新型耐温抗盐聚合物增黏剂的制备及评价

基于分子结构优化设计,以2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺为单体,采用自由基共聚法制备了新型抗温抗盐增黏剂ANAD,并对增黏剂在水基钻井液中的增黏、耐温及抗盐性能进行了系统的评价。采用FTIR,~1H NMR,TG等方法对增黏剂ANAD的分子结构和黏均相对分子质量进行了表征和测定。表征结果显示,合成产物即为目标产物增黏剂ANAD;增黏剂ANAD热降解温度高达约320℃,具有良好的热稳定性。实验结果表明,增黏剂ANAD具有更高的黏均相对分子质量,增黏剂ANAD分子中引入的—SO_3~-基团比增黏剂80A51中的—COO~-基团对阳离子敏感度低,且增黏剂ANAD分子具有较大的流体力学体积,使增黏剂ANAD的增黏、耐温、抗盐性能均优于常规增黏剂80A51。     

新型延时增黏聚合物的制备及性能评价

创新设计了具有缓释型阳离子基团、缓慢释放后超分子增黏的高黏聚丙烯酰胺分子结构,优化了最佳合成 参数,评价了该延时增黏聚合物溶液的耐温耐盐性、延时增黏特性、电位及粒径,并考察了该延时增黏聚合物的 驱油效果。研究表明：在温度90℃、矿化度32864 mg/L的情况下,质量浓度为1500 mg/L的延时增黏聚合物溶液 的黏度可达15.4 mPa·s,展现了很好的耐温抗盐性能;随着老化时间的延长,常规聚合物溶液的黏度不断下降, 而延时聚合物溶液的黏度不降反升,老化90 d 的黏度为常规聚合物溶液的2~4 倍,黏度保留率达107.7%,展现 了良好的增黏特性和高黏度稳定性;延时增黏聚合物溶液的Zeta 电位随放置时间的延长逐渐由负向正偏移,粒 径增大,验证了延时增黏聚合物的延时增黏机理。室内物理模拟实验结果表明,在水驱（采收率41.2%）基础上注 入0.3 PV 的2000 mg/L 的延时增黏聚合物溶液可提高采收率达27.7%,矿场实践亦取得良好增油降水效果。该 成果为降低聚合物用量,进一步提高高温高盐水驱油藏采收率提供了新的技术支撑。图9 表2参11     

聚合物分子结构与老化稳定性关系研究

在胜利油田三类油藏条件下,系统研究了聚合物分子结构与长期稳定性能的关系。研究表明,疏水缔合聚合物依靠分子链间相互作用而具有优异的长期稳定性能,其次是耐温抗盐单体共聚物,而高分子量聚丙烯酰胺最差;提高缔合单体含量、提高聚合物特性黏数、降低水解度和在分子结构中引入功能单体能明显改善长期稳定性能;当疏水缔合聚合物分子结构中含0.5%(mol)的缔合单体、15%(w)的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、特性黏数值大于1 400mL/g和水解度低于20%时,经120天老化后,溶液不会发生相分离,仍具有一定的增黏能力。     

不同相对分子质量两亲聚合物的分级及溶液黏弹性

受聚合工艺的影响, 两亲聚合物具有一定的相对分子质量分布范围, 不同相对分子质量组分的结构与性能存在一定差异。为了揭示不同分子结构的两亲聚合物组分对性能的影响规律, 采用双梯度淋洗法, 对两亲聚合物 AP-3按相对分子质量大小进行分级, 得到了不同相对分子质量梯度的两亲聚合物分离组分, 优化改进了分级装置, 筛选了沉淀-溶解对, 考察了不同级分两亲聚合物的红外光谱特征、 增黏和流变特性。结果表明： 乙醇-水构成的沉淀-溶解对能够有效地分离两亲聚合物中相对分子质量较小的组分, 丙酮-水构成的沉淀-溶解对能够有效地分离两亲聚合物中相对分子质量较大的组分; 分离后大、 小分子组分与原聚合物分子结构相似, 区别在于相对分子质量和疏水基团含量不同; 分离出的大分子组分及小分子组分增黏能力和流变性均低于原聚合物, 结构差异的大、 小分子组分聚合物在溶液中的协同作用使原聚合物有更好的黏弹性能。图 6参 9     

大庆油田二类B油层DS1200新型聚合物的合成与评价

为解决大庆油田二类B油层聚驱现有驱油体系与油层匹配低、污水稀释聚合物抗盐性差、黏度保留率低等问题，根据污水降黏机理，通过在部分水解聚丙烯酰胺分子结构上加入强极性侧基，抵制污水中高价阳离子对主链的破坏，进而提升抗盐性。同时引入具有新型杂环结构的强极性刚性单体，增强分子链在污水中的伸展程度，合成出DS1200新型抗盐聚合物，并评价了新体系的溶液性能和驱油效果。结果表明：DS1200新型抗盐聚合物的增黏性、抗剪切性、稳定性、黏弹性及注入能力等均优于同等相对分子质量的油田正在使用的聚合物驱油剂。天然岩心驱油实验显示，相同用量下的DS1200聚合物可以提高二类B油层的聚驱采收率18%以上，驱油效率显著高于其他聚合物驱油剂。研究成果可为大庆油田二类B油层聚驱提质提效提供一定理论支撑。     

超高分子缔合聚合物溶液特性及驱油性能研究

超高分子缔合聚合物是一种新型的驱油聚合物,该聚合物既有较高的相对分子质量且分子间又有一定的缔合作用,和常规驱油聚合物相比它具有不同的驱油性能和聚集体形态。为此选择了一种超高分子缔合聚合物,通过安东帕流变仪,冷冻蚀刻扫描电镜和驱油物理模拟流程分别研究了它的增黏性、黏弹性、聚集体形态、调剖及驱油性能。研究结果表明:相对于常规聚合物,超高分子缔合聚合物具有更好的增黏性和黏弹性,且在胜利油田高温高盐油藏条件下表现出优良的驱油效果,具有良好的应用前景。     

剪切作用对不同聚合物溶液流度控制能力影响研究

为考察剪切作用对不同结构的聚合物溶液性能的影响,分别研究了高相对分子质量部分水解聚丙烯酰胺HPAM溶液和疏水缔合聚丙烯酰胺HAP0210溶液经过模拟炮眼剪切后的流度控制能力。结果表明,溶液中不同分子结构的聚合物经过模拟炮眼剪切作用后其流度控制能力存在显著差异。在炮眼剪切作用下,溶液中HPAM大部分分子链断裂,相对分子质量下降50%左右,分子链间缠结和堆积程度大幅度下降;而具有分子间缔合作用的HAP0210在溶液中的网络结构也受到破坏,相对分子质量下降30%左右,但仍能依靠疏水缔合作用在聚合物溶液中形成相互作用能力较弱的网络结构,使溶液表现出一定的抗剪切能力和较强的建立阻力系数和残余阻力系数的能力。     

基于双丙酮丙烯酰胺热增黏聚合物的研究

聚丙烯酰胺及其衍生物是油气开采行业应用最广泛的水溶性聚合物,但由于其耐温抗盐性差而限制了其在高温、高盐油藏中的应用。热刺激增黏是解决油气开采用聚合物耐温抗盐性差的有效途径。利用基于双丙酮丙烯酰胺的温敏大分子单体与丙烯酰胺共聚,得到了系列热增黏聚合物。考察了矿化度、聚合物浓度、聚合物相对分子质量、温敏单体的性质对聚合物溶液热增黏能力的影响。结果表明:在矿化度为82868 mg/L时,0.15%的聚合物溶液即能表现出明显的热增黏效应;矿化度越高或聚合物相对分子质量越高,热增黏能力越强,热缔合温度越低;相对于偶联反应一步法制得的温敏大单体,利用丙烯酰氯通过两步法合成的温敏大单体与丙烯酰胺共聚得到的聚合物具有更强的热增黏能力。     

新型端基型疏水缔合水溶性聚合物的合成及其性能

提出了端基型疏水缔合水溶性聚合物的分子结构设想,合成了新型端基型疏水缔合水溶性聚合物,克服了疏水基团在分子链中无规则分布的缺点;疏水基团位于分子链的两端,受分子链弯曲屏蔽的影响作用比一般的疏水缔合水溶性聚合物的影响小,使疏水缔合作用更加明显。评价了疏水端基大小和浓度对聚合物性能的影响和聚合物溶液的盐增粘性、抗温性、抗剪切性以及溶液中聚合物与外加表面活性剂的相互作用。结果表明,在水溶性聚合物分子的两端接上了不同的疏水基团,形成端基型疏水缔合水溶性聚合物,该类聚合物结构清楚,相对分子质量确定,并具有很好的增粘性、抗温性、抗盐性和抗剪切性;当疏水端基的质量分数为1.2%时,溶液的流出时间最长,说明缔合作用最强。     

中、低分子抗盐聚合物的评价研究

为解决低渗透薄、差油层聚合物溶液较难注入的问题,室内对中、低分子抗盐聚合物的理化性能、抗盐性、抗剪切性、稳定性以及流变性等性能进行了评价研究。结果表明,中、低分子抗盐聚合物具有相对分子质量低、增粘性好、抗剪切能力强、在污水条件下稳定性较好的特点。其中相对分子质量为700×104和1100×104的中、低分子抗盐聚合物在模拟污水体系条件下,其体系粘度可达到70mPa.s以上,表现出了较强的增粘性能;相对分子质量为300×104和500×104的低分子抗盐聚合物,在低相对分子质量条件下,表现出了较高的阻力系数和残余阻力系数。中、低分子抗盐聚合物能够解决油田污水利用的问题,并在污水体系中具有较好的稳定性;在模拟炮眼和地层的高速剪切条件下,其粘度保留率可以达到60%以上,具有较强的抗剪切性能。此外,中、低分子抗盐聚合物还表现出了良好的流变性、粘弹性以及驱油效果,具有良好的应用前景。     

分子模拟技术在钻井液研究中的应用

分子模拟是一门新兴的计算化学技术,在辅助分子设计、结构解析、物性预测等方面的作用日益显著,已广泛应用于石油、化工、食品、制药、航空航天等工业领域,而该技术用于钻井液研究的报道较少。介绍了分子模拟技术在与钻井液相关的黏土矿物水化膨胀机理及黏土稳定剂设计、钻井液用表面活性剂,如泡沫剂、乳化剂等以及高分子如聚丙烯酰胺、天然高分子淀粉、木质素、树枝状高分子和环境响应型高分子研究中的应用。目前主要是利用分子力学、分子动力学等方法,通过模拟计算单个分子或分子体系的性质如结构、构象、热力学特性、相态转变等,从而进行钻井液处理剂理论模型建立、分子结构设计、合成路线优化、作用过程演示、实验现象解析等方面的研究工作。最后指出了分子模拟技术在钻井液处理剂研究领域推广应用存在的困难和发展前景。     

疏水缔合水溶性聚合物的研究新进展

从疏水缔合聚合物的分子结构、聚合方法、聚合物溶液性质及其影响因素等方面综述了疏水缔合水溶性聚合物最新研究进展.疏水缔合水溶性聚合物(简称HAWP)是一类亲水主链上带有少量疏水基团的水溶性高分子材料,其分子链上所带疏水基团含量较低,一般不超过2%摩尔分数.疏水缔合水溶性聚合物通过分子链上少量疏水基团发生缔合作用,形成的空间网状结构受无机盐影响小,抗温能力强,增大了聚合物的流体力学体积,使溶液的粘度显著提高,因而具有良好的增粘、耐温、抗盐、耐剪切等性能. 最后展望了疏水缔合水溶性聚合物在石油工业、涂料工业、污水处理、医药材料等方面的应用前景.     

超高分子聚合物性能评价及微观结构研究

为了进一步提高聚合物驱的驱油效果,评价了相对分子质量在3 500万以上的超高分子聚合物的性能,并观察了超高分子聚合物溶液的结构。在70 ℃、矿化度11 200 mg/L的试验条件,利用安东帕流变仪评价了超高分子聚合物和常用聚合物的增黏性、耐温性、抗盐性、剪切流变性及黏弹性,采用物理模拟试验方法分析了2种聚合物的驱油效果,并通过冷冻蚀刻扫描电镜对比了常用聚合物与超高分子聚合物溶液的微观结构。结果表明,超高分子聚合物在水溶液中能够形成更致密的网络结构,相对于常用聚合物,它的增黏性和抗盐性高30%以上,耐温性高40%以上,威森伯格数是其2倍,采收率提高率高6.5%。研究表明,超高分子聚合物是一种性能更优的驱油剂,可以显著改善驱油效果。      

减压渣油微观相结构特性的分子模拟

选用4种模型化合物代表减压渣油四组分(SARA),采用分子动力学模拟了减压渣油微观相结构,发现不同结构分子间相互作用的差异是减压渣油微观非均匀分布的本质原因,并通过电子分布特性分析了不同结构分子间相互作用差异的本质原因。沥青质分子间强相互作用使得沥青质分子自缔合形成聚集体;而多个胶质分子与沥青质分子的强相互作用封闭了沥青质分子自身进一步发生相互作用的活性位;同时,与胶质分子、饱和烃分子具有强相互作用的芳香烃分子将沥青质 胶质分子形成的聚集体分散在由芳香烃 饱和烃分子构成的连续相内,其中芳香烃分子更靠近胶质分子。因此,增加沥青质、饱和烃分子的含量会促进沥青质聚集,降低减压渣油稳定性;增加胶质、芳香烃分子的含量会阻碍沥青质聚集,提高减压渣油稳定性。     

超高分子聚合物驱提高高盐稠油油藏采收率机理及现场应用

针对常规聚合物(部分水解聚丙烯酰胺HPAM)无法满足高盐稠油油藏采收率要求的问题,以胜坨油田二区东三4砂组高盐稠油油藏为研究对象,实验结合数值模拟分析了超高分子聚合物驱和常规聚合物驱的提高采收率机理。研究表明,超高分子聚合物黏度、黏弹性,耐盐性以及高温下的稳定性均优于常规聚合物,采用超高分子聚合物驱油更容易实现活塞驱油;相比于常规聚合物,分子间排列更加致密且互相缠绕,分子间缔合作用力远大于常规聚合物,表现出很强的抗盐、抗拖拽能力,具有很强的调剖能力;CMG数值模拟结果表明,采用超高分子聚合物驱提高东三4砂组油藏采收率具有见效早、降低含水率效果好的优点。对于东三4砂组油藏,采用超高分子聚合物驱(DQ-3500)相对于常规聚合物驱(8^#HPAM)采收率提高了1.74%。该研究成果对于采用超高分子聚合物驱提高高盐稠油油藏采收率的推广应用具有重要意义。     

活性高分子与原油相互作用机理探讨

为了深入认识活性高分子的洗油作用，利用计算机模拟技术探讨了活性高分子与原油的相互作用机理。结果表明，活性高分子具有自组装功能，空间网状结构是逐渐形成的，将“油滴”包裹住，然后分散在水相中。活性高分子在岩石表面的吸附能远大干孤岛油田重质原油在岩石表面的吸附能，活性高分子将原油从岩石表面置换下来，使其变为可动油。室内研究也证实活性高分子与原油间存在着相互作用，形成的混相体系稳定性良好。     

高相对分子质量聚合物驱油效果影响因素分析

聚合物相对分子质量大小是影响聚合物驱油效果的一个重要因素，聚合物相对分子质量越高，增粘效果越好，最终采收率也越高。采用高相对分子质量聚合物驱油时，油水粘度比很小，采出液中含水率上升速度将大大减缓，当它达到采油经济允许的极限含水率时，油层中的含水孢和度已经很高，因而获得的驱油效率高。运用室内实验、矿场试验和数值模拟方法研究了残余阻力系数变化对聚合物驱油效果的影响以及高相对分子质量聚合物对聚合物驱最终采收率和含水变化的影响，为油田应用高相对分子质量聚合物提供了理论和实践依据。     

分子模拟方法在非均相催化领域的应用

对近年来应用在非均相催化领域的分子模拟方法和成果进行了综述。简要介绍了量子力学方法、分子力学方法及其组合方法等几种典型的分子模拟方法。分子模拟方法作为辅助实验研究的一种有效的工具可大大加速催化剂的研发和节省实验开支,详细介绍了分子模拟技术在催化剂的负载机理、反应物在催化剂中的吸附和扩散性质、解析和设计催化剂的结构和催化反应机理等方面的研究进展,并讨论了分子模拟方法在非均相催化领域应用所面临的问题和发展方向。     

分子结构对复合离子聚合物降失水剂性能的影响

通过钻井液性能实验和滚动回收实验,对复合离子聚合物降失水剂进行了性能评价,探讨常温下复合离子聚合物降失水剂分子结构与降失水效果、抑制性的关系。降失水剂的分子量大小,阴、阳、非离子基团比例对降失水效果、抑制性有不同程度的影响;无论在淡水钻井液还是盐水钻井液中,在非离子基团含量相同的条件下,阳离子含量愈低,阴离子含量愈高,降失水效果愈好;在阴离子含量相同的条件下,阳离子含量愈低,非离子含量愈高,降失水     

钻井液用聚合物分子结构与环保性能的关系研究

为了探究聚合物的分子结构与环保性能的关系,合成了一系列聚合物类钻井液处理剂,采用发光细菌法（EC₅₀）和BOD₅/_CODCr比值评定法,研究了官能团种类、分子骨架结构及分子量等对其生物毒性和生物降解性能的影响。实验结果表明:官能团和分子骨架结构对生物毒性和生物降解性的影响较大;而分子量对生物毒性的影响较小,对生物降解性的影响较大。