用巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)測(cè)定了不同濃度聚合物微球?qū)Σ煌V化度和不同滲透率巖心的封堵效果。關(guān)鍵

2、詞：聚合物微球，堵水調(diào)剖，分散聚合，巖心驅(qū)替1. 引 言目前，油井出水成為開(kāi)采原油時(shí)廣泛面臨的問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)大大影響油田的生產(chǎn)和效益，水驅(qū)進(jìn)行的油田開(kāi)采是其中受影響尤其嚴(yán)重的地點(diǎn)。為了減少這些出水情況，調(diào)整注水時(shí)的地層剖面，就要時(shí)時(shí)關(guān)注油井的情況，通過(guò)多種方法找水，測(cè)定油井出水的具體位置，及時(shí)使用堵水（調(diào)剖）劑進(jìn)行封堵。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研制了一些新的深部堵水調(diào)剖劑，比如美國(guó)的 Akzo 公司開(kāi)發(fā)了一種酒精-表面活性劑調(diào)剖劑，Dowell 公司合成了非聚合物的凍膠體系及一些微生物的堵水調(diào)剖試劑。聚合物微球堵水劑是近幾年來(lái)發(fā)展的一種新型堵水調(diào)剖劑，這種堵劑是利用水化溶脹后的聚合物微球?qū)r層通道的孔喉

3、逐級(jí)進(jìn)行封堵的深部調(diào)剖技術(shù)。2. 原理部分2.1 實(shí)驗(yàn)原理 聚合物微球體系就是聚合物微球分散在水中的體系，聚合物微球體系在水中發(fā)生溶。本文以丙烯酰胺（AM）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸主要單體，用過(guò)硫酸銨作引發(fā)劑，采用分散聚合技術(shù)分別合成了陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。 2.2 實(shí)驗(yàn)方案(小四號(hào)，宋體，加粗)用單體丙烯酰胺（AM）和甲基丙烯酸乙基三甲基氯化銨（DMC）為主要原料制備目標(biāo)產(chǎn)物。反應(yīng)還需脫水將產(chǎn)品放于表面皿中，并在 60下真空干燥至恒重，最后得到固體陽(yáng)離子聚丙烯酰胺。采用巖心實(shí)驗(yàn)測(cè)定產(chǎn)物性能。3. 實(shí)驗(yàn)部分3.1實(shí)驗(yàn)儀器和藥品實(shí)驗(yàn)儀器

4、：燒杯（100mL、500mL）、量筒（10mL、100mL 和 500mL）、若干試管等玻璃儀器。DK-S11 型電熱恒溫水浴鍋、RW20 型攪拌器、NDJ-1 型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、ALC-31 型電子天平、AL204 型電子天平、艾科浦超純水系統(tǒng)、氮?dú)馄?、秒表、三口燒瓶、載玻片、毛細(xì)管粘度計(jì)（0.5-0.6）、倒置熒光顯微鏡、反射偏光顯微鏡 XP-22、傅立葉變換紅外光譜儀、MDSW-型波場(chǎng)采油多功能動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)藥品：丙烯酰胺、硫酸銨、過(guò)硫酸銨、甲基丙烯酸乙基三甲基氯化銨（78%）、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（78%）、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺、碳酸氫鈉、無(wú)水碳酸鈉、無(wú)水氯化鈣、氯化鉀、氯化

5、鈉、六水合氯化鎂（氯化鎂）、丙酮。3.2堵水劑的制備3.2.1陽(yáng)離子穩(wěn)定劑的合成將一定量的單體丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DAC）溶于去離子水中，加入帶有冷凝管、氮?dú)夤芎蜋C(jī)械攪拌裝置的三口燒瓶中，攪拌，水浴加熱，通氮?dú)饧s 45min，用0.1mol/L 稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液的 pH 至預(yù)定值，升溫至反應(yīng)溫度，滴加引發(fā)劑過(guò)硫酸銨，在該溫度下攪拌反應(yīng) 12h，升溫到另一溫度繼續(xù)反應(yīng)約 3h，反應(yīng)物由無(wú)色變?yōu)樽厣幸欢ㄕ扯鹊囊后w。式（3-1）為陽(yáng)離子穩(wěn)定劑的反應(yīng)方程式。Figure 1式3-1Figure 2式子3-33.1.2陽(yáng)離子丙烯酰胺共聚物的合成用分析天平準(zhǔn)確稱取反應(yīng)單體丙烯酰胺（AM）和甲基丙烯酸

6、乙基三甲基氯化銨（DMC），將兩種單體加入反應(yīng)容器三口燒瓶中，連接好聚合反應(yīng)裝置。圖 3-2 為聚合反應(yīng)裝置圖。再加入稱好的分散穩(wěn)定劑、去離子水和無(wú)機(jī)鹽硫酸銨（AS），反應(yīng)體系需要通氮?dú)庖欢螘r(shí)間除去體系中的氧氣，開(kāi)啟機(jī)械攪拌，并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，水浴鍋設(shè)置預(yù)定溫度進(jìn)行水浴加熱升溫。在反應(yīng)體系溫度達(dá)到預(yù)定值后開(kāi)始滴加引發(fā)劑，繼續(xù)攪拌進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)體系降至室溫出料。最終得到的產(chǎn)品為粉白色平滑乳液，有一定粘度，很好的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，式（3-3）為反應(yīng)主要方程式。Figure 3圖3-2Figure 4式3-33.2.3共聚物水分散體系中無(wú)機(jī)鹽的脫除水分散聚合法由于連續(xù)相使用硫酸銨水溶液，因此合成

7、的產(chǎn)品中含有無(wú)機(jī)鹽，可能還有未反應(yīng)完全的單體。對(duì)聚合物產(chǎn)品進(jìn)行表征時(shí)，這些鹽類和未反應(yīng)的單體可能會(huì)對(duì)測(cè)定的結(jié)果產(chǎn)生影響。所以，在聚丙烯酰胺表征前，要脫除這些無(wú)機(jī)鹽和剩余單體。通常用的方法是選用合適溶劑洗去鹽和單體。先在燒杯中用少量去離子水中將聚合物產(chǎn)品溶解均勻，再將丙酮試劑倒入燒杯中將聚合物產(chǎn)品進(jìn)行沉淀；用玻璃棒取出沉淀物再溶解于少量去離子水中，繼續(xù)用丙酮進(jìn)行沉淀，這樣重復(fù)進(jìn)行幾次溶解和沉淀洗滌過(guò)程，得到乳白色的膠狀固體產(chǎn)品，將產(chǎn)品放于表面皿中，并在 60下真空干燥至恒重，最后得到固體陽(yáng)離子聚丙烯酰胺。3.3堵水劑的評(píng)價(jià)3.3.1 巖心管的制備填砂管規(guī)格為長(zhǎng)為 52cm，直徑為 2.6cm。稱

8、取不同質(zhì)量的石英砂，分別用填砂壓實(shí)裝置填制不同滲透率的巖心管。3.3.2 聚合物乳液的制備用不同礦化度（NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2）的污水和去離子水分別配制 pH=7、pH=9 和 pH=11 的聚合物微球溶液。Figure 51-六通閥；2-LPS 儲(chǔ)罐；3-水儲(chǔ)罐；4-巖芯夾持器；5-燒杯；6-環(huán)壓泵；7-壓力傳感器；8-壓力數(shù)顯儀；在多功能動(dòng)態(tài)采油模擬系統(tǒng)裝置中進(jìn)行巖芯驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。先稱量干砂管的質(zhì)量記m1，在1mL·min1泵速下用水將新填好的巖心砂管進(jìn)行飽和，使用 MDSW-型波場(chǎng)采油多功能動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)進(jìn)行水測(cè)巖層滲透率。每?jī)煞昼娪涗浺淮斡?jì)算機(jī)面板上飽和水時(shí)的壓力

9、，并記錄室溫。當(dāng)巖心完全被水飽和并且壓力穩(wěn)定時(shí)，取下砂管，稱取飽和水后的砂管質(zhì)量記 m2，查取該溫度下水的粘度，計(jì)算砂管的孔隙度 見(jiàn)式（3-1）和初始滲透率 K0見(jiàn)式（3-2）。在 1mL·min-1泵速下將 0.3PV 配置好的聚合物微球乳液注入砂管，并記錄注入乳液時(shí)面板上的的壓力示數(shù)。將注入聚合物溶液后的巖心砂管置于 65烘箱中恒溫加熱。取出烘箱中的巖心砂管，自然放至常溫，在 1mL·min-1泵速下用水對(duì)注乳液后的巖心砂管進(jìn)行驅(qū)替，記錄壓力和溫度，計(jì)算驅(qū)替后的滲透率式（3-3），并計(jì)算封堵率?？紫抖扔?jì)算公式：Figure 6 式3-1Figure 7式3-2封堵率計(jì)算

10、公式Figure 8式3-3分別測(cè)定不同 pH 條件下水解的聚合物微球溶液、不同濃度聚合物乳液對(duì)不同滲透率、不同礦化度巖心砂管注入微球前后的滲透率變化，計(jì)算封堵率，分析聚合物微球的水解條件、濃度與巖心封堵能力的關(guān)系，聚合物微球?qū)Σ煌瑵B透率、不同礦化度巖心的封堵能力。4. 結(jié)果與討論（應(yīng)該使用不同濃度聚合物微球進(jìn)行風(fēng)度效果實(shí)驗(yàn)，測(cè)量水驅(qū)壓力隨著注入體積的值）5. 結(jié)論等待實(shí)驗(yàn)參考文獻(xiàn)1夏海虹. 磁性聚合物復(fù)合微球調(diào)剖堵水劑的制備及其性能研究D. 北京化工大學(xué), 2012. DOI:doi:10.7666/d.y2139202.2涂偉霞, 夏海虹. 磁性聚合物復(fù)合微球調(diào)剖堵水劑研究J. 石油與天然

11、氣化工, 2012, 05期:504-507. DOI:doi:10.3969/j.issn.1007-3426.2012.05.013.：3 Adachi M, Suzuki Y, Kashiwagi N, et al. Preparation and properties of polymer microspheres dispersed in a silica gel filmJ. Colloids & Surfaces A Physicochemical & Engineering Aspects, 1999, 153(1):617623.Study on the Pr

12、eparation and Properties of PolymerMicrospheres Mrofile control agentSchool of Chemistry and Chemical Engineering Pratical Chemistry 201304020120  Tang Xi-MingAbstract Acrylamide (AM), methyl methacrylate (DMC), and 2- (-2-) were prepared in this paper.Methyl sulfonic acid (AMPS)

13、 as the main monomer, ammonium sulfate as the phase dispersant, respectively, with the polypropylene.Ammonium chloride (PDAC) and 2- -2- (PAMPS) were used as dispersing agent, with over sulfuric acid.The cationic polyacrylamide (CPAM) was synthesized by the method of dispersing and polymerization. Core displacement experimentThe sealing effect of different concentrations of pol