阳离子对 HPAM/Cr3+弱凝胶性能的影响

为揭示相同价态阳离子对弱凝胶成胶性能的影响规律, 研究了 Mg²⁺、 Ca²⁺、 Na⁺、 K⁺四种常见阳离子对部分水解聚丙烯酰胺（HPAM） /Cr³⁺弱凝胶成胶黏度和稳定性的影响。结果表明, 阳离子浓度过低或过高均会抑制HPAM/Cr⁺体系的成胶; HPAM质量浓度为3 g/L时, 利于HPAM成胶的单一阳离子浓度适宜范围分别为Mg²⁺ 0.4～9 g/L、 Ca²⁺ 1.2～18 g/L、 Na⁺ 9～30 g/L、 K⁺ 16～55 g/L; 阳离子半径越小、 对凝胶成胶黏度和稳定性的影响越大; 四种阳离子对弱凝胶成胶黏度的影响顺序为Mg²⁺>Ca²⁺>Na⁺>K⁺, 对弱凝胶稳定性的影响顺序为Mg²⁺>Ca²⁺、 Na⁺>K⁺。图3参12     

近井地带剪切作用对驱油用聚合物溶液渗流特性的影响

在前人的工作基础上设计了一个近井地带剪切模拟装置,选用两种较为典型的聚丙烯酰胺类聚合物——部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)和疏水缔合聚丙烯酰胺(HAPAM)进行室内实验,研究两种聚合物溶液经剪切后的渗流特性。实验结果表明：随着吸水强度的增加,两种浓度为1750 mg/L的聚合物溶液的黏度和黏度保留率快速下降。由于自身的疏水缔合作用,HAPAM溶液剪切后具有高于HPAM溶液的黏度及黏度保留率。在吸水强度10 m³/(m·d)和20 m³/(m·d)条件下剪切两种聚合物溶液,经剪切后的HAPAM溶液的阻力系数和残余阻力系数远大于HPAM溶液的,HAPAM溶液的阻力系数损失率小于HPAM溶液,而残余阻力系数损失率大于HPAM溶液。经剪切后的HAPAM溶液具有更高的驱油效率,剪切后HAPAM的溶液原油采收率损失略高于HPAM溶液的。     

部分水解聚丙烯酰胺/乳酸铬在油田污水条件下的成胶特性研究

为了采用油田污水配制性能优良的聚合物弱凝胶调驱剂, 研究了油田污水中各组分对部分水解聚丙烯酰胺/乳酸铬成胶性能的影响, 优选出适合污水条件下的部分水解聚丙烯酰胺/乳酸铬凝胶体系, 考察了该凝胶体系对岩心的封堵作用。结果表明： 随着 Na⁺、 Mg²⁺、 Ca²⁺浓度及矿化度的增加, 部分水解聚丙烯酰胺/乳酸铬成胶时间缩短、 凝胶黏度增加; 随 S^2-浓度增加, 成胶时间延长、 凝胶黏度降低, S^2-加量大于 30 mg/L时, 体系难以成胶; 含油量对凝胶的成胶无影响; 凝胶最佳配方为： 三氯化铬与乳酸摩尔比 1∶8, 部分水解聚丙烯酰胺、 交联剂和硫脲的质量浓度分别为 2000、 200和 800 mg/L, 该凝胶体系的成胶时间为 25 h, 成胶后的黏度为 20 Pa·s, 对岩心的封堵率达 85%以上, 可用油田采出污水配制。表8参12     

聚合物分子聚集态对液流转向效果影响及其作用机理

对4种调驱剂聚合物纳米球、部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）溶液、Cr³⁺聚合物凝胶和聚合物表面活性剂的黏度、分子线团尺寸、微观聚集态、驱油效果及其液流转向效果进行了研究和机理分析。结果表明,浓度相同时,调驱剂的黏度从大到小依次为：聚合物表面活性剂>Cr³⁺聚合物凝胶>HPAM溶液>聚合物纳米球（约2 mPa·s）。水驱至含水40%后转注0.38 PV调驱剂,采收率增幅从大到小依次为：Cr³⁺聚合物凝胶(14.5%)>HPAM溶液(10.2%)>聚合物表面活性剂(6.8%)>聚合物纳米球（-5.1%）。液流转向效果实验结果表明,调驱结束时,Cr³⁺聚合物凝胶、HPAM溶液、聚合物表面活性剂、聚合物纳米球调驱后的低渗透层采收率增幅分别为：24.7%、16.5%、10.3%、3.1%,低渗透层分流率分别为：20.8%、12.4%、9.7%、3.2%。聚合物分子聚集态是影响黏度及液流转向效果的主要因素。聚合物纳米球、HPAM溶液、Cr³⁺聚合物凝胶和聚合物表面活性剂的水动力学半径Rh(0.267、0.066、0.079和0.771 μm)均小于0.46R（R为岩石孔喉半径）,理论上难以形成稳定封堵,其聚集态分别为颗粒状、线网状、局部网状和区域性网状。Cr³⁺聚合物凝胶在岩石孔喉内的滞留量和流动阻力最大。聚合物表面活性剂黏度较高,但与岩石的孔喉配伍性较差,易在注入端面发生堵塞。     

Na+质量浓度对三元复合体系的影响

 阳离子对三元复合体系(表面活性剂+聚合物+NaOH,alkaline/surfactant/polymer,简称ASP)的性能影响较大。在纯水配制的三元复合体系中,利用NaOH和NaCl的质量分数来调节其中Na⁺的质量浓度,考察三元复合体系中Na⁺质量浓度对体系黏度及其与原油之间油-水界面张力的影响。结果表明,三元复合体系中Na⁺质量浓度达到较高值时,三元复合体系黏度就不再变化。在三元复合体系中,无论是NaOH质量分数高而NaCl质量分数低,还是NaCl质量分数高而NaOH质量分数低,只要体系中Na⁺质量浓度在5200~7700 mg/L,就能与原油形成超低油 水界面张力,这是三元复合体系Na⁺质量浓度的变化导致表面活性剂分子在油-水界面上的吸附发生变化的结果。     

蒙脱石-CO2溶液反应实验研究

蒙脱石是沉积岩重要的黏土矿物,为探究CO₂的注入对蒙脱石产生的影响,明确蒙脱石在CO₂水溶液中的 化学行为,利用XRD、XRF、ICP 等手段系统评价了蒙脱石在10 MPa、60 ℃条件下分别与CO₂反应7、30 d 时的状 态,重点对比了蒙脱石粉末反应前后固相元素、晶体结构及反应液中离子浓度变化,结合蒙脱石结构特征,明确 蒙脱石在酸中变化的机理。结果表明,蒙脱石与CO₂反应后液相中Ca²⁺ 、Mg²⁺ 、Al³⁺ 浓度先上升后下降;Si⁴⁺ 浓度先 上升后趋于平稳,固相中d（001）对应晶面在溶解反应后遭到破坏。相对于Al³⁺ 、Si⁴⁺,反应过程中Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺ 的变动幅度相对较大。一方面,由于蒙脱石阳离子交换容量较大,层间Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等半径较大的活性阳离子 易被半径较小的H⁺置换出;另一方面,蒙脱石层间分子间作用力为范德华力,相对于静电力较弱,结构易被破 坏。在酸性条件下,硅氧四面体稳定性略强于铝氧八面体,但蒙脱石中非晶态Si 易溶解,使Si 的变化幅度大于 Al 的变化幅度。     

高温油藏耐盐聚合物P（AM/MAPS）驱油剂的制备与性能评价

随着聚合物驱广泛应用,部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）在高温高盐油藏中存在易水解、增黏能力较差的问 题。为满足目前日益苛刻的储层开采条件,首先利用烯丙基氯与N-甲基牛磺酸钠合成一种耐盐功能单体3-（N-烯丙基-N-甲基氨基）丙烷-1-磺酸钠（MAPS）,进一步与丙烯酰胺（AM）共聚合成了一种新型耐盐聚合物P（AM/ MAPS）;红外光谱法、核磁氢谱法表征证实为目标产物。采用流变仪系统研究了浓度、温度、矿化度及剪切速率 对新型耐盐聚合物溶液黏度的影响规律。结果表明,在温度为85 ℃、矿化度为3×10⁴ mg/L的油藏条件下,质量 浓度为2000 mg/L的P（AM/MAPS）耐盐聚合物溶液的表观黏度达到14.20 mPa·s。在渗透率为527.73×10^-3 μm² 的单管填砂管中,P（AM/MAPS）可在水驱基础上提高采收率13.42百分点;在高低渗透率分别为882.79×10^-3 、 422.53×10^-3 μm² 的双管并联填砂管中,总采收率可提高9.27百分点。该耐盐聚合物P（AM/MAPS）能够高效用于 高温高盐油藏聚合物驱提高采收率技术。     

低渗透油藏聚合物驱启动压力梯度的表征

为研究低渗透油藏聚合物驱启动压力梯度对渗流规律的影响, 通过稳态压差-流量法和毛细管平衡法, 研究了水驱油至残余油状态时岩心渗透率和聚合物溶液黏度对聚合物驱渗流曲线的影响, 建立最小启动压力梯度、 拟启动压力梯度与体系黏度、 岩心渗透率和流度的量化关系。结果表明, 在相同渗流速度下, 随着岩心渗透率降低、 体系黏度增加, 聚合物驱压力梯度增大; 随着体系黏度增加、 岩心渗透率或流度降低, 聚合物驱的最小启动压力梯度和拟启动压力梯度均增大, 且都大于相同条件下的水驱启动压力梯度值; 拟启动压力梯度与流度关系曲线的拐点为 17.89×10^-3μm²/mPa· s, 低渗透油藏进行聚合物驱的渗透率下限为 10×10^-3μm²。水驱拟启动压力梯度方法可以用于表征聚合物驱渗流曲线的拟启动压力梯度。图 9表1参 14     

聚丙烯酰胺及其共聚物水溶液拉伸流变行为研究

拉伸黏度是决定聚合物驱替液驱油效率最重要的参数之一。采用CaBER1型拉伸流变仪和RS600流变仪测定了聚丙烯酰胺及其共聚物的拉伸黏度和流变行为,研究了聚合物的链结构对其溶液的拉伸黏度和流变行为的影响。结果表明,聚合物溶液的拉伸黏度要比相同应变速率条件下的剪切黏度高3个数量级以上,并且随着应变增加而增加、应变速率的增加而减小。在相同浓度时具有梳形结构的聚丙烯酰胺共聚物的拉伸黏度要远大于部分水解聚丙烯酰胺均聚物的拉伸黏度;在相同剪切黏度条件下,前者的拉伸黏度是后者的3～5倍,弹性模量相差1.8倍。随着浓度的增加,二者的拉伸黏度均显著增加。     

聚合物驱油体系弹性对高黏稠油驱油效率的影响

为了解聚合物驱油体系的弹性对高黏稠油驱油效率的影响, 建立了一套模拟层内均质性的平板夹砂可视驱油实验装置, 提出了一种新的量化评价驱油效率的方法—灰度法, 研究了部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）和疏水缔合聚丙烯酰胺 （HAWSP-2） 的弹性及其对稠油驱油效率的影响。结果表明： 由于疏水缔合作用的存在, 在低剪切速率下 HAWSP-2的抗剪切性好于 HPAM; 剪切黏度均为 100 mPa· s的 HPAM和 HAWSP-2的流型指数、 第一法向应力差、 屈服应力和形变恢复率分别为 0.384、 20.60 Pa、 0.29 Pa、 35.67%和 0.204、 67.50 Pa、 1.25 Pa、 183.15%,HAWSP-2的弹性大于 HPAM; 驱油实验中, 随着驱替模拟稠油黏度的增加, HPAM和 HAWSP-2的驱油效率均逐渐降低, 但 HAWSP-2的驱油效率总是高于 HPAM; 驱替同黏度的模拟稠油时, 单位驱油效率增幅所对应的弹性参数变化幅度从大到小依次为： 形变恢复率>屈服应力>第一法向应力差>流型指数, 即变形-恢复能力、 屈服应力、 第一法向应力差和流型指数对驱油效率的贡献依次增大。聚合物弹性对稠油驱油效率的影响为正相关关系, 流型指数是决定聚合物弹性对驱油效率影响的主导因素。图6表3参12     

污水配制聚合物溶液增黏措施与机理研究

本文通过正交试验分析胜利油田埕东污水造成配制聚合物溶液黏度降低的主要因素,研制提高污水配聚增黏的处理配方体系。经处理后污水配制的聚合物溶液初始黏度由12.0 m Pa·s提高到32.0 m Pa·s,增黏率达到167%;通过原子力显微镜(AFM)和动态光散射(DLS)对聚合物溶液微观形貌及聚集体粒径观察,分析配方的增黏机理:一方面,氢氧化钠沉淀Fe2+,消除了Fe2+对聚合物聚集体的破坏作用;AFM和DLS显示聚合物溶液聚集体粒径由80.5 nm增加到159.9 nm。另一方面,离子屏蔽剂可屏蔽Ca2+、Mg2+从而减弱了Ca2+、Mg2+对聚合物分子链的卷曲作用;AFM和DLS显示屏蔽剂使聚合物溶液聚集体的粒径由160.1 nm增大到208.5 nm。     

以酸性铬蓝K-萘酚绿B为显色剂测定钙镁离子浓度的方法

本文研究了以酸性铬蓝K（ACBK）和萘酚绿B（NGB）的混合指示剂K-B为显色剂,利用722紫外可见分光光度计测定部分水解聚丙烯酰胺溶液中Ca²⁺、Mg²⁺总浓度的方法,确定了最佳的测定条件。结果表明,在波长为472 nm下测定吸光度,ACBK与NGB的质量比为1:2,加入含Ca²⁺、Mg²⁺ 的混合盐溶液、K-B混合显色剂、pH=10的NH₃-NH₄Cl缓冲溶液体积比依次为1:3:8,Ca²⁺、Mg²⁺总浓度为0~32 mg/L时,绘制的标准曲线服从朗伯-比尔定律,浓度与吸光度的线性拟合方程为A=0.30124+0.01001c_m,测定结果平均误差不大于±0.9%。     

Study of action mechanisms and properties of Cr3+ cross-linked polymer solution with high salinity

Performance characteristics of partially hydrolyzed polyacrylamide (HPAM) and cross-linked polymer (CLP, Cr 3+ as the cross linker) solutions have been investigated. A Brookfield viscometer, rheometer, dynamic light scattering system, and core flow device have been used to measure the viscosity, viscoelasticity, polymer coil dimensions, molecular configuration, flow characteristics, and profile modification. The results show that, under conditions of high salinity and low HPAM and Cr 3+ concentrations, cross-linking mainly occurred between different chains of the same HPAM molecule in the presence of Cr 3+ , and a cross-linked polymer (CLP) system with a local network structure was formed. Compared with an HPAM solution of the same concentration, the apparent viscosity of the CLP solution increased slightly or remained almost unchanged, but its viscoelasticity (namely storage modulus, loss modulus, and first normal stress difference) increased, and the resistance coefficient and residual resistance coefficient increased significantly. This indicates that the CLP solution exhibits a strong capability to divert the sequentially injected polymer flood from high-permeability zones to low-permeability zones in a reservoir. Under the same HPAM concentration conditions, the dimensions of polymer coils in the CLP solution increased slightly compared with the dimensions of polymer coils in HPAM solution, which were smaller than the rock pores, indicating that the cross-linked polymer solution was well adapted to reservoir rocks. Core flood experiments show that at the same cost of reagent, the oil recovery by CLP injection (HPAM-1, Cr 3+ as the cross linker) is 3.1% to 5.2% higher than that by HPAM- 2 injection.     

Fe2+对HPAM驱油剂流变性能影响研究

针对目前海上油田聚合物驱入井液黏度损失问题,分析了聚合物溶液黏度损失的原因,重点研究了Fe2+浓度对聚合物流变性能的影响。通过室内实验分别考察了溶液中不同Fe2+浓度对聚合物的特性黏数、黏弹性和拉伸流变性的影响规律。实验结果表明:当Fe2+浓度小于0.5 mg/L 时,随着Fe2+浓度增大,聚合物的特性黏数、表观黏度和拉伸黏度呈迅速下降趋势;当Fe2+浓度大于0.5 mg/L时,降解不明显。控制注入水中Fe2+浓度低于0.5 mg/L,可以有效消除Fe2+对聚合物入井液黏度的不利影响。     

One Factor Influencing the Oil-displacement Ability of Polymer Flooding: Apparent Viscosity or Effective Viscosity in Porous Media?

Abstract

Polymer flooding has been an important process to enhance oil recovery (EOR) worldwide. In practice, partially hydrolyzed polyacrylamides (HPAMs) have many defects including shear degradation and sensitivity to salt. For these reasons, hydrophobically associating polyacrylamides (HAPAMs) have been developed for harsh oil reservoirs. In this work, the properties of two classes of polymers (HPAMs and HAPAMs), including apparent viscosities, effective viscosities in porous media, and oil-displacement efficiencies, are studied. As expected, HAPAM exhibits apparent viscosity enhancement properties due to intermolecular hydrophobic association while HPAM cannot. However, the effective viscosity of HAPAM is always lower than HPAM possibly because of adsorption loss and the reduction in strength of the hydrophobic association through porous media. The tertiary oil recovery increases with the increment of the effective viscosity of polymer. Oil-displacement efficiency of HAPAM is also lower than HPAM at the same concentration of 2,000 mg/L.     

水解聚丙烯酰胺/胞外多糖复合体系的流变性

为探究聚合物驱油体系中柔性、刚性大分子间的相互作用,详细研究了部分水解聚丙烯酰胺(HPAM,柔性分子)和深海中温菌Wangia profunda SM-A87分泌的阴离子胞外多糖(EPS,刚性分子)复合体系的流变性。研究结果表明,HPAM和EPS在亚浓溶液区的氢键复合具有降黏效应,这在氢键复合物体系中鲜见报道。随溶液中电解质浓度和剪切速率增加,HPAM和EPS的复配降黏效应可转变为复配增黏效应。当溶液pH<5或>11时,HPAM和EPS也可复配增黏。HPAM和EPS的复配增黏或降黏取决于复合溶液中的分子构型,而分子构型受溶液pH、电解质浓度和剪切速率的影响。与HPAM体系相比,HPAM/EPS复合体系具有更强的抗盐性,表明其在三次采油领域具应用潜力。本文可为柔性/刚性阴离子高分子复合体系研究提供理论指导。     

四类渤海S油田化学驱驱油体系渗流机理及提高采收率特性

为筛选出最适合渤海S油田的驱油体系，采用不同实验方法对渤海该油田目前使用的部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）、疏水缔合聚合物（AP-P4）、交联聚合物（HPAM+Cr³⁺）、新型聚表剂（JBJ-1）驱油体系进行对比研究，的分析4类驱油体系的分子结构形态、分子线团尺寸、流变性、注入运移能力和驱油效率等方面进行对比研究。结果表明：在水溶液中JBJ-1具有明显的网络结构，且降解前、后JBJ-1均具有相对较大的水动力学半径，表明其良好的抗剪切性能，同时JBJ-1还表现出最大的表观黏度和弹性模量以及优异的微观和宏观驱油性能，在水驱基础上可进一步提高采收率19.88个百分点。新型聚表剂具有比普通化学驱体系更好的增黏能力和抗剪切性，在有助于改善地层中的可建立更好的渗流阻力和驱油能力，可进一步推动化学驱石油储量动用，满足目前渤海S油田的生产需求。但在矿场试验中，应考虑其浓度的优化，以保证其注入性的问题。     

低浓度HPAM／Cr3+凝胶成胶行为影响因素的研究

研究了聚合物浓度、pH、温度及Ca     

适用于苛刻油藏聚合物驱的新型微生物多糖性能

针对广泛应用于聚合物驱的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)耐高温高矿化度性能较差的问题,探索了新型微生物多糖迪特胶、韦兰胶、黄原胶作为新型驱油用聚合物的可行性,研究了微生物多糖的浓度、温度、剪切速率、放置时间、碱浓度以及矿化度等因素对其黏度的影响,并对微生物多糖的驱油效果进行了评价,同时与HPAM进行了对比。实验证明:新型微生物多糖具有良好水溶性,其溶液黏度随浓度的增加而增加;溶液表现出良好的抗剪切性能和放置稳定性;与传统的HPAM溶液相比,微生物多糖溶液在耐温性、耐碱性和耐盐性等方面都有明显提高;微生物多糖驱油效果明显优于HPAM,因此,可以作为适用于苛刻油藏的新型驱油剂。