β-环糊精功能化聚丙烯酰胺纳米复合材料的制备及其在提高采收率中的应用

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第50卷第4期当代化工Vol.50, No.4 2021 年 4 月Contemporary Chemical Industry April,2021 P-环糊精功能化聚丙烯酰胺纳米复合材料 的制备及其在提高采收率中的应用
刘炳圻、张春生 '张审琴,吴颜雄2
U.长江大学地球科学学院,武汉430100 ;2.青海油H丨勘探开发研究院,敦煌736200)
摘要:实验条件下,用来酸酐对P-环糊精进行了改性以内烯酰胺(AM)、2-内烯酰胺-2-中基内'烷磺 酸(AMPS)和改性p-环糊精(M AH-p-CD)为原料,采用『丨山坫聚合法合成了一种新铟水溶性纳米M合材料
(AAM C-S1 )=在性能评价实验中,与聚合物A M/AM PS/MAH-p-(:D (AAM C-S0)相比,AAM C-S I纳米复合材 料在增稠性、耐温性、耐盐性和抗剪切性等方面表现良好无机纳米Si02的引人使AAMC-S1结构具有刚性,
其网络结构更加致密基于室内驱替试验,AAM C-S1纳米复合材料的阻力系数(RF)为22.31,残余阻力系数
(RRF)为5.58,而AAM C-S0的阻力系数及余阻力系数为17.7丨和2.73:提高采收率试验表明,AAM C-S1可
显著提高原油采收率13.25%,而AM C-S0仅为7.12%
关键词:P-环糊精:纳米材料;耐温抗盐;聚丙烯酰胺;提卨采收率
中图分类号:TE 245 文献标识码:A文章编号:1671-0460 ( 2021)04-0795-04
Preparation of p-Cyclodextrin Functionalized Polyacrylamide
Nanocomposite and Its Application in Enhanced Oil Recovery
LIU Bing-qi\ ZHANG Chun-sheng', ZHANG Shen-qin~,WIJ Yan-xiong2
(1. College of Earth Sciences, Yangtze University, Wuhan 430100, China;
2. Qinghai Oilfield Exploration and Development Research Institute, Dunhuang 736200, China)
Abstract: (3-Cyclodextrin was successfully modified by maleic anhydride under certain experimental conditions. A
novel water-soluble nanocomposite (AAMC-S1) consisting of nano-Si02was synthesized by free-radical
polymerization using acrylamide (AM), 2-acrylamido-2-methyl propane sulfonic acid (AMPS) and modified
b-cyclodextrin (MAH-p-CD) as raw materials. In the performance evaluation experiments, the AAMC-S1
nanocomposite demonstrated desirable properties in terms of its thickening ability, temperature resistance, salt
tolerance and shear resistance compared to those of the pure polymer AM/AMPS/MAH-p-CD (denoted AAMC-S0).
Desirable properties could be attributed to the introduction of inorganic nano-Si〇2,which endowed the AAMC-S1
structure with rigidity and made the network structure denser and stronger. Based on the indoor displacement test, the
AAMC-S1 nanocomposite gave a resistance factor (RF) of 22.31 and a residual resistance factor (RRF) of 5.58,
compared with 17.71 and 2.73 for AAMC-S0. The enhanced oil recovery test showed that AAMC-S1 could
remarkably enhance 13.25% of oil recovery while AAMC-S0 could enhance 7.12% of oil recovery.
Key words: Cyclodextrin; Nanomaterials; Temperature resistance and salt resistance; Polyacrylamide; Enhanced oil
recovery
大多数油藏经过一次和二次开采后,采收率在 20%至30%之间,然而仍有大量石油留在储层中
因此,提高采收率(EOli )方法越来越受到人们的 关注114。

其中聚合物驱油是提高采收率的重要手段 之一|51。

聚内'烯酰胺(PAM )已成功砬用于聚合物 驱油,其中部分水解聚丙烯酰胺(HPAM )由于其 优良的增稠性、溶解性、和调节水/油比的能力,使 其具有史'高的采油效率然而,在高温、高矿化 度下,HPAM的一CONIh基团在高温下容易水解, 当HPAM存在于高质量浓度的二价阳离子(M g2+、Ca2+)中时,容易发生相分离和沉淀,此外,在高剪切速率下,HPAM溶液的黏度急剧下降,这严重 阻碍jt:在提高采收率过程中的应用研究表明,在HPAM中引入官能团、疏水性单体和纳米材料等 可以解决h述问题|IM41。

此外,将P-C L)引入共聚物 主链可以表现出显著的耐盐性和耐温性从而确保其可用于提高采收率
近来,一些研究集中在使用聚合物/纳米SiO:纳米复合材料来增强K O K中的聚合物驱油性能:MAUKYA等报道了 SiO:纳米颗粒的加入对聚内'烯 酰胺(PAM )溶液性能的影响,结果表明Si()2纳米 颗粒可以改善P A M的表观黏度和流变行为
基金项目:国家科技重大专项,大型油气田及煤层气开发(项目编号:2016Z X05007-002 )
收稿曰期:2021-01-11
伟者简介:咩圻(1995-),男,湖北 r」丨.,:.•:::沉枳学 E-m ail:cejingcejing@.
通信作者:张春生(1963-),殍,河南丧••,v生,教授,研究方向:--m ail:cejingcejing@
温度八:
图1温度对AAMC -SO 和AAM C -S 1纳米复合材料(质量 浓度2 500 mg L 」的表观黏度的影响。

Fig.l Effect of temperature on the apparent viscosity of AAMC-SO and AAMC -S 1 nanocomposites (mass
concentration 2 500 m « L )
然而,在相同温度下,AAMC-Sl 纳米复合溶液 比AAMC-SO 共聚物溶液具有更高的黏度和史'高的 黏度保持率这意味着S if h 纳米粒子的存在使
AAMC -S 1的网络结构吏牢间,增加了空间位阻,从
而阻碍r 聚合物链在高温下的卷曲2.2 AAMC -S 1纳米复合材料的耐盐性
AAMC-SO 和 AAMC -S 1 溶液在不同 NaCl、MgCh
质量浓度下的黏度,如图2所示:由阍2可以看出. 随着盐质砧浓度的增加,所有样品的衣观黏度都敁
AAMC-Sl
M /TriliJ : HAAKh ; RS 600
仪(德丨si )在25
、1~ I 000 s 1下进行连续变剪切,
测试这些样品溶液的抗剪切性:1.6驱替实验
用填砂管进行驱替实验,在长30 r m 、直径
2.5 rm 的管内填充 100~120 目(0.120~0.丨50 mm )
砂:实验州盐水成分见表I 水驱和聚合物驱的渗
透率均设为1.0mL _min _l ,且保持不变
1.7提高采收率(E O R )实验
使用自动孔渗仪(Coretest systems , Inc .U .S.A ) 测量砂•岩心的孔隙度和渗透率用盐水饱和岩心, 向岩芯饱和原油,直到出门不川水,然后以
0.5 ml /min 1的流速进行水驱,訌到含水率达到 98%经一次水驱后,向岩心注人0.3 P V 聚合物段 塞,然丨^进行后续水驱,直至含水率达到98%
2结果与讨论
2.1 AAMC -S 1纳米复合材料的耐温性能
众所周知,储层温度对聚合物溶液的性能影响 很大,高温会损坏聚合物主链,从而导致聚合物溶 液的黏度降低图I 为温度对两个样品的影响,结 果表明,温度升高会导致黏度降低
fc 工__________________________________2021年4月
GIRALDO 的研究发现纳米SiO :能够提高聚合物的 稳定性,并防止聚合物分子链在盐水中卷曲二 氧化硅纳米粒子由于表ifn 能大,容易聚集成大团簇, 这使得纳米二氧化硅纳米粒子难以在聚合物均匀分 散,从而影响纳米复合材料的性能有研究报道, 使用硅烷偶联剂修饰二氧化硅不仅"J ■以使二氧化硅 纳米粒子分散吏均匀,还可以使其1 j 聚合物更兼容, 提高聚合物的性能
1111
本文采用肖由基聚合法来制备新型AAMC -S 1 纳米复合材料,评估了 AAMC -S 1的耐温性、耐盐 性、耐剪切性和黏弹性此外,还研究了 AAMC-SI 作为潜在聚合物驱的驱替性能:
1实验部分
1.1实验材料
内烯酰胺(AM )、4来酸酐(M AH )和正硅酸 四乙酯(TE 0S )、2-内烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸 (AMPS )、环糊精(p-CD )、氯化钠、无水氯化钙、 无水氯化镁、氢氧化钠,阿拉丁丨:业公司提供;过 硫酸铵、硫酸氢钠、N .N -二甲基甲酰胺(l )MF ),」匕 京北化精细化T 有限公丙酮、•:氯甲烷、丙氧 基丙基甲氧基硅烷(7-MPS )和尤水乙醇;原油 选自胜利油田,其在90 T 下的黏度为6.9 mPa .s ,密 度为0.85 g m 、所有水溶液均使用去离子水制备
1.2 AAMC -S 1纳米复合材料的合成
采用SiOher 方法制备SiO :纳米颗粒[|8]将 29.625 g AM 、7.5 g AMPS 、0.375 g MAH - p -CD 溶解 在112.5 g 去离子水中,连续搅拌2 h 将0.375 g 改 性纳米AO :倒入5 ml ,乙醇中,搅拌直至改性纳米 Si 0:5£全溶解:将_一-定M 的引发剂的APS 和NaH SO.i (摩尔比I : 1,
质量分数0.3% )注人反应溶液中
在50尤下反应5 h 后,用乙醇洗涤干燥胶体:作为 对照,按照相同的单体用量和上述步骤合成了聚合 AM / AMPS / MAH - p -CD ( AAMC-SO )
1.3耐温评价
将0.25 g 的AAMC -SO 和AAMC -S l 粉末分别溶 解在100 m L 的去离子水中通过Brookftelrl DV-II + Pm 黏度计测量在20~90 t 下的表观黏度 1.4耐盐性评价
将适量的NaCl 、MgCb 溶解在100 mL 去离子水 中,分別制备一系列质M 浓度盐溶液将0.25 g AAMCS 0和AAMC -S l 粉末分别溶解在上述制备的 不同质M 浓度的盐溶液屮最后,通过I 5m n kflf»ld DV -11+Pm 黏度计在25 T 下测量表观黏度 1.5抗剪切测试
制备质量浓度为2.5 g l 1的AAMC -S O 和
796____________________________________________当 代
5 0 5 0 5
5
4 4 3 3 2 2{
S • R d E
)s f

第50卷第4欺 刘炳圻,等:环糊锖功能化聚丙烯酸咹纳米复合材料的制备及其在提高采收率中的应用 797
著降低。

因为电解质离子(Na +、M g 2+)屏蔽了有效 电荷,使聚合物的双电层被盐离子压缩,导致流体 力学体积减小。

AAMC -S 1的黏度保持率高于 AAMC -SO ,说明AAMC -S 丨具有较好的耐盐性。


6 1 000 2 000 3 000 4 000 5 00Q
N a C l 质M 浓度/ ( m g • L ’ >
种现象在不同质量浓度的氯化镁和氯化钙溶液中也 是类似的:由于无机Si 02纳米粒子提供了空间位阻, 使聚合物链更加稳定,导致双电层很难被压缩。

(a) NaCl 溶液
(h) MgCl2 溶液.
图2盐溶液质量浓度对纯AAMC -S 0和AAMC -S 1纳米复合材料的表观黏度的影响
Fig .2 Effects of salt mass concentration on the apparent viscosity of pure AAMC-SO and AAMC -S 1 nanocomposites solution
2.3 AAMC -S 1纳米复合材料的抗剪切性
剪切速率对表观黏度的影响如图3所示从丨冬 1 3可以看出,AAMC -S 0和AAMC -S 1表现出剪切稀 释性。

这是由于剪切作用破坏了分子之间的相互作 用并破坏了聚合物的主链在低剪切速率(1~ 100。

) 下,AAMC -S 1纳米复合材料的,而在高剪切速下表 观黏度显著降低复合材料在低剪切速率下具有更 高的黏度和保留率。

图3剪切速率对AAMC -S 0和AAMC -S 1纳米复合材弊K 质
量浓度2 500 mg .L —')的表观黏度的影响
Fig . 3 Influence of shear rate on apparent viscosity of AAMCS 0 and AAMC -S 1 nanocomposites (mass
concentration 2 500 mg L )
溶液。

具有较高R F 和RRF 的溶液可以增加波及体 积,穿透或扩散到更多岩石多孔区域[141,这表明 AAMC -S 1能更好地提高石油采收率:
0.14 ;—-•-A A M C -S O
0.12
+ A A M C -S 1
图4驱替压力曲线
Fig . 4 Displacement pressure curve
2.5 AAMC -S 1纳米复合材料的E O R 能力
在砂岩岩心中研究了 AAMC -SO 和AAMC -S 1溶 液提高采收率的能力,如表1所示:当渗透率大约
在900 mD 时,一次水驱到含水率为98%后,相比 于AAMC -S 0聚合物提高的7.12%采收率,注入 0.3 P V 的AAMC -S 1聚合物后,再后续水驱可进一步 将采收率提高到13.25% (图5 )。

2.4 AAMC -S 1纳米复合材料的驱替性能
在填砂管渗透率为650 x 103 mm 的条件下,模 拟盐水和样品溶液的注人压力与注人PV (孔隙体积) 数的变化如图4所示。

在相同的导电率下,AAMC -S 1 纳米复合溶液的R F 和RRF 均高于纯AAMC -SO 的
表1 AAMC -S 0和AAMC -S 1岩心参数及采收率
Table 丨 AAMC-SO and AAMC -S 1 core parameters and __________________recovery factor __________________
岩心长度
直径
孔隙
渗透
样品(1 500
El E2E O R
序号
/c m
/c m
度/%率/m D
m g .I ;
)
!c /(
/%/%
Is 7.653 3.80219.83894A A M C -S O 42.1449.267.122*
7.724 3.806
20.16
926
A A M C -S 144.23
57.48
13.25
798J ____ft 化工
图 5 AAMC-SO 和 AAMC -S 1 的 E 〇R
Fig .5 EOR of AAMC-SO and AAMC -S 1
3结论
通过內由基聚合反应合成了由纳米Si ()2组成的 新型纳米复合材料AAMC -S 1。

通过1.j AAMC-SO 进 行比较,发现引人纳米SiO :使AAM C -S 丨在耐温性、 耐盐性和抗剪切方面表现出色:此外,驱替实验表 明,AAM C -S 1在提高驱替效率方面史为有效:此外,
E O R 测试表明,AAMC -S 1可以显著提高采油率
13.25%综上所述,纳米复合材料AAMC -S 1具有 提高采收率的巨大潜力参考文献:
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2021年4月
中科院大连化学物理研究所科研成果介绍
微反应技术硝化合成硝酸异辛酯
负责人:陈光文联络人:陈光文
电话:*************传真:041 卜84379蠢幻 E-mail : **************.cn
学科领域:精细化I :项目阶段:中试放大
项目简介及应用领域
异辛醇混酸硝化生产的硝酸异辛酯作为柴油十六烷值改进剂.对柴油油品升级起着重耍作用按典铟的〇.〗%的添加董计,每万吨硝酸异辛酯可 以调和丨000万I 符合_ \排放标准的优质柴油随荇油品的升级换代,硝酸异辛酯产品的市场需求M 势必增加由于硝酸异f :•酯生产比较危险, 技术主要由法㈤S N P E 、瑞士丨U A Z Z I 等少数军丨:企业掌握。

国内,西安万德能源化学公采用微管式生产丨:艺,每年产能为1万吨,但数十条线并行 生产丨:艺弊端明显
本项目采用微通道反位器技术,在反应热力学和反应动力学研究结采的基础h ,创新性开发了微反应技木硝化合成硝酸异於酯T .艺,该丨:艺的 主要特点坫:
•醇和混酸在片行多M 道微混合器中接触反应,混合器内休积微小、物料浞合均匀,反丨.V :时N f c ;:,传热速韦快,产物和酸可实现连
续自动分离技术指标包括:吩料转化率高于99.9%,产品纯度高于99.5%,水分小于0.059K 酸度小于3
m g K
()H /100m
L
本项彳时揭示了反位
过程中的爆炸机制,因而这项技术炖有无可比拟的先进性和安全性本技术具有自主知i 只产权,已中清^利2件,发表学木论义2篇冃前

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建立50 ~ 100t 微反应装置一袞,并可以快速设计搭建单套600〜丨0001反应装置:
合作方式:合作开发
投资规模:1〇〇〇〜5000
万。

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