聚表剂耗散颗粒动力学模拟及溶液特性研究

为了提高高矿化度非均质稠油油藏的采收率,基于耗散颗粒动力学（DPD）模拟,对聚合物表面活性剂KL-6 的溶液特性进行了研究,分析了KL-6 的分子结构及水溶液增黏机理,并与部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）进行了对比。利用DPD 方法模拟了PAM、HPAM、KL-6 在水溶液中的溶解状态,研究了分子链结构对聚合物分子行为的影响,分析了不同浓度HPAM 和KL-6 溶液的增黏性;比较了HPAM 和KL-6 溶液的增黏性、表面活性、抗盐性及两种聚合物溶液的微观结构。结果表明,聚表剂KL-6 具有分子间缔合作用和表面活性,其临界缔合浓度为0.6 g/L;在临界缔合浓度以上,KL-6 溶液黏度显著高于HPAM; 在相同浓度下,KL-6 溶液的表/ 界面活性显著高于HPAM;盐溶液中KL-6 分子链形成了三维网状结构,具有很好的抗盐能力。研究结果可为开发和应用性能优异的聚合物表面活性剂提供理论指导。     

疏水缔合聚合物溶液特性及评价方法

为了研究疏水缔合聚合物溶液的结构和流动特性,同时探索适合于疏水缔合聚合物自身的实验评价方法,以聚合物凝胶为对比对象,分析了静态条件下浓度和矿化度对疏水缔合聚合物溶液结构的影响及在多孔介质中疏水缔合聚合物溶液流动动态表现。结果表明:一定条件下聚合物凝胶和疏水缔合聚合物溶液具有相似的溶液结构和流动特性;胶态分散凝胶在多孔介质中的流动存在转变压力,2组流动实验中疏水缔合聚合物溶液也表现出类似的转变压力,分析认为聚合物凝胶分子链间(内)的联结是化学交联,而疏水缔合聚合物为物理缔合,类似的分子链间(内)联结方式是两种体系有相似流动特性的内在原因。建议对疏水缔合聚合物溶液进行特性评价时应该同时结合HPAM溶液和聚合物凝胶溶液特性评价方法,开展深入的疏水缔合聚合物溶液与聚合物凝胶的对比研究工作。     

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。     

不同油藏条件下缔合聚合物溶液的宏观流变性研究

在国内三个典型的注聚油藏条件下,主要研究了缔合聚合物溶液的宏观流变性,并与一般超高分子量的MO4000溶液的流变性进行了比较,结果表明,缔合聚合物溶液具有不同与一般HPAM溶液的特殊的流变性,临界缔合浓 度CAC（Critical Association Concentration,CAC）以上、下缔合聚合物具有不同的流变性,同时实际的油藏温度和盐水矿化度不同,缔合聚合物溶液表现出了不同的流变规律,要研究缔合聚合物溶液的流变性必须在 实际的油藏条件下进行;同时在CAC以上缔合聚合物溶液的粘度远于超高分子量MO4000溶液的粘度。缔合聚合物溶液具有的这些特殊的流变性对缔合聚合物驱油方案设计、驱油用缔合聚合物分子结构设计等具有一定的指导 意义。     

耐温抗盐的低浓度交联聚合物体系研究

低浓度交联聚合物技术,可以解决聚合物驱技术中所存在的聚合物用量高,耐温抗盐性能差的问题,成为EOR技术领城中一个新的技术发展方向。采用改进的醛类有机交联剂和高相对分子质量的部分水解聚丙烯酸胺(HPAM),开展了以改善聚合物驱为目的的低浓度交联聚合物体系研究。研究结果表明,该体系具有很强的成胶能力,HPAM浓度为150~300mg/L,交联剂浓度为50~130mg/L的体系,75~90℃条件下老化180d,粘度值保持在40.6~94.6mPa·s。与聚合物驱技术相比,可以大幅度地降低化学剂用量。该体系耐温可达90℃,耐矿化度可达100000mg/L,并且可以用污水(油田产出水)配制,表现出优异的耐温抗盐性能,可以在更高温度和矿化度的油藏使用,扩展了HPAM的应用领域和范围,显示出良好的应用前景。同时对交联反应机理进行了初步探索,认为交联剂和HPAM之间的反应主要是HPAM分子间的交联反应,HPAM分子链卷曲收缩有利于分子间交联反应发生。因此,选用低水解度HPAM和提高水的矿化度有利于提高交联HPAM溶液的性能。     

双亲性缔合聚合物SUPXG的合成及其缔合机理研究

通过在疏水基团、疏水链与大分子主链间的间隔键类型、聚合方式等方面对聚合物分子结构进行设计,研制出一种没有临界缔合浓度的双亲性三元无规缔合聚合物(SUPXG).该聚合物选用丙烯酰胺、疏水单体十八烷基二甲基烯丙基氯化铵、阴离子单体丙烯酸钠,通过均相聚合法合成,特性黏数低.考察了合成条件对SUPXG特性黏数的影响,并通过聚合物SUPXG溶液的表面张力实验、紫外光谱实验和黏浓实验对SUPXG的缔合机理进行了分析研究.结果表明,SUPXG水溶液在达到一定浓度后会形成疏水缔合微区,但不会形成以分子间缔合为主、给溶液带来黏度突变的超分子结构,表现出了不同的缔合性质.     

一种疏水缔合聚合物水溶液的黏弹性与减阻特性研究

本文考察了一种疏水缔合聚合物BCG-1溶液的粘弹性,使用自制的流动回路摩阻测试系统测定了不同浓度下疏水缔合聚合物水溶液的摩阻性并进行了现场试验。实验结果表明：不同浓度的BCG-1水溶液的第一法向应力差N1均随剪切应力的增大而增加,高剪切应力条件下,表现出更强的弹性效应,且浓度越大,相同剪切应力条件下第一法向应力差N1的值越大;浓度小于临界缔合浓度时,G'小于G〞,分子链之间的缔合作用较弱,溶液中没有形成有效的空间结构,随着BCG-1浓度高于临界缔合浓度后,G'大于G〞,分子链之间的缔合作用增强;随着浓度的增加,疏水缔合聚合物溶液的G'和G"逐渐接近平行,疏水缔合作用对黏弹性的贡献所占比例逐渐减小,分子主链之间的相互缠结作用对黏弹性的贡献所占比例逐渐增大。降阻率随浓度的增加先上升后降低,在强剪切作用下,分子主链之间解缠结作用所需时间更长,水溶液的流动性减弱,降阻能力反而下降。增加相对分子质量并不是提高聚合物降阻能力的唯一方法,疏水缔合聚合物浓稠水溶液体系同样具有良好的降阻能力,现场施工表明,最高降阻率超过70%。     

芥酸型两性表面活性剂与聚合物复配构筑高效黏弹性驱油体系

为了深入研究高温高盐油藏提高采收率的有效方法,探索高效黏弹性体系应用于该类油藏的可行性,在模拟的高温高盐油藏(矿化度20 000 mg/L,钙镁离子总浓度500 mg/L,油藏温度80 ℃)条件下,通过向羧酸型芥酸酰胺基丙基甜菜碱(LJS)溶液中加入低浓度的聚合物HPAM,制得了黏弹性蠕虫状胶束体系,并进一步研究了盐度、温度、老化时间等影响因素。结果表明,在模拟高温高盐油藏的苛刻条件下,黏弹性LJS/HPAM复合体系黏度达到37.22 mPa · s,油水界面张力降低到10?2 mN/m;在温度不变、提高盐度的条件下,LJS/HPAM复合体系的黏度和界面活性基本不变,即使老化90 d后,体系仍然表现出良好的稳定性。室内模拟驱油实验结果表明,该体系可以大幅度提高原油采收率,增幅达16.22%。研究结果为表面活性剂和聚合物复合体系在高温高盐油藏中的实际应用提供了指导和参考经验。     

改善疏水缔合聚合物油藏适应性方法及其效果

为适应高矿化度溶剂水配制聚合物溶液实际需求,以油藏工程理论为指导,以仪器检测和物理模拟为技术手段,开展了疏水缔合型聚合物溶液视黏度及其影响因素研究.评价了表面活性剂抑制和促进聚合物分子链间缔合作用效果,进行了表面活性剂与缔合聚合物组合和注入方式对聚合物溶液渗流压力影响物理模拟研究.结果表明:非离子型表面活性剂(DWS)可以抑制聚合物分子链间的缔合作用,重烷基苯石油磺酸盐(HABS)表面活性剂可以促进聚合物分子链间缔合作用;采取“聚合物/DWS表面活性剂混合液+HABS表面活性剂溶液”段塞组合和交替注入方式,可以抑制聚合物溶液注入油藏过程中聚合物分子链间的缔合作用,这不仅改善了缔合聚合物溶液的注入能力,而且增强了其深部液流转向效果.     

疏水缔合聚合物传输运移特性及其改进方法

三次采油技术中使用的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)在高温高盐条件下会发生明显的水解和降解反应,抗温抗盐性能较差。疏水缔合聚合物凭借聚合物分子间缔合作用形成的大分子网状结构使其抗盐性有所改善,从而弥补了HPAM抗盐性差的缺陷。然而,疏水缔合聚合物存在其分子线团尺寸与油藏多孔介质孔隙尺寸间适应性差的问题,导致疏水缔合聚合物注入困难。针对疏水缔合聚合物与油藏适应性较差的问题,采用β-环糊精(β-CD)为疏水缔合聚合物缔合程度调节剂,通过室内岩心驱替实验方法,开展了β-CD对疏水缔合聚合物传输运移特性影响的研究。结果表明,β-CD可以改变AP-P4的缔合作用及在多孔介质中的行为。在浓度为1 g/L的疏水缔合聚合物AP-P4溶液中加入β-CD后,溶液黏度随β-CD加量的增加而减小,当β-CD加量达到0.07%时,AP-P4溶液黏度最低(26.2 m Pa·s),为本体黏度,难以发生缔合作用。同时,随着β-CD加量的增大,AP-P4分子链间缔合作用减弱,聚合物分子线团尺寸减小。随着β-CD加量的增大,在岩心渗透率相同(相近)条件下,AP-P4溶液的阻力系数和残余阻力系数减小,疏水缔合聚合物溶液在岩心内的传输运移能力增强。     

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.     

Effect of Polymer Solution Viscoelasticity on Residual Oil

Abstract

In this article, the oil displacement efficiencies of viscoelastic HPAM solution and viscous glycerin solution are studied by flooding at visual microscopic glass models. Also, the effect and mechanisms of the viscoelasticity of HPAM solution and glycerin solution on the displacement of residual oil in dead-ends are studied, and the relationship between the elasticity of HPAM and oil displacement efficiency is given. The results of microscopic oil displacement experiments indicate that the displacement efficiency of HPAM solution flooding and glycerin solution flooding gradually increase with the increase in a viscoelasticity of HPAM solutions and the viscosity of glycerin solution. However, for HPAM solution flooding, the displacement efficiency is always higher and residual oil saturation lower than that of glycerin at the same viscosity, same capillary number and at the same oil saturation after water flooding.     

聚驱后缔合聚合物三元复合驱提高采收率技术

三元复合驱是大庆油田聚驱后进一步提高采收率的重要途径,其驱油体系须保证超低油-水界面张力,且能大幅提高波及能力。通过研究烷基苯磺酸盐（ABS）-缔合聚合物（HAPAM）-NaOH三元复合驱体系的性能,并与超高分子量部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）三元复合体系进行对比。研究结果表明,HAPAM三元复合体系在NaOH浓度为0.5%~1.2%、ABS浓度为0.025%~0.300%时具有良好的界面活性,油-水界面张力可达10^-3mN/m数量级。0.16%HAPAM-0.3%ABS-1.2%NaOH三元复合体系黏度达108.8 mPa ·s,采用HPAM达到相同黏度其浓度为0.265%,因此HAPAM可降低聚合物用量40%。驱油实验结果表明,在相同黏度下,HAPAM三元复合体系在不同孔隙介质中均能提高聚驱后采收率13%以上,比HPAM三元复合体系多提高采收率6%以上。HAPAM三元复合体系具有更高的阻力系数与残余阻力系数、更好的黏弹性以及乳化稳定性,可以为大庆油田聚驱后提高采收率提供新的技术手段。     

Effect of Polymer Solution Viscoelasticity on Residual Oil

In this article, the oil displacement efficiencies of viscoelastic HPAM solution and viscous glycerin solution are studied by flooding at visual microscopic glass models. Also, the effect and mechanisms of the viscoelasticity of HPAM solution and glycerin solution on the displacement of residual oil in dead-ends are studied, and the relationship between the elasticity of HPAM and oil displacement efficiency is given. The results of microscopic oil displacement experiments indicate that the displacement efficiency of HPAM solution flooding and glycerin solution flooding gradually increase with the increase in a viscoelasticity of HPAM solutions and the viscosity of glycerin solution. However, for HPAM solution flooding, the displacement efficiency is always higher and residual oil saturation lower than that of glycerin at the same viscosity, same capillary number and at the same oil saturation after water flooding.     

低剪切速率下部分水解聚丙烯酰胺溶液的流变特性研究

在低剪切速率下，用HAAKE RS150流变仪测定了溶液浓度、相对分子质量和含盐浓度对部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）溶液流变性能的影响。结果表明，溶液浓度和相对分子质量对HPAM溶液流变性能的影响是由于HPAM溶液中大分子之间形成的网状结构的稳定性能所致，而含盐浓度对HPAM溶液流变性能的影响是由于HPAM溶液的带电性能所致。因此，增大HPAM溶液与油膜间作用力的主要措施是：第一，增大HPAM溶液的浓度或相对分子质量；第二，减少HPAM溶液的舍盐浓度。这样有利于提高聚合物的驱油效率。     

聚合物分子尺寸与砾岩油藏孔喉匹配关系

采用核孔膜过滤实验,研究了部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）分子线团半径与核孔膜孔喉直径以及砾岩油藏孔喉的匹配关系。通过对聚合物溶液过滤后核孔膜的过滤速率、质量浓度及黏度的分析可知,分子质量小于3.57×107Dalton的HPAM能够顺利通过孔喉直径大于0.70μm的核孔膜,但在孔喉直径小于0.70μm的核孔膜上产生明显滞留。随着HPAM分子质量的增加,聚合物溶液的过滤速率降低,且更易于发生分子滞留。分子质量小于3.57×107Dalton的聚合物均不会对渗透率大于55.4×10-3μm2的砾岩油藏造成严重堵塞。HPAM的分子线团半径与核孔膜孔喉直径的匹配关系对研究其与砾岩油藏孔喉的匹配关系具有一定的指导意义。     

新型插层聚合物溶液性能及其作用机理研究

针对矿场实际需求,利用现代油藏工程理论、仪器检测分析和物理模拟方法,开展了插层聚合物溶液分子聚集态、增黏性、抗盐性、耐温性、稳定性、分子线团尺寸、流变性、黏弹性和流动特性实验研究,进行了性能特征及其影响机理的分析和探索。结果表明,插层聚合物聚集态主要以"层叠片状"为主,而"高分"聚合物聚集态呈长链立体网络结构。相对于普通聚合物而言,插层聚合物具有较好的耐温抗盐性和稳定性以及流变性和黏弹性。在流动特性实验中,相较于普通聚合物,插层聚合物溶液具有黏度小,但阻力系数和残余阻力系数较大的渗流特点,表现出了良好的液流转向能力。图9表6参16     

聚丙烯酰胺溶液的地下流变模型

通过岩心模拟流动实验，在相当宽的流速范围内，测定了高分子量聚丙烯酰胺（HPAM）溶液在70℃油层温度下通过油藏岩石流动时的稳态压力降与流速的关系曲线，从而揭示了HPAM溶液在多孔介质中的复杂双重流变特性：在低速下呈剪切变稀的假塑性，在高速下出现剪切增稠的粘弹性。将流变仪测得的流变性和获得的本体流变模型引入描述多孔介质的毛细管束模型，从而把达西公式推广到了幂律流体。合理修正了Hirasaki的视剪切速率表达式，获得了多孔介质的视剪切速率与达西流速之间的关系式，进而建立了HPAM聚合物溶液的地下流变模型。