疏水缔合水溶性聚丙烯酰胺的溶液结构的研究

应用流变学方法及扫描电镜,环境扫描电镜手段对疏水缔合聚烯酰胺和传统的超高分子量部分的水解聚丙烯酰胺进行了对比研究。结果表明,在相同浓度的条件下,前者的增粘能力远大于后者。其原因在于前者通过疏水缔合作用在溶液中形成了三维网络状结构。在不同浓度和不同放大倍数的条件下观察到的溶液结构具有一定的自相似性,说明该疏水缔合水溶必聚合物的溶液结构具有一定的分形特性。     

矿化度对疏水缔合聚合物溶液粘度的影响

在不同矿化度条件下，疏水缔合聚合物的增粘性能也不相同。在蒸馏水中，疏水缔合聚合物基本没有缔合效果；在氯化钠或氯化钙溶液中，在缔合临界矿化度之前，随着矿化度的增大，溶液粘度逐渐降低；在缔合临界矿化度之后，随着矿化度的增大，溶液粘度迅速升高，达到最大值后又逐渐下降。研究结果表明，胜利油区采出污水中均存在较高含量的钙、镁等高价离子，疏水缔合增粘效果较差，不适用于驱油。     

疏水缔合聚合物及共混聚合物水溶液性能研究

制备了一类以烷基（C12－C16）烯丙基卤化胺为疏水单体的阳离子型丙烯酰胺疏水缔合聚合物及与阴离子表面活性剂（SDS）共混的共混聚合物。比较了这类疏水缔合聚合物及共混聚合物、聚丙烯酰胺3种聚合物分别用于油田三次采油时的增粘性、抗温抗盐性能、粘附性、对石英砂的吸附情况和聚合物溶液的老化稳定性。这类水溶液疏水缔合聚合物及共混聚合物的增粘效果与超高相对分子质量聚丙烯酰胺相比有很大提高，但随着水的矿化度增加，溶液的粘度下降很快。研究认为这类疏水缔合聚合物及共混聚合物经改进后有希望作为油田三次采油的新型驱油剂。     

疏水缔合聚合物临界缔合浓度研究

认为水溶性疏水缔合聚合物在水溶液中的疏水缔合可分为两个阶段 ,聚合物浓度大于第一临界缔合浓度(CAC1)后发生分子内和分子间缔合 ,粘浓曲线斜率增大 ,在第二临界缔合浓度 (CAC2 )下分子内缔合 (引起粘度下降 )达到平衡 ,此后缔合主要发生在分子间 ,粘浓曲线斜率再次增大。由粘浓曲线测定了 3种商品聚合物的CAC1和CAC2 ,考察了多种因素的影响。CAC1和CAC2 随 pH值的增大 (4 .8～ 8.2 )近似地呈线性降低 ,随矿化度增大(1.0～ 10 0 g/L)趋于升高 ,随温度升高 (2 0～ 5 0℃ )略有升高 ,随剪切速率增大 (32～ 10 3s-1)保持不变。在聚合物S3(M =1.2 8× 10 7,HD =2 9.3% )溶液中加入 6 .0 g/L重烷苯磺酸钠 (该加量处于与溶液增粘峰对应的浓度范围 ) ,使CAC1和CAC2 由 970和 2 14 0mg/L降至 5 6 7和 110 0mg/L。讨论了矿化度、外加阴离子表面活性剂等对疏水缔合的影响。图 2表 2参 11。     

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。     

疏水缔合水溶性聚合物的溶液性质

疏水缔合水溶性聚合物是一种在亲水性大分子链上含有少量疏水基团的水溶性聚合物,具有独特的溶液性质,本文就该种聚合物的结构和组成,分子量,温度,剪切速率,溶液离子强度,表面活性剂和离子基团对聚合物在水溶液中流体力学行为的影响进行了综述。     

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     

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。     

疏水缔合聚合物在盐水中的溶解性研究

研究了疏水缔合型聚丙烯酰胺(固体粉末)在盐水中的溶解行为。在聚合物浓度高于3 500mg/L和温度大于37℃的条件下,这种聚合物表现出良好的溶解性;溶解了的高浓度溶液可以稀释为均匀的低浓度溶液(如1 750mg/L),但这种低浓度溶液不能通过溶解直接得到。这种溶解过程已在海上油田聚合物驱矿场试验中得以应用。确定了所研究疏水缔合聚合物溶解的浓度、温度范围,考察了温度对其流变行为的影响,以及溶液矿化度对其溶解速度的影响。     

低疏水单体含量缔合聚合物溶液驱油特性实验评价

常规低分子量疏水缔合聚合物疏水单体含量高、疏水性与缔合作用强,驱油中存在吸附滞留量大、注入压力高等问题。研究了具有低疏水单体含量、超高分子量特征的缔合聚合物(AP-P5)溶液的渗流及驱油特征,并与强疏水性聚合物(HAPAM)和普通部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)对比。结果表明,由于疏水性的减弱,AP-P5的表观黏度、注入压力、阻力系数(Fr)、残余阻力系数(Frr)和动态滞留量均明显小于HAPAM,但仍高于HPAM。在极差为10.0的非均质模型中,HAPAM和AP-P5能同时进入高、低渗透层,表现出一定的调剖能力,而HPAM主要分布在高渗层中,很少进入低渗层,剖面调整能力较前者弱。由于AP-P5疏水性减弱、动态滞留量降低、运移能力增强,聚合物驱的持久性和有效性得以改善,均质模型中的驱油效率增幅高于HAPAM,但仍低于HPAM。仅从增大驱油效率的角度,应进一步降低聚合物疏水性。非均质模型中,AP-P5兼顾了剖面调整与吸附滞留量的降低,其采收率增幅高于HAPAM和HPAM。     

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.     

螯合剂GX对疏水缔合聚合物溶液粘度保留率的影响

影响疏水缔合聚合物溶液粘度保留率的因素有很多,针对渤海某油田的地层水质条件,利用螯合剂GX,将质量浓度为1750 mg/L的疏水缔合聚合物溶液中活性钙、镁离子含量之和控制在360～400 mg/L,可使其在65℃老化120 d后粘度保留率由33.8%提高至222.7%,运用吴因搅拌器Ⅰ档剪切10 s后粘度保留率由19.73%提高至55.92%.研究结果表明,通过调控疏水缔合聚合物溶液中活性钙、镁离子含量之和,可以有效地改善疏水缔合聚合物溶液粘度保留率,这为提高疏水缔合聚合物溶液的粘度老化保留率和剪切保留率提供了一种可行的方法.尽管螯合剂GX能够使普通聚丙烯酰胺溶液增粘,但并不能提高其粘度的剪切保留率,其原因是普通聚丙烯酰胺类聚合物的溶液粘度构成不同于疏水缔合聚合物.     

交联聚合物溶液的剪切稳定性

采用核孔膜过滤和动态光散射法,研究了高相对分子质量低浓度的部分水解聚丙烯酰胺与柠檬酸铝反应所形成的交联聚合物溶液的剪切稳定性及降解机理.结果表明,随着剪切速率的增加,交联聚合物溶液对孔径为1.2μm的核孔膜的封堵能力降低,但仍能对孔径为0.4μm的核孔膜形成有效封堵.交联聚合物溶液受剪切作用后封堵性能下降的原因是体系中的交联聚合物线团粒径和部分水解聚丙烯酰胺分子线团粒径受剪切作用后变小,不能对核孔膜形成有效封堵.     

聚合物溶液对孔隙结构特征的影响

通过水驱、聚合物驱及后续水驱实验,研究了不同相对分子质量、不同质量浓度聚合物溶液的阻力系数和残余阻力系数;通过常规压汞实验,研究了聚合物驱后岩心孔隙结构特征,对比分析了不同相对分子质量、不同质量浓度的聚合物溶液驱替对岩心孔隙结构特征的影响。结果表明,由于聚合物溶液在岩心孔隙中的吸附滞留,随聚合物溶液相对分子质量、质量浓度的增加,阻力系数和残余阻力系数增大,渗透率下降幅度越大;毛管压力曲线从左下方到右上方逐次排列,孔隙体积在大孔道处减少,而在下一级的小孔道处增加,岩心的平均孔隙半径、半径均值、歪度、结构系数、均质系数各参数降低,其结果对聚合物驱后进一步提高原油采收率的方法研究具有重大的指导意义。     

驱油聚合物水溶液粘度影响因素探讨

结合孤东油田聚合驱的实际情况,探讨了温度、矿化度、pH值、搅拌速度、搅拌时间及配制参数等因 素对聚合物溶液粘度的影响程度。pH值控制在7~9、温度在10~18℃、搅拌速度在80 r／min以下时,配 制的聚合物溶液具有较高的粘度;Na+含量低于200 mg·L-1、Ca2+和Mg2+的含量低于100 mg·L-1、 Fe3+的含量小于20 mg·L-1时,有利于提高聚合物溶液粘度的保留率;溶解氧对HPAM溶液的粘度影响 较大。     

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。     

硫离子对聚合物溶液黏弹性的影响

模拟油田含S~(2-)污水配制聚丙烯酰胺(HPAM)溶液,利用FTIR、黏度计、流变仪等研究了S~(2-)含量对HPAM分子结构及溶液黏弹性的影响。表征结果显示,S~(2-)存在下,聚合物分子主链C—C键发生断裂导致溶液黏弹性降低。实验结果表明,随S~(2-)含量的增大,聚合物溶液表观黏度下降速率增大。在实验应力范围内,S~(2-)含量不同的聚合物溶液均出现线性黏弹区,但随S~(2-)含量的增大,聚合物溶液线性黏弹区对应的复合模量逐渐降低,储能模量和损耗模量均减小。S~(2-)含量较高时,聚合物增黏效果变差。随剪切速率的增大,法向应力差逐渐增大;S~(2-)含量越高,法向应力差增幅越显著。在剪切速率为7.34 s-1下,当S~(2-)含量低于1.7 mg/L时,法向应力差保留率大于表观黏度保留率;当S~(2-)含量高于1.7 mg/L时,表观黏度保留率大于法向应力差保留率。     

基于迎风差分格式的TVD聚合物驱数学模拟

聚合物驱替过程中存在饱和度和聚合物质量浓度2个间断,在2个间断之间有"油墙"形成。文中分别运用特征线法(MOC)、一阶迎风差分(SPU)方法和显式全变差递减差分(TVD)方法对聚合物驱替过程进行求解,通过与特征线解进行对比,考察了SPU方法和TVD方法的数值模拟效果。研究表明:SPU方法的精度低,数值耗散严重,对2个间断特别是聚合物质量浓度间断的捕捉能力较差;高阶精度TVD方法分辨力高,但在"油墙"处会产生非物理"振荡"。利用迎风的思想,对传统TVD方法进行了改进。数值实验表明,改进的TVD方法在保持高精确度的同时,还能有效地防止非物理"振荡"的产生,具有较好的稳定性。     

聚合物溶液在驱油过程中对盲端类残余油的弹性作用

从微观驱油实验出发,研究了聚合物溶液的粘弹性对驱油效率的影响,定量分析了聚合物溶液的弹性在驱油过程中对残余油的作用机理.研究结果表明,对于油湿盲端,随着聚合物溶液弹性的增加,盲端类残余油的驱油效率提高.对于水湿“盲端”,聚合物溶液不能提高不可动残余油的驱替效率.如果“盲端”处的残余油为可动油,或有其他油滴流入“盲端”与残余油聚并,即可形成较大的可动油滴,用粘弹性流体驱替,可使“盲端”处残余油饱和度降低.对仿真类孔隙介质,聚合物溶液的粘弹性均可提高微观驱油效率.     

交联聚合物剪切特性及渗流规律研究

研究了交联聚合物剪切和剪切后再交联的特性及其在孔隙介质中的渗流规律。用机械剪切、在孔隙介质中流动剪切和段塞渗流三种实验方法，用ＵＶ－３０００紫外分光光度计分析出口样品，用付里叶变换红外ＦＴ－ＩＲ漫反射技术分析模型中滞留的聚合物分布。结果表明：未交联的交联聚合物体系在地层条件下和经岩心剪切后都能交联增粘，剪切粘度损失可达７５％以上，停止剪切后在６０℃下静置，粘度在当天即开始回升，３～４天升到最大值，尔后逐渐下降；交联聚合物受机械剪切，粘度可降到原值的０．０７％，但停止剪切后２～４天可恢复到８５％，最大约９０％；交联聚合物注入岩心后再水驱，由于水窜流，驱出聚合物量只有３０％左右，滞留的聚合物在岩心各段均有分布，而入口处的滞留量明显高于其它部位。因此，交联聚合物有较好的抗剪切性，现场应用时具有调剖和驱油双重功能。