一種調節交聯劑含量控制聚丙烯酰胺水膨體吸水倍率的方法
【專利說明】
[0001]一、
技術領域
本發明涉及油田調剖堵水技術領域，通過調節交聯劑加量來控制聚丙烯酰胺水膨體的吸水倍率。
[0002]二、
【背景技術】
目前我國大部分油田進入高含水開發中后期，含水率高達85%以上，部分油田大于90%，調堵措施工作量大且任務艱巨。邊水、底水和注入水是油田開發的能量來源。由于地層滲透率不均質，這些水常沿高滲透層過早侵入油井，使油井產液中含水率上升、產油量下降。注水井調剖和油井堵水是重要的提高原油采收率技術。聚丙烯酰胺水膨體，這是一類對水流產生較大阻力，而對油流產生較小阻力，通過油和水、產油層和產水層的差別進行堵水的堵劑。聚丙烯酰胺水膨體是丙烯酰胺水溶液在適當的溫度下，加入交聯劑、引發劑、添加劑等化學藥劑進行共混聚合而生成體型聚合物，在國內各大油田調剖堵水技術措施中廣泛運用。
[0003]王秀紅等發表的文章“聚丙烯酸丙烯酰胺膨潤土高吸水性復合材料的制備研究”一文中雖然也使用了 N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺作為交聯劑，但是沒有對交聯劑的用量對材料的性能影響進行研究，文章的結論是:采用紫外光引發聚合方法合成了 P (AA-AM) /膨潤土高吸水性復合材料，光引發劑為0.8mass%，交聯劑為0.05mass%，中和度為85%，AA與AM的物質量的比為5，膨潤土含量為10mass%時，其吸水倍率可達到1135g/g，吸鹽水倍率可達到100.lg/g，與未加填料的樹脂相比，吸水及吸鹽水倍率分別提高了 14.88%和23.28%，說明加入適量的膨潤土可以提高材料的吸水性和耐鹽性。
[0004]尹曉宏等“聚丙烯酸脂高吸水交聯小球的制備與表征”對交聯劑用量對小球粒徑及吸水倍率的影響進行了研究，研究認為由于交聯劑整體用量較大，吸水倍率隨交聯劑用量的增加而顯著減少，并且交聯劑的用量對樹脂粒徑影響也較大。交聯劑用量增大，樹脂的平均粒徑也隨之增加，因為樹脂內部與表面的交聯密度都變大，使其不易與其他粒子再聚并。實驗中發現當交聯劑用量為單體質量的5%時，粒子的平均粒徑能達到2.48mm，但吸水倍率下降較大。通常交聯劑用量小，吸水倍率大，但形成的粒子強度小，表面易粘結。反之，交聯劑用量大，則吸水倍率小，粒子強度大。
[0005]由于不同油藏需要不同吸水倍率的水膨體，為了獲得高吸水倍率的水膨體，本發明研究了改變交聯劑的加量對聚丙烯酰胺水膨體的吸水倍率的影響，通過改變實驗條件，生成的聚丙烯酰胺水膨體的吸水倍率提高顯著，而且形成的粒子強度較高，性能優良。
[0006]三、
【發明內容】
本發明的目的是針對現有技術的不足和滿足不同油藏調剖堵水對水膨體吸水倍率的不同要求，提供了一種控制聚丙烯酰胺水膨體吸水倍率的方法。
[0007]為了實現上述目的，本發明的技術方案如下:
一種控制聚丙烯酰胺水膨體吸水倍率的方法，包括將質量比為1:3的丙烯酸和丙烯酰胺的混合物、鈣劑膨潤土、碳酸鈉分別溶于水，在引發劑過硫酸銨和交聯劑N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺的作用下反應制得聚丙烯酰胺水膨體，并通過調節交聯劑的加量控制制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水倍率。
[0008]本發明所述的控制聚丙烯酰胺水膨體吸水倍率的方法中，所述交聯劑加量為反應物總重量的0.005%-0.08%ο
[0009]本發明給出了制備聚丙烯酰胺水膨體的方法包括: a.將0.2重量份的碳酸鈉溶于水中；
b.將20重量份的丙烯酸和丙烯酰胺混合物加入步驟a中的水溶液中，攪拌溶解；
c.繼續加入10重量份的鈣劑膨潤土并攪拌溶解；
d.繼續加入交聯劑，攪拌溶解；
e.繼續加入0.02重量份的引發劑并攪拌溶解；
f.將步驟e所述反應物置于30°C_40°C的恒溫水浴中，發生聚合反應即得到聚丙烯酰胺水膨體；
g.將聚丙烯酰胺水膨體粉碎烘干至恒重即得到本發明所述的目標產物。
[0010]為了使制備的聚丙烯酰胺水膨體易于取出，所述反應在塑料容器中完成。
[0011 ] 優選的，在上述制備方法中，最優反應溫度為40°C ;最優烘干溫度為65°C。
[0012]根據本發明所述的聚丙烯酰胺水膨體的制備方法，交聯劑加量為0.005%時，制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水膨脹倍率為55.30g/g ;交聯劑加量為0.06%時，制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水膨脹倍率為16.68 g/g ;交聯劑加量為0.08%時，制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水膨脹倍率為15.66 g/g ο
[0013]本發明進行了多次平行實驗，取吸水倍率的平均值，實驗結果表明，隨著交聯劑的增大水膨體的膨脹率不斷減小，成下降趨勢，當交聯劑為0.005%時，吸水倍率達到最大，交聯劑為0.06%時，下降趨勢平緩。
[0014]這是因為交聯劑加量較少時，交聯密度較低，交聯點間聚合物分子鏈長，顆粒充分溶脹后自由水在網格內穿流，網絡保水能力差，強度差。當交聯劑達到0.08%時，吸水倍率最小，此時水膨體有暴聚現象，整體偏硬偏脆，這是因為交聯密度過大交聯點間聚合物分子鏈短，形成致密的網絡結構，網絡彈性差，液體很難進入水膨體內部，吸水性能較差。在水中浸泡一段時間后變脆易碎，當交聯劑為0.08%時為交聯劑最高加量臨界值，此時水膨體性能不符合使用要求，在合成此聚丙烯酰胺水膨體時，交聯劑的加量應小于這個數值。當交聯劑大于0.06%時，吸水倍率差距不大，所以當需要吸水倍率為16左右的水膨體時，交聯劑加量可控制在0.06%ο
[0015]四、
【附圖說明】
圖1是制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水膨脹倍率隨交聯劑加量變化趨勢圖。
[0016]圖2是反應裝置示意圖。
[0017]五、實施例實施例1
將質量比為1:3的丙烯酸和丙烯酰胺的混合物、鈣劑膨潤土、碳酸鈉分別溶于水，在引發劑過硫酸銨和交聯劑Ν，Ν’ -亞甲基雙丙烯酰胺的作用下反應制得聚丙烯酰胺水膨體，并通過調節交聯劑的加量控制制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水倍率。反應物組成及具體實驗步驟為: a.將0.2重量份的碳酸鈉溶于水中；
b.將20重量份的丙烯酸和丙烯酰胺混合物加入步驟a中的水溶液中，攪拌溶解；
c.繼續加入10重量份的鈣劑膨潤土并攪拌溶解；
d.繼續加入交聯劑，交聯劑占反應物總重量的0.005%攪拌溶解；
e.繼續加入0.02重量份的引發劑并攪拌溶解；
f.將步驟e所述反應物置于40°C恒溫水浴中，發生聚合反應即得到聚丙烯酰胺水膨體；
g.將聚丙烯酰胺水膨體粉碎烘干至恒重，制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水倍率為55.30g/go
[0018]實施例2
實驗步驟同實施例1，所述交聯劑加量反應物為總重量的0.01%，恒溫水浴溫度為30°C，制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水倍率為39.84 g/g ο
[0019]實施例3
實驗步驟同實施例1，所述交聯劑加量反應物為總重量的0.02%，恒溫水浴溫度為35°C，制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水倍率為26.56 g/g ο
[0020]實施例4
實驗步驟同實施例1，所述交聯劑加量反應物為總重量的0.03%，恒溫水浴溫度為33 °C，制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水倍率為23.86 g/g ο
[0021]實施例5
實驗步驟同實施例1，所述交聯劑加量反應物為總重量的0.04%，恒溫水浴溫度為37°C，制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水倍率為19.03 g/g ο
[0022]實施例6
實驗步驟同實施例1，所述交聯劑加量反應物為總重量的0.05%，恒溫水浴溫度為40 °C，制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水倍率為18.37 g/g ο
[0023]實施例7
實驗步驟同實施例1，所述交聯劑加量反應物為總重量的0.06%，恒溫水浴溫度為40 °C，制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水倍率為16.68 g/g ο
[0024]實施例8
實驗步驟同實施例1，所述交聯劑加量反應物為總重量的0.07%，恒溫水浴溫度為40 °C，制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水倍率為16.19 g/g ο
[0025]實施例9
實驗步驟同實施例1，所述交聯劑加量反應物為總重量的0.08%，恒溫水浴溫度為40 °C，制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水倍率為15.66 g/g ο
【主權項】
1.一種調節交聯劑含量控制聚丙烯酰胺水膨體吸水倍率的方法，包括將質量比為1:3的丙烯酸和丙烯酰胺的混合物、鈣劑膨潤土、碳酸鈉分別溶于水，在引發劑過硫酸銨和交聯劑N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺的作用下反應制得聚丙烯酰胺水膨體，其特征在于:通過調節交聯劑的加量控制制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水倍率。2.根據權利要求1所述的控制聚丙烯酰胺水膨體吸水倍率的方法，其特征在于:所述交聯劑加量為反應物總量的0.005%-0.08%ο3.根據權利要求1或2所述的控制聚丙烯酰胺水膨體吸水倍率的制備方法，其特征在于:所述制備聚丙烯酰胺水膨體的方法包括: a.將0.2重量份的碳酸鈉溶于水中； b.將20重量份的丙烯酸和丙烯酰胺混合物加入步驟a中的水溶液中，攪拌溶解； c.繼續加入10重量份的鈣劑膨潤土并攪拌溶解； d.繼續加入交聯劑，攪拌溶解； e.繼續加入0.02重量份的引發劑并攪拌溶解； f.將步驟e所述反應物置于30-40°C的恒溫水浴中，發生聚合反應即得到聚丙烯酰胺水膨體； g.將聚丙烯酰胺水膨體粉碎烘干至恒重即得到本發明所述的目標產物。4.根據權利要求3所述的聚丙烯酰胺水膨體的制備方法，其特征在于:所述反應在塑料容器中完成。5.根據權利要求3所述的聚丙烯酰胺水膨體的制備方法，其特征在于:所述最優反應溫度為40°C。6.根據權利要求3所述的聚丙烯酰胺水膨體的制備方法，其特征在于:所述最優烘干溫度為65°C。7.根據權利要求1-6任一項所述的聚丙烯酰胺水膨體的制備方法，其特征在于:交聯劑加量為0.005%時，制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水膨脹倍率為55.30g/go8.根據權利要求1-6任一項所述的聚丙烯酰胺水膨體的制備方法，其特征在于:交聯劑加量為0.06%時，制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水膨脹倍率為16.68 g/go9.根據權利要求1-6任一項所述的聚丙烯酰胺水膨體的制備方法，其特征在于:交聯劑加量為0.08%時，制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水膨脹倍率為15.66 g/go
【專利摘要】一種通過調節交聯劑含量控制聚丙烯酰胺水膨體吸水倍率的方法，涉及油田調剖堵水技術領域，所述聚丙烯酰胺水膨體主要由丙烯酰胺、丙烯酸、膨潤土、碳酸鈉、N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺、過硫酸銨和水反應生成，本發明通過改變交聯劑含量制備了不同吸水倍率的聚丙烯酰胺水膨體，并確定交聯劑加量在0.005%~0.08%時，制備的聚丙烯酰胺水膨體的吸水倍率高，性能穩定，可適用于不同油藏調剖堵水的需求；同時，本發明的生產工藝簡單，操作簡單，并且能有效控制產品的吸水倍率。
【IPC分類】C08K3/34, C08F220/56, C08F222/38, C08F220/06
【公開號】CN105367709
【申請號】CN201510985500
【發明人】葉衛保, 林雨, 楊詩, 徐鹿敏, 朱超世, 葉勇保, 溫鴻濱, 馬中躍
【申請人】山東石大油田技術服務股份有限公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年12月25日