一种可深部调驱用聚丙烯酰胺预交联颗粒的制作方法

本实用新型涉及深部调驱技术领域，更具体地，涉及一种可深部调驱用聚丙烯酰胺预交联颗粒。

背景技术：

随着海上主力水驱开发油田进入高含水开发阶段，维持稳产的压力越来越大。同时，平台及终端设施也常常处于满负荷甚至超负荷运行状态。如何控制水驱的无效波及同时提高原油产量已成为摆在各油田作业公司面前的现实问题。目前常用的调剖调驱剂分为两大类，一是凝胶类，二是颗粒类。

聚合物凝胶体系是常见的凝胶类调剖剂，其能够通过聚合物和交联剂发生交联反应形成三维网络结构，实现封堵原水窜通道、扩大水驱波及体积的目的。但采用聚合物凝胶体系进行调剖的技术也逐渐表现出一定的局限性，特别是在地层深部作用时成胶性能较差，难以真正实现有效封堵。

为克服聚合物凝胶体系的缺点，上世纪90年代末，中石油勘探开发研究院的白宝君教授提出了预交联凝胶颗粒的理念，即首先在地面或工厂里形成交联聚合物凝胶，然后通过干燥、造粒等方式形成孔喉尺度的颗粒，并将颗粒注入地下进行调堵控水。颗粒类调剖剂包括聚合物微球和体膨颗粒。聚合物微球具有初始粒径小、注入性好的优点，但其膨胀倍数受地层温度和矿化度影响较大，且膨胀倍率有限，一般膨胀后的平均粒径为几个微米，封堵能力有限。体膨颗粒的初始粒径可调范围较大，但膨胀倍数有限。若用于封堵高渗条带，则需要匹配粒径较大的体膨颗粒，但颗粒粒径较大，会导致颗粒进入地层深部、实现深部调剖的能力有限。若使用粒径较小的体膨颗粒，则封堵高渗通道的强度不足。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种可深部调驱用聚丙烯酰胺预交联颗粒，所述聚丙烯酰胺预交联颗粒包括：聚丙烯酰胺包覆的氯化锆、氯化铝或氯化铬颗粒芯层、第一聚合物层和第二聚合物层，并且所述第一聚合物层包裹在所述芯层外面，所述第二聚合物层包裹在所述第一聚合物层外面。

在本实用新型的实施例中，所述第一聚合物层可以为n,n-亚甲基双丙烯酰胺交联的丙烯酰胺-丙烯酸共聚物层。

在本实用新型中，术语“n,n-亚甲基双丙烯酰胺交联的丙烯酰胺-丙烯酸共聚物”定义为以丙烯酰胺和丙烯酸为单体，n,n-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，经交联聚合反应得到的产物。其可通过目前已有的方法制备得到。

在本实用新型的实施例中，所述第二聚合物层可以为聚乙二醇二丙烯酸酯交联的聚丙烯酰胺聚合物层。

在本实用新型中，术语“聚乙二醇二丙烯酸酯交联的聚丙烯酰胺”定义为以丙烯酰胺为单体，聚乙二醇二丙烯酸酯为交联剂，经交联聚合反应得到的产物。其可通过目前已有的方法制备得到。

在本实用新型的实施例中，所述聚丙烯酰胺包覆的氯化锆、氯化铝或氯化铬颗粒的粒径可以为1μm-100μm。

在本实用新型的实施例中，所述聚丙烯酰胺预交联颗粒的粒径可以为5μm-200μm。

本实用新型的聚丙烯酰胺预交联颗粒具有包括芯层、第一聚合物层和第二聚合物层的三层结构，当进行深部调驱时，三层结构从外向内逐层破裂伸展，形成三维凝胶网络，从而进行有效封堵，适用于深部调驱。具体地，当本实用新型的聚丙烯酰胺预交联颗粒随注入水注入注水井后，随着在地层中的推进，当第二聚合物层采用受热易分解的聚乙二醇二丙烯酸酯作为交联剂时，交联剂受热分解，第二聚合物层转化为具有粘度的聚丙烯酰胺溶液，聚丙烯酰胺的长链伸展开，起到一定的深部液流转向的作用，并且暴露出第一聚合物层，随着聚合物溶液在地层中的继续推进，第一聚合物层继续水解，丙烯酰胺-丙烯酸共聚物的长链伸展开并且暴露出芯层，芯层中的锆、铝或铬交联剂通过配位键与聚丙烯酰胺交联，形成三维凝胶网络。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。

图1为本实用新型实施例的聚丙烯酰胺预交联颗粒的结构示意图；

图2为本实用新型实施例进行砂管驱替实验时采用的多测压点填砂管模型的结构示意图。

图3为本实用新型实施例的聚丙烯酰胺预交联颗粒的砂管驱替实验结果图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例1

如图1所示，本实施例的聚丙烯酰胺预交联颗粒由聚丙烯酰胺包覆的氯化锆颗粒芯层1、第一聚合物层2和第二聚合物层3组成。所述第一聚合物层2包裹在所述芯层1外面，所述第二聚合物层3包裹在所述第一聚合物层1外面。其中，所述第一聚合物层2为n,n-亚甲基双丙烯酰胺交联的丙烯酰胺-丙烯酸共聚物层。所述第二聚合物层3为聚乙二醇二丙烯酸酯交联的聚丙烯酰胺层。所述聚丙烯酰胺包覆的氯化锆颗粒的粒径为1μm-100μm。所述聚丙烯酰胺预交联颗粒的粒径为5μm-200μm。

实施例2

如图1所示，本实施例的聚丙烯酰胺预交联颗粒由聚丙烯酰胺包覆的氯化铝颗粒芯层1、第一聚合物层2和第二聚合物层3组成。所述第一聚合物层2包裹在所述芯层1外面，所述第二聚合物层3包裹在所述第一聚合物层1外面。其中，所述第一聚合物层2为n,n-亚甲基双丙烯酰胺交联的丙烯酰胺-丙烯酸共聚物层。所述第二聚合物层3为聚乙二醇二丙烯酸酯交联的聚丙烯酰胺层。所述聚丙烯酰胺包覆的氯化铝颗粒的粒径为1μm-100μm。所述聚丙烯酰胺预交联颗粒的粒径为5μm-200μm。

实施例3

如图1所示，本实施例的聚丙烯酰胺预交联颗粒由聚丙烯酰胺包覆的氯化铬颗粒芯层1、第一聚合物层2和第二聚合物层3组成。所述第一聚合物层2包裹在所述芯层1外面，所述第二聚合物层3包裹在所述第一聚合物层1外面。其中，所述第一聚合物层2为n,n-亚甲基双丙烯酰胺交联的丙烯酰胺-丙烯酸共聚物层。所述第二聚合物层3为聚乙二醇二丙烯酸酯交联的聚丙烯酰胺层。所述聚丙烯酰胺包覆的氯化铬颗粒的粒径为1μm-100μm。所述聚丙烯酰胺预交联颗粒的粒径为5μm-200μm。

上述实施例的聚丙烯酰胺预交联颗粒通过下述方法制备得到：

1)将20g丙烯酰胺和8g丙烯酸加入100g蒸馏水中充分溶解，得到丙烯酰胺和丙烯酸的水溶液；

2)将0.1gn,n-亚甲基双丙烯酰胺加入步骤1)得到的丙烯酰胺和丙烯酸的水溶液中，得到第一混合溶液；

3)向所述第一混合溶液中持续通入氮气30分钟；

4)向步骤3)得到的第一混合溶液中加入0.2g聚丙烯酰胺包覆的氯化锆、氯化铝或氯化铬颗粒以及0.1g浓度为1200ppm的过硫酸铵溶液，然后将溶液放入60℃的恒温箱中保温反应5个小时，得到第一本体凝胶，该第一本体凝胶由聚丙烯酰胺包覆的氯化锆、氯化铝或氯化铬颗粒芯层1和包裹在芯层外面的第一聚合物层2组成；

5)将步骤4)得到的第一本体凝胶切成小块，干燥后备用；

6)将0.1g聚乙二醇二丙烯酸酯和20g丙烯酰胺加入80g蒸馏水中充分溶解，得到第二混合溶液；

7)向所述第二混合溶液中持续通入氮气30分钟；

8)向步骤7)得到的第二混合溶液中加入0.1g浓度为1200ppm的过硫酸铵溶液并充分搅拌，得到第三混合溶液；

9)将第5)干燥后的第一本体凝胶小块研磨成纳微米级颗粒，放入第三混合溶液中浸泡24小时；

10)将步骤9)得到的溶液放入60℃的恒温箱中保温反应9小时，得到第二本体凝胶，将第二本体凝胶干燥研磨至粒径为5-200μm，得到由聚丙烯酰胺包覆的氯化锆、氯化铝或氯化铬颗粒芯层1、第一聚合物层2(n,n-亚甲基双丙烯酰胺交联的丙烯酰胺-丙烯酸共聚物)和第二聚合物层3(聚乙二醇二丙烯酸酯交联的聚丙烯酰胺)组成的聚丙烯酰胺预交联颗粒。

其中，步骤4)中采用的聚丙烯酰胺包覆的氯化锆、氯化铝或氯化铬颗粒通过下述方法制备得到：

配制氯化锆、氯化铝或氯化铬的饱和溶液，向其中加入质量为所述饱和溶液质量的15％的丙烯酰胺以及0.05％的过硫酸钾，在60℃的恒温箱中保温反应4h后聚合形成胶块，将其烘干、粉碎、造粒，制得所述聚丙烯酰胺包覆的氯化锆、氯化铝或氯化铬颗粒，颗粒的粒径为1μm-100μm。

对比例1

本对比例与实施例1的不同之处仅在于：所述第二聚合物层3为n,n-亚甲基双丙烯酰胺交联的聚丙烯酰胺层。

对比例2

本对比例与实施例1的不同之处仅在于：聚丙烯酰胺预交联颗粒不包括芯层1，仅由第一聚合物层2和第二聚合物层3组成。

性能测试

将本实用新型实施例和对比例制备的聚丙烯酰胺预交联颗粒进行砂管驱替实验，测试其注入性能和岩心封堵能力。

实验过程：

(1)将石英砂装入填砂管(50cm)中压实(填砂渗透率为5000md左右)，然后将填砂管抽真空，饱和模拟地层水，计算孔隙体积；

(2)按照图2将实验装置连接好，进行密封性检测；

(3)以2ml/min的流速将模拟地层水注入填砂管，驱替至注入压力稳定，采用公式(i)计算填砂管模型的水测渗透率：

式中：k—填砂管渗透率，μm²；

μ—驱替流体的粘度，mpa·s；

l—填砂管的长度，cm；

a—填砂管的内截面积，cm²；

δp—填砂管两测压点间的压差，kpa；

(4)在65℃下，以2ml/min的流速注入本实用新型实施例和对比例制备的聚丙烯酰胺预交联颗粒的水溶液(聚丙烯酰胺预交联颗粒的质量分数为0.5％)，注入总量为1pv；

(5)再以1ml/min的流速进行后续水驱，观察并记录各个测压点的压力数据。

本实用新型实施例1的聚丙烯酰胺预交联颗粒的砂管驱替实验结果如图3所示(实施例2-3的聚丙烯酰胺预交联颗粒的实验结果与图3类似)。

从图3可以看出，当采用渗透率为5000md的填砂管时，注入压力均低于0.1mpa，说明本实用新型实施例制备的聚丙烯酰胺预交联颗粒具有良好的注入性能。在后续水驱阶段，注入压力涨至3mpa，说明本实用新型实施例制备的聚丙烯酰胺预交联颗粒具有良好的封堵效果；而且，均布的三个测压点均有压力响应，说明本实用新型实施例制备的聚丙烯酰胺预交联颗粒可以运移到填砂管中后部且有效成胶。

然而，对比例1-2制备的聚丙烯酰胺预交联颗粒在后续水驱阶段的注入压力仅有0.1-0.2mpa，说明对比例1和2制备的聚丙烯酰胺预交联颗粒的封堵效果不好。这是因为对比例1的聚丙烯酰胺预交联颗粒的第二聚合物层不会破裂，聚丙烯酰胺预交联颗粒只能吸水膨胀变成粒径较大的颗粒；对比例2的聚丙烯酰胺预交联颗粒没有有效成胶，只是形成了具有粘度的聚合物溶液。

虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。