剪切方式对疏水缔合聚合物溶液性能的影响

疏水缔合聚合物溶液流变性能与剪切方式密切相关。采用吴茵搅拌器和近井地带剪切模拟装置,分别对质量浓度为1750mg/L的疏水缔合聚合物AP-P4溶液进行剪切,获得了相近的表观粘度,但其粘弹性和非牛顿性均不同。对比剪切前后的疏水缔合聚合物溶液发现,近井地带剪切模拟装置的剪切未改变溶液粘弹性和非牛顿性的"质",仅仅改变了其粘弹性和非牛顿性的"量";吴茵搅拌器剪切不仅改变了溶液的粘弹性和非牛顿性的"量",而且改变了溶液粘弹性和非牛顿性的"质"。同时,采用不同剪切方式获得的溶液,其相对分子质量及其分布、构建阻力系数和残余阻力系数、增油降水能力均不同。因此,采用吴茵搅拌器,模拟驱油聚合物在近井地带的剪切是不符合油藏实际情况的,该方法仅能够获得与预期表观粘度相近的溶液,但是却无法同步模拟溶液的其他流变性能;采用近井地带剪切模拟装置剪切更符合矿场实际。     

疏水缔合聚合物溶液的抗剪切性研究

在室内测试了缔合聚合物在淡水和模拟油藏盐水中的剪切恢复特性和抗剪切性。实验结果表明,与部分水解聚丙烯酰胺HPAM相比,不管是在淡水还是在模拟油藏盐水中,疏水缔合水溶性聚合物具有很好的剪切稀释性和抗剪切性,进一步证明了疏水缔合作用对缔合聚合物溶液的抗剪切性的贡献。对油气开采用缔合聚合物的施工设计有一定指导意义。     

疏水缔合聚合物流变学测量方法研究I:稳态剪切黏度

为了获得准确和具有重复性的疏水缔合聚合物溶液稳态剪切黏度测试结果,分析了溶液的结构流体特征对于流变测试结果的影响,讨论了HAWSP溶液结构的破坏/恢复动态平衡与稳态剪切黏度测试结果的关系。用RS600流变仪和Brookfield DV-Ⅲ流变仪分别研究了预剪切段对于稳态剪切黏度的影响规律,实验结果表明:在两种流变仪上,通过合理优化预剪切段都可以获得重复性较好的稳态剪切黏度测试结果,实验平均误差小于3%。     

耐温抗盐疏水缔合水溶性聚合物性能研究

疏水缔合水溶性聚合物是聚合物亲水性大分子链上带少量疏水基团的一类水溶性聚合物,介绍了疏水缔合溶性聚合物的合成方法及其分子结构,并结合室内实验研究结果,从机理上分析了该聚合物的耐温抗盐和抗剪切的特性.现场应用实例表明了该类聚合物在高温高盐油藏中具有广阔的应用前景.     

疏水缔合聚合物的合成与溶液性能评价

以二烯丙基甲基十六烷基溴化铵（C16DMHB）为疏水单体,与丙烯酰胺（AM）和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）在水溶液中通过自由基聚合合成了疏水缔合聚合物,采用红外光谱对合成的聚合物进行了结构表征.最佳反应条件为：疏水单体C16DMHB的摩尔含量为0.4％,AMPS的摩尔含量为15％,单体总质量为20％,引发剂用量为2.5％（以单体的总质量计）最佳反应温度为45℃,最佳pH值为7～9.研究表明,聚合物的临界缔合浓度在1.8 g/L左右,扫描电镜表征了溶液的微观结构,溶液表观粘度随温度升高而降低,表现剪切稀释性.     

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.     

疏水缔合聚合物溶液黏度的影响因素研究

研究了疏水缔合聚合物GRF-1加量、放置时间、溶液pH值、温度、盐加量、表面活性剂、过氧化物对聚合物水溶液黏度的影响。结果表明,随着GRF-1浓度的增大,水溶液黏度增加;并随着水溶液静置时间的延长,溶液黏度逐渐上升,静置4 h后的黏度基本稳定。在30℃下静置4 h,pH=7.50时的GRF-1水溶液的黏度最大。温度升高,溶液黏度逐渐降低。二价无机盐对溶液黏度的影响显著大于一价盐。阳离子、非离子和两性表面活性剂使水溶液黏度迅速降低,而阴离子表面活性剂可提高溶液黏度,阴离子表面活性剂加量为0.35%时的溶液黏度值最大,为310 mPa.s。过硫酸铵（APS）可显著降低水溶液黏度。剪切60 min时,聚合物溶液中加入0、0.01%APS后的黏度分别为50、10 mPa.s,降低80%。GRF-1水溶液具有明显的剪切变稀性,但剪切后的溶液黏度恢复率为94.7%。图7参10     

疏水缔合水溶性聚合物AP4清水溶液的流变特征

提高采收率用商品疏水缔合聚合物AP4为丙烯酰胺、丙烯酸、烷基二甲基烯丙基氯化铵共聚物,分子量1.7×106,水解度18.2%,疏水基含量<1%,由粘浓曲线求得临界缔合浓度CAC为1000 mg/L。用矿化度487 mg/L的清水配制AP4溶液,溶液粘度在45℃、7.34 s-1测定。AP4溶液45℃粘度-剪切速率(0.1~1000 s-1)曲线,溶液浓度≤CAC时在低剪切速率下出现振荡,振荡强度和振荡区宽度随溶液浓度降低而增大,之后出现假塑性和胀流性;溶液浓度≥CAC时依次出现牛顿性、假塑性和胀流性。假塑性区流变曲线符合幂律,给出了不同浓度(400~2000 mg/L)的7个AP4溶液的假塑性区宽度,K和n值。浓度800和1000 mg/L的AP4溶液在45℃、不同剪切速率(200~1550 s-1)下剪切2 min后,粘度保留率(30%~20%)和静置时粘度恢复率(80%~130%)相当分散,剪切速率低时粘度恢复率<100%;对于浓度1500 mg/L的AP4溶液,剪切速率对粘度保留率(~10%)和粘度恢复率(>100%)的影响大大减小。从分子内和分子间缔合结构在剪切作用下的破坏和再生解释了疏水缔合聚合物溶液的流变性和剪切后粘度恢复性。图6表2参11。     

十二烷基苯磺酸钠对疏水缔合聚合物溶液流变性的影响

为了进一步认识疏水缔合聚合物与表面活性剂的相互作用规律,指导缔合聚合物二元体系流变性调整,利用流变仪研究了十二烷基苯磺酸钠质量浓度对疏水缔合聚合物溶液零剪切黏度、表观黏度、屈服应力、第一法向应力差、变形—恢复的影响规律.实验结果表明:十二烷基苯磺酸钠与疏水缔合聚合物可以发生较为强烈的聚/表相互作用,并对二元体系流变性产生显著影响;疏水缔合聚合物的疏水侧基通过缔合作用与十二烷基苯磺酸钠烷基链形成类似混合胶束的聚集体,增加十二烷基苯磺酸钠质量浓度,可增强缔合网络结构强度以提高其流变性能;十二烷基苯磺酸钠质量浓度进一步增加时,疏水缔合聚合物的疏水侧基增溶到胶束中,从而拆散缔合网络导致流变性能下降.因此,为保持疏水缔合聚合物与表面活性剂二元体系的驱油性能,建议在保证超低界面张力前提下着重考虑表面活性剂对体系流变性的影响.     

油田用疏水缔合物的分子设计

从疏水缔合物的疏水效应和疏水机理出发，论述了疏水缔合物结构与性能的关系，并结合现阶段疏水缔合物研究现状以及油田用疏水缔合物的要求，对油田用疏水缔合聚丙烯酰胺共聚物的分子设计进行了综述。     

利用团簇理论对疏水缔合聚合物稀溶液性质的探讨

以丙烯酸胺（AM）和十六烷基二甲基烯丙基氯化铵（C16DMMAC）为原料,无皂共聚合成了疏水缔合聚合物PAMC16-X。考察了疏水单体含量、聚合物初始浓度、NaCl浓度及温度对PAMC16-X稀溶液性质的影响。并采用团簇理论对其稀溶液性质和Huggins系数的变化进行了解释。结果发现,该理论可以合理解释有关疏水缔合聚合物稀溶液的一些实验现象,但也存在一定问题。     

无机盐种类和浓度对疏水缔合聚合物溶液黏度的影响

用AM（丙烯酰胺）、AA（丙烯酸）和疏水单体HB-18合成了一种疏水缔合聚合物，对其溶液性质与部分水解聚丙烯酰胺HPAM进行了对比评价，研究了无机盐对该疏水缔合聚合物溶液性质的影响，并对其影响机理进行了解释。结果表明，疏水缔合聚合物溶液具有明显的缔合行为和增黏效果，并具有比HPAM更好的抗温抗盐作用；无机盐的种类和浓度对疏水缔合聚合物溶液性质有明显的影响，特别是二价离子Ca^2＋、Mg^2＋对溶液性质的影响非常大。指出，在合成疏水缔合聚合物时，应该针对不同的地层矿化条件采用不同的分子结构；如果条件允许的话，溶液的配制过程应该灵活多变，以使溶液性能达到最佳效果。     

适用于高渗稠油的缔合型聚合物驱室内效果评价

针对渤海海上稠油水驱采收率较低的问题,研究了疏水缔合型聚合物AP-P4溶液的驱油效果.结果表明:随着原油黏度的增加,水驱和聚合物驱的采收率均降低;采收率增幅先降低后增加再降低.原油黏度在100～300mPa-s时,AP-P4聚合物采收率增幅大于7％.随着AP-P4溶液浓度增加,剪切后溶液的阻力系数Fr和残余阻力系数Frr逐渐增加,Frr可达2.3～14.5,在高渗透多孔介质中建立高渗流阻力的能力较好.可以降低AP-P4溶液在稠油油藏聚合物驱中所需的溶液黏度,有助于降低聚合物溶液的浓度.在渤海典型稠油油藏的现场试验取得了明显的降水增油效果,为缔合型聚合物提高高渗稠油油藏的采收率提供了理论和应用依据.图3参5     

抗温疏水缔合聚合物弱凝胶调驱剂室内研究

针对新疆石南4井区三工河组油藏，在84℃考察了组分用量对有机交联疏水缔合聚合物AP-P4弱凝胶成胶性能，主要是48小时表观黏度的影响。成胶液用矿化度9．34g／L、含Ca^2＋336mg／L、含Mg^2＋174m／L的该油藏注入水配制。得到的基础配方为：AP—P41500～1800nag／L＋乌洛托品350mg／L＋苯酚300mg／L＋间苯二酚40mg/L，加入间苯二酚可缩短成胶时间。聚合物浓度为1500和1800mg／L的成胶液，在84℃放置15～30天后黏度达到最高，180天后黏度为最高值的1／2左右，且不脱水；强力剪切不影响成胶后的黏度及其老化稳定性；在岩心内成胶并在84℃老化180天后，岩心渗透率仅略有增大。注入0.3和0．5PV成胶液使水驱后岩心的采收率分别增加24．77％和34．9l％，如弱凝胶注入后在岩心内在84℃老化180天，则采收率增值略有增大，分别增加27．18％和36．45％。该弱凝胶在多孔介质内有良好的高温老化稳定性。图2表4参1。     

疏水缔合聚合物溶液性质的耗散颗粒动力学模拟

本文利用耗散颗粒动力学模拟方法,研究了疏水缔合聚合物溶液黏度随浓度、温度、剪切程度等条件的变化,并模拟了聚合物在油水体系中的聚集行为。研究发现,疏水缔合聚合物在溶液中表现出类似表面活性剂的聚集行为,其黏度随外界影响因素变化主要是由于溶液中聚合物聚集结构的转变。聚合物浓度较低时,聚合物主要以分子内缔合作用为主;随着浓度的增加,产生分子间缔合,并逐步形成相互交联的空间网络,水珠子的扩散率逐渐变小,体系黏度增加。当温度较低时,体系呈现较多柱状聚集结构,黏度较高;随着模拟温度升高,尺寸较大的棒状聚集体转变为球状聚集体,水珠子扩散率不断增加,体系黏度逐渐降低。随着体系剪切速率的提高,聚合物分子在受力方向上取向趋于一致,分子间缠绕和缔合程度减轻,水珠子扩散率急剧增加,体系黏度降低。另外,疏水缔合聚合物易吸附于油水界面,对油水体系的乳化和相转变产生一定影响。     

无机离子对疏水缔合聚合物溶液行为的影响

采用光散射技术研究了无机离子对疏水缔合聚合物S308分子尺寸的影响,探索了疏水缔合聚合物S308分子尺寸随聚合物浓度、溶液矿化度的变化,同时利用流变技术表征了S308在盐溶液中的流变性。结果表明,分别用1 mol/L的Na Cl、KCl、NH4Cl盐溶液和0.01 mol/L的Ca Cl2溶液配制浓度为0.05 g/L的聚合物溶液,在不同阳离子对应聚合物溶液中聚合物分子尺寸按大小排序为:Rh(Ca2+)Rh(K+)≈Rh(NH4+)Rh(Na+),不同阳离子对聚合物分子尺寸的影响程度排序为Ca2+K+≈NH4+Na+。固定溶液中Na+含量为1 mol/L,分别采用Na Cl、Na2CO3、Na2SO4盐溶液配制浓度为0.05 g/L的S308溶液,在Na Cl溶液中的聚合物Rh仅为217 nm,而在Na2CO3和Na2SO4溶液聚合物Rh分别为277 nm和238 nm,说明在阳离子种类、含量相同时,相对于一价阴离子溶液,在高价阴离子溶液中聚合物的分子尺寸相对较大。在不同一价盐溶液中,溶液的表观黏度基本随分子尺寸变大而逐步提高。另外,随矿化度升高,S308的分子尺寸先上升后下降,均方回旋半径与流体力学半径的比值Rg/Rh逐渐减小,分子构型逐渐卷曲。