疏水缔合水溶性聚合物AP-P3在多孔介质中的缔合行为研究

疏水缔合水溶性聚合物是一种亲水性大分子链上带有少量疏水基团的水溶性聚合物，在宏观条件下由于其缔合作用，聚合物溶液表现出明显的抗剪切和剪切恢复的特性。通过室内实验研究了疏水缔合水溶性聚合物(AP-P3)溶液在多孔介质中的渗流特征，从而探讨了AP-P3溶液在多孔介质中的缔合行为。研究结果表明，AP-P3溶液在多孔介质狭小的空间中，仍能发生以分子问缔合为主的缔合行为，但是形成分子问缔合的溶液浓度明显高于宏观条件下的第二临界缔合浓度(CAC)；同时应用吸附滞留实验验证了。这种缔合作用，不是由于大量疏水缔合聚合物在多孔介质中的累积滞留效应引起的。当AP-P3溶液浓度高于孔隙介质中形成分子问缔合的浓度时，聚合物溶液的阻力系数随着浓度的增加，发生急剧增加的变化，表现出了AP-P3溶液具有较强的流度控制能力。     

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。     

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.     

疏水缔合聚合物在孔隙介质中的渗流阻力模拟分析

对疏水缔合聚合物驱油机理及其在多孔介质流动中物化现象的进一步研究发现,该类聚合物渗流特征与普通高分子聚合物有较大不同。研究以收缩流道作为孔喉模型,采用渤海区块现场试验数据,使用数值计算方法,分析了缔合聚合物溶液流动阻力随流变参数和喉道直径的变化规律。并以此为理论基础,探讨其在多孔介质中的流动阻力特性,为疏水缔合聚合物驱的理论研究和现场分析提供依据。     

疏水缔合聚合物缔合程度及其油藏适应性

以物理化学、高分子材料学和油藏工程为理论指导,以仪器检测、化学分析和物理模拟为技术手段,以聚合物溶液黏度、聚合物分子线团尺寸、渗流特性和驱油效果等为评价指标,以渤海某油藏储层特征和流体性质为研究平台,开展了缔合程度对疏水缔合聚合物性能及其油藏适应性影响研究.结果表明:调节剂β-环糊精可以抑制疏水缔合聚合物分子链上疏水基团间缔合作用,改变调节剂质量分数就可以改变疏水缔合聚合物缔合程度即改变聚合物溶液黏度和分子聚集体尺寸,进而改变聚合物在多孔介质内渗流特性和传输运移能力;随调节剂质量分数增加,疏水缔合聚合物驱采收率呈现先增加后减小趋势,合适的调节剂质量分数即缔合程度可以改善疏水缔合聚合物与储层间适应性,提高聚合物驱增油效果.     

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。     

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的渗流特性

针对渤海某高渗透油藏,单纯依靠聚合物溶液粘度对大孔道中的驱替进行流度控制具有较大难度.对疏水缔合聚合物溶液在高渗透多孔介质中的渗流特性的研究发现:随着疏水基摩尔分数的增加,梳型疏水缔合聚合物的溶液结构增强,在高渗透多孔介质中的阻力系数先增加后降低,但降低的幅度小,而残余阻力系数则一直增加;当疏水基摩尔分数相同时,星型比梳型疏水缔合聚合物的溶液结构强,在高渗透多孔介质中的阻力系数和残余阻力系数较高,星型疏水缔合聚合物能够更有效地改善流度比,降低水相渗透率.实验结果表明,疏水缔合聚合物的溶液结构能够提高聚合物溶液在高渗透多孔介质中的流度控制能力.     

缔合聚合物在多孔介质中的渗流运移特征

为了探讨缔合聚合物在多孔介质中能否保持较高的有效粘度,并指导其矿场应用,进行了不同类型缔合聚合物溶液性能评价和物理模拟实验。测试了不同类型聚合物在不同的质量浓度和剪切速率条件下的增粘性能,在高质量浓度条件下,缔合聚合物的增粘性较常规驱油用聚合物好,但其表观粘度受剪切速率影响大。在多孔介质中的有效视粘度和渗流运移特征及驱油效果表明,具有超高相对分子质量且分子间存在缔合作用的聚合物表现出了较好的增粘性和在多孔介质中均匀的压力传递特征,其作为驱油剂具有较好的应用前景,而仅靠分子间缔合作用增粘的普通缔合聚合物作为驱油剂的应用有待进一步改进和完善。     

磺酸盐表面活性剂与疏水缔合聚合物作用的热力学

采取物理涂敷的方式将疏水缔合聚合物(HAWP)直接涂敷到硅胶表面制备了HAWP涂敷硅胶固定相。对该固定相的元素分析结果表明HAWP被成功的涂敷到了硅胶表面。分别用蒸馏水、不同矿化度的试液作流动相,测定了不同碳数的单链苯磺酸盐、萘磺酸盐和双链苯磺酸盐在该固定相上的色谱保留参数,并对不同种类磺酸盐类表面活性剂和固载疏水缔合聚合物间的相互作用进行了热力学研究。结果表明,在蒸馏水溶液中,疏水缔合聚合物处于舒展状态,与磺酸盐表面活性剂之间的相互作用主要表现为疏水效应和位阻效应的竞争;在盐水溶液中,疏水缔合聚合物处于收缩状态,与磺酸盐表面活性剂之间的相互作用主要表现为疏水效应,且盐水的矿化度越高,HAWP收缩越严重,与磺酸盐之间的疏水效应也就越小。     

疏水缔合聚合物建立流动阻力机理研究

利用填砂管模型流动实验,研究了疏水缔合聚合物与超高分子量聚丙烯酰胺溶液在高渗透多孔介质中建立流动阻力的能力和机理。与超高分子量聚丙烯酰胺相比,疏水缔合聚合物在高渗透多孔介质中能够建立较高的阻力系数和残余阻力系数;疏水缔合聚合物在多孔介质中可形成超分子聚合体结构,这是其能够建立较高的流动阻力的主要原因。     

Constitutive Model of Viscous-Elastic Polymer Solution in Porous Media

Abstract

The rheological behavior of viscous-elastic polymer solution in porous media of an oil reservoir is different from that in the shearing rheometer. Its flowing complexity lies in not only the complication of polymer's molecular structure and character but also in the change of the physicochemical effect between formation and polymer in space and time, which make it difficult to describe rheological behavior of viscous-elastic polymer solution in porous media. Based on the analysis of viscous-elastic polymer solution flowing in a throat of porous media, the flowing process is divided into three stages as entrance constriction, pore passage, and extrusion. Accordingly, the pressure drop in every stage is separated into viscous drop and elastic drop. Pressure expressions of every stage are established with a tensor analysis method in consideration of such factors as pseudoplasticity, elastic properties, elastic recovery characteristics, pore throat ratio, porosity, and other characteristics. As a result, the constitutive model of viscous-elastic solution in the porous media is established, which is examined and analyzed by a shearing and rheological experiment and a displacement experiment.     

正交非线性渗流控制方程

用矢量场论知识,将由福希海默方程等价转化而来的渗流速度关于压强梯度的显式函数代入流体渗流连续方程,对所得方程进行先展开后化简运算,得到正交高速非线性渗流控制方程。正交高速非线性渗流控制方程和正交低速非线性渗流控制方程统称正交非线性渗流控制方程。面对繁琐的正交非线性渗流控制方程,在求其符号解举步维艰的情况下运用矢量场论和微分几何知识对正交非线性渗流进行了流场几何分析,得出新的认识,即“曲渗定理:共形映射不适用于除直流场外的正交非线性渗流场。”为了绕过求正交非线性渗流控制方程符号解过程中的边界条件,应用复势公式和“平面稳态流速场运动学通式”中的度量张量公式,将笛卡尔坐标系内的正交非线性渗流控制方程转换成了既定问题相应势流坐标系内的正交非线性渗流控制方程。鉴于势流坐标系内的正交非线性渗流控制方程依然繁琐,即其曲流场符号解难以直接求得,建议先探寻能间接获得正交非线性渗流场函数的某种未知映射。     

润湿性对模拟原油微尺度流动和渗流的影响

考察了流体在不同润湿性条件下在低渗透多孔介质微米量级孔喉中流动的渗流特性,实验研究了模拟原油（航空煤油与胜利油田原油以5∶1的体积比配制）在内径为14.9 μm、5.03 μm、2.05 μm的亲水和憎水微圆管中的流动特性。结果表明,模拟原油在5.03 μm和2.05 μm亲水和憎水微管中的流动均出现了明显的微尺度效应,流动规律均偏离经典理论,且模拟原油在亲水微管中的流量高于其在憎水微管中的值。根据微管实验数据,利用毛管束模型分析了润湿性对模拟原油在多孔介质中渗流特性的影响。在考虑微尺度效应的条件下,模拟原油在低渗透多孔介质中的流动为非线性渗流,润湿性显著影响。在其他条件相同时,模拟原油在亲水模型中的视渗透率大于其在憎水模型中的值。     

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。     

疏水缔合聚合物溶液粘弹性及流变性研究

实验测定了缔合聚合物溶液的动态粘弹性、流变性以及在多孔介质中的流变特性.动态粘弹性实验结果表明,在聚合物溶液浓度大于临界缔合浓度时,溶液的弹性模数G'和耗能模数G″明显大于聚合物溶液浓度低于临界缔合浓度时的G'和G″,且存在着一个临界聚合物浓度.低于该浓度时,溶液的G″大于G',而高于该浓度时, G'大于G″,不同浓度下的G″和G'基本不受剪切应力的影响.在实验剪切速率内,缔合聚合物溶液的宏观流变特征表现为剪切稀释性和剪切增稠性.而在多孔介质中,在低剪切速率下,溶液表现出牛顿流体的特征;随着剪切速率的增加,溶液表现出剪切稀释性和剪切增稠性的流变规律.在进行缔合聚合物驱油时,应尽可能使用弹性比较大的聚合物,而且注入速度须高于临界粘弹流速,这样才能充分利用其粘弹性提高采收率.