用于二氧化碳驱油过程防气窜的双重刺激膨胀凝胶微粒及其制备方法技术

本发明专利技术所述用于二氧化碳驱油过程防气窜的双重刺激膨胀凝胶微粒的制备方法：(1)将丙烯酰胺单体溶于水中形成溶液，向所得溶液中加入交联剂、温度响应单体甲基丙烯酸N,N‑二甲氨基乙酯单体和二氧化碳响应单体[2‑(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基‑(3‑磺酸丙基)氢氧化铵，搅拌均匀形成混合单体溶液聚合体系，搅拌的同时向聚合体系中通氮气以除去体系中的溶解氧；将混合单体溶液与引发剂溶液混合进行聚合反应。本发明专利技术获得在CO2和热刺激下能持续膨胀，且在酸性环境下能二次膨胀的凝胶微粒，以便长时间发挥封堵功能。

Dual stimulation swelling gel particles for gas channeling prevention in CO2 flooding process and preparation method thereof

The invention relates to a preparation method for double stimulation swelling gel particles used for preventing gas channeling in carbon dioxide flooding process: (1) the acrylamide monomer is dissolved in water to form a solution, and a crosslinking agent, a temperature responsive monomer methacrylic acid N, N, two methylamino ethyl ester monomer and a carbon dioxide responsive monomer [2 () are added to the solution. The mixed monomer solution polymerization system was formed by stirring, and nitrogen was injected into the polymerization system to remove the dissolved oxygen. The mixed monomer solution was mixed with the initiator solution for polymerization. The present invention obtains gel particles which can expand continuously under CO2 and thermal stimulation, and can expand two times in acidic environment, so as to give full play to plugging function for a long time.

【技术实现步骤摘要】
用于二氧化碳驱油过程防气窜的双重刺激膨胀凝胶微粒及其制备方法
本专利技术属于油气开采领域，具体涉及一种用于二氧化碳取油过程中防气窜的膨胀微球及其制备方法。
技术介绍
石油是世界上最重要的战略物资，是目前工业领域最主要的能源与化工原材料之一。在目前采油工艺中，由于原油本身黏度较高、亲水性低等结构原因，在“二次采油”后仍有超过50％原油未得到有效采集。注气特别是注CO2提高原油采收率是三次采油的关键技术之一。CO2通过与原油接触过程中产生的相间传质、体积膨胀、油气混相、黏度降低、油—气界面张力降低等机理提高采收率。作为一种温室气体，其应用于三次采油不仅能满足油田开发需求，还可能作为温室气体减排的一种有效手段，实现经济效益与社会效益的有机统一。然而实际应用中发现，由于受气体的滑脱效应、黏性指进以及油藏非均质性等因素影响，扩散能力很强的CO2分子在驱替过程中会优先沿储层高渗条带方向发生“气窜”。导致CO2窜流的主要有两种原因：一是粘性指进。注入CO2和地层流体的黏度存在差异，导致优势通道客观指进，过早见到CO2气体，降低了CO2波及效果，导致单井或井组的产量下降；二是油藏非均质性，而且渗透率级差和裂缝的影响尤为明显[杨红,余华贵,江绍静,黄春霞,南宇峰.非均质性气窜对CO2驱油影响量化实验研究.石油化工高等学校学报,2015,28(5):55-59；李景梅.注CO2开发油藏气窜特征及影响因素研究.石油天然气学报,2012，34(3):153-156]。气窜后，CO2会延裂缝方向突进，气体波及体积大幅度下降，严重时甚至造成生产井停喷；生产井CO2突破后，含水下降，产液量亦下降；油井过早见气，不仅加剧腐蚀，加大生产维护记作业安全隐患，最终将大大降低驱油效率。因此，如何控制和延缓裂缝中CO2窜逸是注CO2驱油面临的最主要的问题。为了有效地封堵“气窜”，提升CO2驱波及效率，目前CO2封窜主要从改善CO2流度或封堵窜层两方面来开展技术研究，具体包括水气交替驱(WAG)、CO2增粘、以及泡沫/凝胶调驱等封窜方法。WAG一方面可以改善气油流度比，扩大CO2波及效率，另一方面工艺流程相对简单，技术难度较低。WAG虽可一定程度抑制气窜，但封堵效率有限，对高黏油层驱替能力仍然不足。因此常通过外加表面活性剂、碱、聚合物增粘剂、及粘弹性表面活性剂胶束稳定泡沫辅助WAG对CO2进一步增黏。较之于传统WAG工艺，化学剂辅助WAG固然在提升气体流度比上有所进展，但仍存在如下不足：(1)小分子表面活性剂实现有效增粘的浓度需求较高，工业成本偏高；(2)对于分子量超过一百万的聚合物增粘剂而言，CO2对此类分子的溶解能力较差，较难实现有效增黏。为克服上述功能缺陷，通过外注固体堵剂封堵孔隙以阻遏CO2漏失的方法具备诸多应用优势。以典型的聚丙酰胺(PAM)类吸水凝胶微粒为例，因其吸水能力强，膨胀性能较好，在驱替过程中波及入高渗孔道时，连续经历“膨胀——聚集——封堵”的动力过程，从而迫使驱替液流入低渗小孔导，以提高波及效率。在已被报道的工业应用中，PAM类凝胶在38℃、超临界CO2(10MPa)驱替环境中有效膨胀封堵超过一个月以上[Woods,P.PaperSPE-14958-MS,Tulsa,Oklahoma:1986]；3％盐水体系、40℃油藏环境中表现出99％的气体封堵率[Syed,A.EnergyProcedia,2014,63,4638]。虽然凝胶堵剂相比于其他调驱技术存在明显优势，但吸水凝胶在高温油藏环境下长期封堵过程中易出现热致脱水现象，封堵能力受损。此外，传统吸水凝胶对酸性环境的耐受力不足，在pH较低的环境中易出现失水收缩现象。而这一现象在现有研究中鲜有应对方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于二氧化碳驱油过程防气窜的双重刺激膨胀凝胶微粒及其制备方法，以获得在CO2和热刺激下能持续膨胀，且在酸性环境下能二次膨胀的凝胶微粒，以便长时间发挥封堵功能。本专利技术的思路：为了弥补现有述CO2。驱油过程中聚合物凝胶高温下易失水收缩，而使封堵能力受损的缺陷，通过在交联聚合物中引入温度、CO2双重刺激基团，使所得到的交联聚合物颗粒在CO2和热刺激下能持续吸水膨胀，以便在油藏环境中能产生二次膨胀效果。本专利技术所述用于二氧化碳驱油过程防气窜的双重刺激膨胀凝胶微粒的制备方法，步骤如下：(1)将丙烯酰胺单体溶于水中形成溶液，向所得溶液中加入交联剂、温度响应单体甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯单体和二氧化碳响应单体[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵，搅拌均匀形成混合单体溶液聚合体系，搅拌的同时向聚合体系中通氮气以除去体系中的溶解氧；其中，丙烯酰胺、甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯、[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵，以及交联剂质量分别占混合单体溶液总质量的22.65％～22.84％、0.84％～1.66％、1.44％～1.45％、0.01％～0.02％；(2)将步骤(1)得到的混合单体溶液与引发剂溶液混合，在39℃～41℃水浴条件下反应8～10h，继续升温至59℃～61℃反应8～10h，反应完成得到共聚凝胶；反应过程如下：AM为丙烯酰胺单体，DMAEMA为甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯单体，SBMA为[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵，MBA为交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺。(3)将共聚凝胶进行造粒、烘干、粉碎，得到凝胶微粒。上述方法中，所述交联剂最好为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。上述方法中，所述引发剂最好为过硫酸铵，引发剂的添加量为混合单体溶液总质量的0.0％6～0.08％。上述方法中，步骤(3)将所述共聚凝胶粉碎或粉碎后筛分至140目以下。上述方法中，步骤(3)将所得反应得到的共聚凝胶粉碎操作如下：使用粉碎机粉碎2s后静置8s，重复此循环操作十次，并辅以风扇散热。本专利技术提供上述方法制备的用于二氧化碳驱油过程防气窜的双重刺激膨胀凝胶微粒。其在CO2和热刺激下能持续吸水膨胀，刺激因子为温度、CO2，热刺激膨胀环境温度范围为25℃～65℃。在CO2刺激pH环境为4.3±0.1下可持续吸水膨胀。将该微粒分散在水中作为CO2驱油过程的防气窜剂时，其不仅具有热、CO2双重刺激膨胀的能力，且具备一定的耐盐、抗收缩特性，满足强酸、高温等恶劣环境的应用。该微粒制备方法便捷，可大规模投入生产，具备良好的应用前景。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术所述膨胀凝胶微粒在25～65℃内能(在原有吸水膨胀基础上)持续吸水膨胀，在一定程度上缓解或消除了现有凝胶在高温油藏环境下长期封堵过程中出现热致脱水现象的问题，可长时间发挥封堵能力。2、本专利技术所述膨胀凝胶微粒在CO2作用下(pH环境为4.3±0.1)能持续吸水膨胀，在一定程度上缓解或消除了现有凝胶在酸性环境下长期封堵过程中出现热致脱水现象的问题，可长时间发挥封堵能力。3、本专利技术所述膨胀凝胶微粒的分散液具备在0～5g/dL盐溶液环境中持续耐盐膨胀的能力，利于在油藏环境下长时间发挥封堵能力。4、本专利技术所述方法提出的配方，成分简单、操作方便、可大规模生产和使用。5、本专利技术提出的配方，可通过改变功能单体含量、交联本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于二氧化碳驱油过程防气窜的双重刺激膨胀凝胶微粒的制备方法，其特征在于步骤如下：(1)将丙烯酰胺单体溶于水中形成溶液，向所得溶液中加入交联剂、温度响应单体甲基丙烯酸N,N‑二甲氨基乙酯单体和二氧化碳响应单体[2‑(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基‑(3‑磺酸丙基)氢氧化铵，搅拌均匀形成混合单体溶液聚合体系，搅拌的同时向聚合体系中通氮气以除去体系中的溶解氧；其中，丙烯酰胺、甲基丙烯酸N,N‑二甲氨基乙酯、[2‑(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基‑(3‑磺酸丙基)氢氧化铵，以及交联剂质量分别占混合单体溶液总质量的22.65％～22.84％、0.84％～1.66％、1.44％～1.45％、0.01％～0.02％；(2)将步骤(1)得到的混合单体溶液与引发剂溶液混合，在39℃～41℃水浴条件下反应8～10h，继续升温至59℃～61℃反应8～10h，反应完成得到共聚凝胶；(3)将共聚凝胶进行造粒、烘干、粉碎，得到凝胶微粒。

【技术特征摘要】
1.一种用于二氧化碳驱油过程防气窜的双重刺激膨胀凝胶微粒的制备方法，其特征在于步骤如下：(1)将丙烯酰胺单体溶于水中形成溶液，向所得溶液中加入交联剂、温度响应单体甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯单体和二氧化碳响应单体[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵，搅拌均匀形成混合单体溶液聚合体系，搅拌的同时向聚合体系中通氮气以除去体系中的溶解氧；其中，丙烯酰胺、甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯、[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵，以及交联剂质量分别占混合单体溶液总质量的22.65％～22.84％、0.84％～1.66％、1.44％～1.45％、0.01％～0.02％；(2)将步骤(1)得到的混合单体溶液与引发剂溶液混合，在39℃～41℃水浴条件下反应8～10h，继续升温至59℃～61℃反应8～10h，反应完成得到共聚凝胶；(3)将共聚凝胶进行造粒、烘干、粉碎，得到凝胶微粒。2.根据权利要求1所述用于二氧化碳驱油过程防气窜的双重刺激膨胀凝胶微粒的制备方法，其特征在于所述交联剂为N...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯玉军，田啟锐，
申请(专利权)人：四川大学，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：四川,51