微嵌段长度对疏水缔合聚合物流变性能的影响

为揭示疏水缔合聚合物结构与性能的关系,采用稳态应力扫描、剪切速率扫描、频率扫描等流变性实验方法,研究了疏水缔合聚合物（丙烯酰胺、丙烯酸钠和十二烷基丙烯酰胺共聚物,疏水单体十二烷基丙烯酰胺含量0.2 mol%）的微嵌段长度（N_H）对其流变性能的影响规律。研究结果表明：随着微嵌段长度的增加,聚合物的缔合效应加强,更易于形成可逆空间网络结构;同时其临界缔合浓度（CAC）逐渐降低,会使其增黏能力、黏弹性能均有很大提升;当N_H 从3.3 增至12.5 时,CAC 从1684 mg/L 降为846 mg/L,零剪切黏度从204.73 mPa·s 增至65833.19 mPa·s,松弛时间从0.07 s 增至12.64 s。流变实验结果表明,疏水缔合聚合物的缔合与解缔合是一个可逆的动态过程,微嵌段长度越长,经剪切作用破坏后的结构黏度重新恢复速度越慢,但其恢复后的黏度越高。在一定范围内升高温度和增加溶液离子强度有利于增强缔合效应,从而促使疏水缔合聚合物的抗温、抗盐性能在一定程度上提高。图8表1 参33     

射孔不渗流段对疏水缔合聚合物溶液黏度的影响

本文针对聚合物在注入过程中存在黏度损失的问题,根据现场的注聚井的完井参数,设计射孔不渗流段模拟装置。通过对不渗流段长度、注入速度、注入浓度及剪切后静置时间对疏水缔合聚合物溶液黏度的影响。实验结果表明:增加射孔不渗流段和注入速度,剪切后聚合物溶液的黏度急剧下降,当增加到一定值时,黏度损失幅度减小;增加聚合物溶液的浓度,剪切后聚合物溶液黏度损失幅度就越小;剪切后的聚合物溶液静置一段时间有助于黏度的恢复。通过以上实验对聚合物溶液的注入参数优选提供一定的数据支撑。     

渤海SZ36-1油田缔合聚合物黏度损失研究

针对渤海SZ36-1油田海上平台有限空间特征、绕丝筛管砾石充填的防砂完井方式、单层大排量开发生产特征,通过室内和现场试验,研究了缔合聚合物溶液配注过程中黏度损失情况。结果表明:聚合物配注工艺系统机械剪切、配聚用水水质是影响缔合聚合物黏度损失的重要因素。其中注聚泵、射孔炮眼等环节造成的缔合聚合物黏损率超过60%;随配聚水中二价阳离子含量增加,缔合聚合物溶液黏损率增加;另外胶团研磨快速溶解方式对缔合聚合物目标液黏度损失也有一定影响,但影响程度较小。该研究为提高缔合聚合物驱矿场工作液有效黏度提供了参考依据。     

聚苯乙烯微球对疏水缔合聚合物溶液流变性能的影响

为揭示疏水微球对疏水缔合聚合物流变性能的影响规律,以苯乙烯为单体,通过自由基共聚制得单分散的聚苯乙烯微球(PSM),并与疏水缔合聚合物(HAP)配成溶液。用环境扫描电子显微镜研究了PSM对HAP溶液微观结构的影响,用旋转黏度计和流变仪等考察了PSM/HAP溶液的表观黏度、剪切稀释行为和黏弹性。结果表明,PSM呈球状,粒径约1μm,且分布较窄;HAP加量超过其临界缔合浓度(2 g/L)时,HAP在水溶液中形成网状结构的主要方式为链间缔合。PSM加入HAP溶液后,PSM散布在较粗的HAP链束表面,且PSM团聚程度随PSM浓度增大而快速上升。PSM可适当提高HAP溶液的表观黏度和抗剪切性能,并改善其黏弹性。当HAP网状结构处于"破坏-恢复"的动态平衡时,PSM可作为物理交联点与HAP疏水基团作用,对网状结构的恢复有利。图12参22     

疏水缔合聚合物流变学测量方法研究I:稳态剪切黏度

为了获得准确和具有重复性的疏水缔合聚合物溶液稳态剪切黏度测试结果,分析了溶液的结构流体特征对于流变测试结果的影响,讨论了HAWSP溶液结构的破坏/恢复动态平衡与稳态剪切黏度测试结果的关系。用RS600流变仪和Brookfield DV-Ⅲ流变仪分别研究了预剪切段对于稳态剪切黏度的影响规律,实验结果表明:在两种流变仪上,通过合理优化预剪切段都可以获得重复性较好的稳态剪切黏度测试结果,实验平均误差小于3%。     

剪切作用对疏水缔合聚合物溶液分子聚集行为的影响

为了研究多孔介质的剪切作用对聚合物溶液结构和性能的影响,采用荧光探针法,对经多孔介质剪切的疏水缔合聚合物溶液分子聚集行为进行了研究.结果表明,多孔介质剪切作用对疏水缔合聚合物溶液分子的聚集行为有着显著的影响.经过多孔介质剪切后,疏水缔合聚合物溶液的发射峰值、激基缔合峰值明显增大,第3发射峰与第1发射峰的比值增加,激基缔合峰和发射光谱中单体发射峰的最大比值明显增加;P6溶液聚集数由剪切前的143.69增加到剪切后的191.59,P9溶液聚集数由剪切前的287.39增加到剪切后的574.77,表明多孔介质剪切作用增强了聚合物分子在溶液中的缔合作用.因此,可利用外界条件的作用,增强疏水缔合聚合物溶液中的缔合作用,使聚合物溶液中形成布满溶液的网络结构,为实现在高渗透多孔介质中建立流动阻力和降低水相渗透率提供技术思路.     

疏水缔合聚合物溶液性质的耗散颗粒动力学模拟

本文利用耗散颗粒动力学模拟方法,研究了疏水缔合聚合物溶液黏度随浓度、温度、剪切程度等条件的变化,并模拟了聚合物在油水体系中的聚集行为。研究发现,疏水缔合聚合物在溶液中表现出类似表面活性剂的聚集行为,其黏度随外界影响因素变化主要是由于溶液中聚合物聚集结构的转变。聚合物浓度较低时,聚合物主要以分子内缔合作用为主;随着浓度的增加,产生分子间缔合,并逐步形成相互交联的空间网络,水珠子的扩散率逐渐变小,体系黏度增加。当温度较低时,体系呈现较多柱状聚集结构,黏度较高;随着模拟温度升高,尺寸较大的棒状聚集体转变为球状聚集体,水珠子扩散率不断增加,体系黏度逐渐降低。随着体系剪切速率的提高,聚合物分子在受力方向上取向趋于一致,分子间缠绕和缔合程度减轻,水珠子扩散率急剧增加,体系黏度降低。另外,疏水缔合聚合物易吸附于油水界面,对油水体系的乳化和相转变产生一定影响。     

高价金属离子对疏水缔合聚合物溶液黏度稳定性影响机理研究

研究了高价金属离子对疏水缔合聚合物溶液的影响,研究表明,在钙、镁离子的作用下,聚合物溶液的黏度剪切稳定性变化较大。利用荧光分光光度计和广角激光光散射仪,考察了钙、镁高价金属离子对疏水缔合聚合物溶液微观结构的影响及机理分析。试验结果表明,钙、镁高价金属离子的物理化学作用是影响疏水缔合聚合物溶液黏度稳定性的关键因素;相同条件下,镁离子的影响大于相同质量浓度钙离子的影响。     

疏水缔合聚合物溶液黏度的影响因素研究

研究了疏水缔合聚合物GRF-1加量、放置时间、溶液pH值、温度、盐加量、表面活性剂、过氧化物对聚合物水溶液黏度的影响。结果表明,随着GRF-1浓度的增大,水溶液黏度增加;并随着水溶液静置时间的延长,溶液黏度逐渐上升,静置4 h后的黏度基本稳定。在30℃下静置4 h,pH=7.50时的GRF-1水溶液的黏度最大。温度升高,溶液黏度逐渐降低。二价无机盐对溶液黏度的影响显著大于一价盐。阳离子、非离子和两性表面活性剂使水溶液黏度迅速降低,而阴离子表面活性剂可提高溶液黏度,阴离子表面活性剂加量为0.35%时的溶液黏度值最大,为310 mPa.s。过硫酸铵（APS）可显著降低水溶液黏度。剪切60 min时,聚合物溶液中加入0、0.01%APS后的黏度分别为50、10 mPa.s,降低80%。GRF-1水溶液具有明显的剪切变稀性,但剪切后的溶液黏度恢复率为94.7%。图7参10     

化学方法加速疏水缔合聚合物的溶解

疏水缔合聚合物由于疏水基团间的相互作用,缓慢的溶解速度制约了其在油田上的大规模应用。已有的物理加速溶解方法会造成缔合聚合物溶液的黏度产生不可恢复的损失。基于疏水基团与环糊精的包合作用,在缔合聚合物溶解过程中加入环糊精,研究了环糊精对疏水缔合聚合物溶解性和流变性的影响。结果表明,利用环糊精对疏水基团的包合作用,加速了缔合聚合物的溶解,且避免了溶液黏度的损失。环糊精对疏水基团的包合改善了缔合聚合物与溶剂的相互作用。随环糊精与疏水基团物质的量之比的增加,缔合聚合物溶解时间呈指数下降。利用环糊精对客体分子的竞争包合特性,通过向缔合聚合物溶液中添加适量的与环糊精具有更强亲和力的非离子表面活性剂可以完全恢复溶液的流变性能。     

疏水缔合聚合物溶液的抗剪切机理研究

疏水缔合聚合物分子链上疏水基团的引入使其溶液具有独特的抗剪切性能,从而在油气田开采领域具有广阔的应用前景。为了研究该溶液的抗剪切机理,文章在淡水和模拟油藏条件下对疏水缔合聚合物溶液的粘度在剪切后的恢复情况进行了测试。结果表明,与部分水解聚丙烯酰胺HPAM相比,不管是在淡水还是模拟油藏盐水中,疏水缔合水溶性聚合物具有很好的剪切稀释性和抗剪切性,进一步证明了疏水缔合作用对缔合聚合物溶液的抗剪切性的贡献,从而可以指导油气开采用缔合聚合物的施工设计。     

微乳液聚合物FRSP-1水溶液的流变特性研究

为了改善现场微乳液增稠剂抗温性和稳定差等缺陷,采用水分散聚合法合成了一种新型微乳液聚合物FRSP-1,对产物结构进行了红外表征,采用扫描电镜对FRSP-1水溶液内部结构进行了分析,同时测试了FRSP-1溶液的特性。实验结果表明:2%FRSP-1溶液在170 s-1下、温度由30℃升至150℃时,黏度保持在30 mPa·s以上,在90℃下连续剪切80 min后,FRSP-1溶液黏度大于40 mPa·s,且具有较好的悬砂性、触变性和剪切变稀特性,FRSP-1溶液破胶液性能也能满足压裂液的性能指标要求。     

交联聚合物凝胶流变性能评价研究

以铬交联凝胶体系为研究对象,考察铬凝胶体系成胶前后的流变性变化.结果表明:交联聚合物溶液的表观黏度与聚合物含量和流速相关;剪切作用使黏度损失并影响成胶强度和成胶速度;凝胶强度可用储能模量量化表示;一定强度的剪切作用能彻底破坏凝胶结构,静置后能够部分恢复黏度,不同黏度的凝胶恢复能力差距较大.     

宽相对分子质量分布聚合物溶液性能及驱油效果研究

针对油田实际需求,笔者运用仪器分析、物理模拟和油藏工程理论方法,开展了复配聚合物黏度及其影响因素、分子线团尺寸Dh及其分布和驱油效果实验研究,并对复配宽相对分子质量分布聚合物驱提高采收率机理进行了分析。结果表明,对于由"超高分"、"高分"和"中分"等3种聚合物复配而成的宽相对分子质量分布聚合物,随"超高分"聚合物所占比重增大,复配聚合物中分子线团尺寸Dh增大,视黏度增加。与"高分"聚合物相比较,复配聚合物分子线团尺寸Dh分布变宽,抗盐性和抗剪切性增强。物理模拟表明,在聚合物溶液黏度相同条件下,复配聚合物驱增油效果好于"高分"聚合物驱。随复配聚合物中"超高分"聚合物所占比重增加,采收率增幅增加。     

星型疏水缔合聚丙烯酰胺溶液性质的研究

采用光引发自由基聚合法,用丙烯酰胺和疏水单体十八烷基二甲基烯丙基氯化铵合成了星型疏水缔合聚丙烯酰胺(SHMPAM),研究了SHMPAM的溶液性质。流变性实验结果表明,SHMPAM溶液的临界缔合浓度为1000～1250mg/L;SHMPAM溶液的抗温、抗盐和抗剪切性能与疏水缔合聚合物(AP-P4)溶液的性能相似,且性能优于部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)溶液;SHMPAM具有的支臂结构一方面增强了分子链间的缠结,导致聚合物溶液的黏度增加,另一方面SHMPAM的支臂在模拟地层水溶液中易发生分子内缔合,一定程度上降低了聚合物溶液的表观黏度。黏弹性实验结果表明,SHMPAM溶液的黏弹转变频率为0.17Hz,AP-P4溶液的黏弹转变频率为0.56Hz,而HPAM溶液只表现出黏性。     

注入速度对疏水缔合聚合物剪切后恢复性能的影响

针对渤海绥中36-1油田的实际油藏地层条件模拟设计了近井地带模型。研究了注入速度分别为5m³/(m·d)、10m³/(m·d)和20m³/(m·d)时,部分水解聚丙烯酰胺与疏水缔合聚合物2种不同分子结构的聚合物剪切后溶液性能恢复过程。实验结果表明,部分水解聚丙烯酰胺溶液的黏度、阻力系数、残余阻力系数等不能恢复,而疏水缔合溶液经高速剪切后溶液性能可以恢复。在注入速度为5m³/(m·d)时,疏水缔合聚合物在近井地带最终黏度保留率为92.3,阻力系数保留率为43.7,残余阻力系数保留率为81.1,且随着注入速度增大,溶液的黏度、阻力系数、残余阻力系数降低。在注入速度为10m³/(m·d)时,黏度、阻力系数、残余阻力系数保留率分别为70.6、35.2、72.7。注入速度为20m³/(m·d)时,黏度、阻力系数、残余阻力系数保留率分别为55.6、26.3、55.8。利用原子力显微镜观察剪切后疏水缔合聚合物微观形态认为,疏水基团的缔合作用使得原本被高速剪切破坏的溶液网络结构重新生成。     

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。     

超高分子量缔合聚合物溶液的流变特征及微观结构研究

超高分子量缔合聚合物比普通缔合聚合物具有更高的分子量和更小的缔合度,因此具有不同的增黏性、黏弹性和微观结构。选择了相对分子量500万的普通缔合聚合物和相对分子量1 900万的超高分子量缔合聚合物溶液,通过渗流黏度测试装置和安东帕流变仪对其进行了渗流黏度、黏弹性测试。结果表明,超高分子量缔合聚合物通过自身的高分子量和分子链间相互缔合的协同作用,在多孔介质渗流中能形成更高的渗流黏度,在稳态剪切条件下具有更高的威森伯格数;通过冷冻蚀刻扫描电镜对超高分子量缔合聚合物溶液的微观结构观测表明,相对于普通缔合聚合物,超高分子量缔合聚合物溶液链与链间能形成更加紧密的网状结构;驱油实验研究表明,超高分子量缔合聚合物具有比普通缔合聚合物更好的驱油性能。