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。     

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。     

聚合物表面活性剂的溶液性能研究

本文主要研究了大庆油藏条件下聚合物表面活性剂Ⅲ和BⅢ的乳化能力和流变性,并与部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）进行了对比;同时探讨了引入的功能单体增强聚合物表面活性剂的性能机理。研究结果表明:功能单体的引入使得聚合物表面活性剂具有较好的乳化性能、增黏性和弹性。在聚合物浓度为1000 mg/L时,Ⅲ所形成的乳状液（4 h后的析水率为5%）稳定性好于同浓度下HPAM所形成的乳状液（4h后的析水率为100%）;在45℃、7.34 s^-1条件下,浓度为1600mg/L的Ⅲ溶液的黏度（63.5 mPa·s）远大于HPAM溶液的黏度（44mPa·s）;在相同黏度（20 mPa·s）下的储能模量和触变性测试表明三种驱油剂的弹性大小为:Ⅲ>BⅢ>HPAM。同时本文研究了聚合物表面活性剂与β-环糊精（β-CD）和表面活性剂SDBS的相互作用,发现聚合物表面活性剂溶液中存在着强烈的疏水缔合作用。Ⅲ和BⅢ的临界缔合浓度分别为811 mg/L和852 mg/L。分析认为引入的功能基团正是通过疏水缔合作用来实现聚合物表面活性剂良好的增黏性、弹性和乳化性。     

甜菜碱表面活性剂EDAB与HPAM聚合物溶液的性能及驱油效果研究

利用流变仪、物理模拟驱替试验系统研究了长碳链甜菜碱表面活性剂EDAB和部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)黏弹性溶液体系在增黏性、耐温抗盐性、流变性、驱油性等方面的性能特征及差异。结果表明,溶液中EDAB和HPAM的浓度高于某临界值后都具有很强的增黏性能、存在剪切稀释行为,属黏弹性流体。EDAB较HPAM有更强的耐盐性,耐温抗盐增黏性更优于HPAM,在表观黏度基本相当的条件下,用HPAM聚合物溶液驱油,注入压力由0. 011 MPa升高至0. 029MPa,产出液含水由98. 3%降至36. 9%,相比于水驱提高采收率14. 5%;而相同条件下,EDAB溶液驱替时,注入压力只有小幅升高,采出液含水未出现明显降低,相比水驱仅提高采收率4. 8%,HPAM溶液驱油效果明显好于EDAB。     

非常规稠油开采用磺化疏水缔合聚合物研究

为了有效地冷采非常规稠油,本文用丙烯酰胺类新型表面活性单体制备了含AMPS的疏水缔合聚合物SAP,研究了SAP溶液的黏度特性及耐温抗盐性,并进行了模型驱替稠油实验。实验结果表明:SAP聚合物的临界缔合浓度为2200mg/L;SAP溶液在浓度大于临界缔合浓度时表现出"盐增稠"现象;在80℃恒温老化90d后,SAP溶液的黏度保留率为5%。SAP驱替稠油的采收率曲线呈现S型,水驱残余油饱和度越高,疏水缔合聚合物驱替稠油越有效,使用高浓度和大段塞的SAP溶液驱替稠油增加采收率效果更好。SAP乳化了的稠油呈不连续状产出,阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵DTAB可作为疏水缔合聚合物产出稠油的高效破乳剂。图8表2参12     

驱油用常规聚合物与抗盐聚合物性能全面评价

在模拟克拉玛依七东1区克下组油藏条件下，对比测定了驱油用商品常规聚合物和抗盐聚合物的多项性能。常规聚合物HPAM分子量2．1×10^7，水解度25％～30％；抗盐聚合物代号KYPAM，为梳状分子链AM共聚物，分子量2．3×10^7，水解度25％～30％。聚合物溶液分别用矿化度0．335g／L的清水和矿化度7．637g／L的油田污水配制。实验温度34℃。表观黏度～浓度曲线和黏度～剪切速率曲线表明，KYPAM的增黏性在清水中好于而在污水中远好于HPAM。在清水中KYPAM短时间抗剪切性优于HPAM，剪切时间增加时优势减小。密闭老化90天的KYPAM清水和污水溶液黏度保留率高于HPAM溶液的相应值。在模拟砾岩油藏的河道砂胶结岩心上，水驱之后注入0．6PV浓度0．8、1．0、1、2、1．5g／L的聚合物清水溶液，KYPAM提高采收率6．06％、6，51％、6．61％、7．17％，HPAM则提高采收率8．2％、7．2％、10．0％、10．2％。拉伸细丝直径～时间曲线和0．1～2．2Hz区间溶液储能模量曲线表明，KYPAM溶液的弹性低于相应的HPAM溶液，这是KYPAM岩心驱油效率低于HPAM的原因．图6嘉3参5．     

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.     

模拟油藏条件下缔合聚合物溶液的黏弹性实验

为了研究缔合聚合物溶液在实际油藏条件下黏弹性的好坏,在模拟大庆主力油藏条件下,研究了浓度和矿化度对缔合聚合物溶液黏弹性的影响。结果表明:浓度和矿化度对缔合聚合物溶液黏弹性的影响与对HPAM溶液的影响相同;缔合聚合物溶液黏弹性产生的原因与HPAM溶液不同,HPAM溶液的黏弹性是由分子链间的缠结作用引起的,而缔合聚合物溶液的黏弹性主要是由分子链间的缔合作用引起的;缔合聚合物溶液在相对比较低的浓度下表现出了明显的弹性;在低而宽的频率范围内缔合聚合物溶液的弹性明显大于HPAM溶液的弹性,说明缔合聚合物溶液在多孔介质中流动时,在比较小的剪切速率下就表现出弹性,这就意味着不需要很高的注入速度,即可达到利用缔合聚合物溶液的弹性来提高驱油效率的目的。     

具表面活性功能聚合物的性能研究

将具有表面活性功能基团引入部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)分子链上,制备了表面活性聚合物。室内开展了其主要性能评价实验,并与普通聚合物HE62210比较。结果表明,表面活性聚合物表现出较好的增黏性、耐温性、热稳定性和抗剪切性,80℃下老化28 d,表面活性聚合物BHJ-6黏度保留率80%左右。     

疏水缔合聚合物/表面活性剂二元体系渗流特性研究

为改善大港油田孔南地区油藏疏水缔合聚合物/表面活性剂二元体系的液流转向能力,获得良好的增油效果,研究了聚合物和表面活性剂浓度、岩心渗透率和注入水除垢对疏水缔合聚合物溶液和疏水缔合聚合物/表面活性剂二元复合体系黏度和渗流特性的影响。结果表明,聚合物溶液和二元复合体系的黏度随聚合物浓度的增 加而增加,疏水缔合聚合物临界缔合浓度为1～2 g/L;在疏水缔合聚合物溶液中加入少量表面活性剂可以增强体系中疏水缔合聚合物疏水基团间的缔合作用,使黏度和渗流阻力增加;岩心渗透率越高,二元体系的阻力系数和残余阻力系数越低;用除垢软化水配制聚合物溶液和聚合物/表面活性剂二元体系的黏度最大,且聚合物浓度越小,软化水对其增黏效果越明显;用含垢软化水配制聚合物溶液和聚合物/表面活性剂二元体系的阻力系数和残余阻力系数最大、注入压力最高,液流转向效果最好。图4 表5 参16     

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。     

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.     

聚合物类型对油水界面性质影响研究

采用平面张力仪和表面粘弹性仪研究了部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）和疏水缔合聚合物（HAP）对油水界面性质的影响研究结果表明,疏水缔合聚合物HAP可以显著降低煤油／模拟水体系界面张力,但对模拟油／模拟水体系界面张力影响较小;部分水解聚丙烯酰胺类聚合物CA对煤油／模拟水和模拟油／模拟水体系界面张力无明显影响。无论是煤油／模拟水体系还是模拟油／模拟水体系．随聚合物溶液浓度的增加,部分水解聚丙烯酰胺类聚合物CA均使体系界面剪切粘度逐渐增大。而疏水缔合聚合物HAP均使体系的界面剪切粘度先增加,后降低,而后再增加。部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）相对分子质量较大时,HPAM溶液／模拟油体系的界面剪切粘度较大。     

水解聚丙烯酰胺对原油破乳的影响

采用紫外光降解法制备了4种不同黏均相对分子质量(Mη)的聚合物溶液,并用其配制不同质量浓度的含该聚合物的原油乳液。通过测定原油乳液脱水率、界面张力和分配系数,考察了聚合物质量浓度、黏均相对分子质量及聚合物种类对原油破乳的影响。实验结果表明,聚合物种类及其黏均相对分子质量是影响原油破乳的主要因素。对于水解聚丙烯酰胺(LDHPAM),当Mη1.14×106时,相对于空白样,它对原油乳液稳定性有明显的增强作用;当Mη1.14×106时,它对原油乳液稳定性无明显影响;与LDHPAM相比,疏水缔合聚合物(AP-P4)由于分子中含有少量的疏水基团,更易吸附于油水界面,对原油乳液稳定性的影响较为显著,当AP-P4质量浓度大于等于300mg/L时,原油乳液在55℃下静置2h后的脱水率仅为20%,远低于LDHPAM的60%。     

HPAM溶液流变性与减阻关系

通过研究不同浓度、不同分子量的HPAM溶液的流变及摩阻性能,建立了一个聚合物溶液摩阻系数方程。测试了5种不同浓度、4种不同分子量的HPAM溶液的稳态剪切黏度、触变性、流动曲线等流变性能;并分别测试其在管内径为0.77 cm,流量为3～9 L/min的压差数据,计算得摩阻系数数据,分析了聚合物分子量、聚合物浓度等对溶液减阻的影响,建立了聚合物溶液摩阻系数f和广义雷诺数Re及聚合物溶液流型参数n之间的摩阻系数方程。      

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.     

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。     

利用聚合物溶液提高驱油效率的实验研究

实验测定了水解聚丙烯酰铵(HPAM)溶液和黄原胶溶液的流变特性及其在多孔介质中的流变特性,建立了衰竭层效应和粘弹性效应共同存在条件下聚合物溶液在多孔介质中的表观粘度计算模型.用这两种聚合物溶液在不同的浓度和注入速度条件下进行了驱油实验.结果表明,聚合物分子缠结作用的增强可引起表观粘度增加或衰竭层厚度降低,从而使平行于油水界面的拉动残余油的力增加,残余油饱和度降低,驱油效率提高.随浓度或注入速度的增加,HPAM溶液的驱油效率升高.在浓度低于缠结浓度时,黄原胶溶液的驱油效率很低.但其浓度只要高于缠结浓度一定程度后,驱油效率就会保持一个较高的值.增加注入速度时,黄原胶溶液的驱油效率提高值不变.