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。     

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.     

疏水缔合聚合物熟化时间和流变性测试

为了确定大庆油田聚合物驱油试验选用的新型疏水缔合聚合物AP-P3的配制注入工艺参数,从而为产能建设方案和实际生产提供理论依据和技术支持,需要对其熟化时间和流变性进行测试。采用黏度法测试了疏水缔合聚合物的熟化时间,结果表明:试验室条件下,其熟化时间为150 min,考虑到现场实际生产情况,熟化时间定为3 h。采用流变仪测试质量浓度为1 000～5 000 mg/L的疏水缔合聚合物溶液的流变性,结果表明:在常规剪切速率范围内,疏水缔合聚合物溶液呈现出与油田常规聚合物相仿的流变特性,即其溶液为剪切稀释流体,符合幂律流体特征;利用流变曲线回归得出疏水缔合聚合物的流变参数。对疏水缔合聚合物母液和大庆2 500万超高分聚合物母液的流变性进行比较,结果表明疏水缔合聚合物母液的黏度更高,高出幅度近20%。     

化学方法加速疏水缔合聚合物的溶解

疏水缔合聚合物由于疏水基团间的相互作用,缓慢的溶解速度制约了其在油田上的大规模应用。已有的物理加速溶解方法会造成缔合聚合物溶液的黏度产生不可恢复的损失。基于疏水基团与环糊精的包合作用,在缔合聚合物溶解过程中加入环糊精,研究了环糊精对疏水缔合聚合物溶解性和流变性的影响。结果表明,利用环糊精对疏水基团的包合作用,加速了缔合聚合物的溶解,且避免了溶液黏度的损失。环糊精对疏水基团的包合改善了缔合聚合物与溶剂的相互作用。随环糊精与疏水基团物质的量之比的增加,缔合聚合物溶解时间呈指数下降。利用环糊精对客体分子的竞争包合特性,通过向缔合聚合物溶液中添加适量的与环糊精具有更强亲和力的非离子表面活性剂可以完全恢复溶液的流变性能。     

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.     

疏水缔合聚合物在高密度钻井液中的应用研究

钻井液流变性一直是高温深井水基钻井液的主要技术问题之一.研究出了疏水缔合聚合物,用它代替普通高分子量聚合物加入粘土含量低的钻井液中,可以提高钻井液的高温悬浮性.疏水缔合聚合物在钻井液中能和膨润土共同作用形成自身的空间网架结构,在低温、高温及高温老化后能有效地提高钻井液悬浮性;与普通高分子量聚合物相比,疏水缔合聚合物具有明显的抗温抗盐和抗剪切功能.室内试验评价了疏水缔合聚合物含量对低土量钻井液悬浮性的影响及其对不同膨润土含量钻井液流变性的影响、疏水缔合聚合物与其他处理剂的配伍性及疏水缔合聚合物加重钻井液的热稳定性和悬浮性.结果表明,将有双重悬浮功能的疏水缔合水溶性聚合物引入高温深井水基重钻井液(温度为150 ℃、密度为1.5 g/cm3)中,使钻井液在粘土含量为3%,粘度较低的情况下能具有良好的悬浮性;利用疏水缔合聚合物解决目前深井钻井液存在的流变性问题是可行的.     

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。     

耐高温压裂液增稠剂的制备及耐温构效关系

高温稳定性是疏水缔合聚合物压裂液最重要的性能之一。本试验用水溶液聚合制备了带有刚性侧基的疏水缔合聚丙烯酰胺（HACA）,并研究了其流变性和耐温性。研究发现,4％（w）HACA水溶液在150C、170s^-1条件下剪切2h,表观粘度为99mPa·s;与普通聚丙烯酰胺（PAM）溶液相比,两者稀溶液特性粘数相近,而HACA半稀溶液表观粘度更高,说明HACA在水溶液中发生了疏水缔合作用;相对于普通PAM以及只含单一疏水基团或者刚性基团的PAM来说,HACA体系有更强的增粘能力、更快的粘度回复速度以及更好的高温稳定性。本试验的研究成果对疏水缔合型聚合物压裂液体系的开发研究工作有一定的指导意义。     

分子间缔合作用对缔合聚合物溶液阻力系数与残余阻力系数的影响

通过在缔合聚合物溶液中加入具有“内疏水,外亲水”结构的β-环糊精,研究了分子间缔合作用对缔合聚合物溶液的阻力系数与残余阻力系数的影响.实验结果表明,加入β-环糊精后,缔合聚合物溶液的粘度降低了98％左右,其微观结构由空间网络结构变为“柏树枝”状的松散结构,β-环糊精能消除缔合聚合物溶液分子间缔合作用;分子间缔合作用对缔合聚合物溶液阻力系数的贡献为83％左右,对残余阻力系数的贡献为59％左右,分子间缔合作用是缔合聚合物溶液建立阻力系数与残余阻力系数的主要方式;该作用对分析缔合聚合物溶液在地层中的吸附滞留量具有参考意义.     

阴离子表面活性剂对疏水缔合聚合物溶液粘度的影响研究

研究了不同条件下、不同含量阴离子表面活性剂对疏水缔合聚合物和超高分子量聚丙烯酰胺溶液粘度的影响.结果表明,阴离子表面活性剂对超高分子量聚丙烯酰胺溶液的粘度基本上没有影响,对疏水缔合聚合物--烯丙基铵型疏水缔合聚合物溶液的粘度影响很大,存在极大值.指出在聚合物筛选时,必须进行矿化度、温度和表面活性剂对聚合物溶液粘度影响的全面分析,同时要考虑地层吸附和色谱效应对聚合物溶液粘度的影响.