缔合程度对疏水缔合聚合物增黏性和抗剪切性影响研究

渤海油田具有原油黏度高、储层厚度大、平均渗透率高和非均质性严重等特点,水驱采收率低。疏水聚合物驱广泛用于海上油田的"稳油控水"。为了进一步探索疏水缔合聚合物增黏机理,针对渤海油田储层特征和流体性质,开展疏水缔合聚合物缔合行为及其影响因素研究。结果表明,β-环糊精可以包裹疏水缔合聚合物分子链上疏水基团,调节聚合物分子链上疏水基团间的缔合程度,进而降低聚合物分子线团尺寸和溶液黏度。与缔合黏度相比较,岩心孔隙剪切作用对本体黏度影响较小。岩心孔隙对疏水缔合聚合物溶液具有较强的剪切作用,造成黏度保留率大幅度降低,并且聚合物浓度愈高,黏度保留率愈小。     

岩石孔隙对两性离子聚合物凝胶成胶效果影响

利用黏度计、动态光散射仪以及岩心流动实验研究交联聚合物体系在磨口瓶和多孔介质中的成胶效果及体系与岩心的配伍性能。结果表明:在磨口瓶中体系黏度大幅上升,分子线团尺寸明显增加,具有良好的成胶效果,且体系先发生分子内交联,然后发生分子间交联,当体系发生大范围分子间交联前分子线团尺寸较小,与岩心配伍性良好,而交联后分子线团尺寸大幅增加,难以注入岩心;静态条件下,体系能够在岩心内成胶,但成胶强度明显低于在磨口瓶内的强度,且体系的残余阻力系数随着时间的增加先增大后降低,随岩心渗透率增加而增大;动态条件下,体系的阻力系数与同浓度聚合物溶液的几乎相等,说明该体系在多孔介质内动态条件下难以发生交联反应,原因是流动会干扰交联聚合物溶液体系中交联基团的运移、取向和定位,降低交联体系在适当位置形成交联的概率。     

抗盐聚合物储层适应性及其作用机制

基于物理模拟实验结果,对抗盐聚合物(枝化聚合物、聚表剂)驱油效果进行评价与分析,对于疏水缔合聚合物,以聚合物溶液黏度、分子线团尺寸、分子聚集态、传输运移能力和驱油效果等为评价指标,考察缔合程度对疏水缔合聚合物油藏适应性的影响,探讨抗盐聚合物的储层适应性。结果表明:抗盐聚合物的增油效果与其黏度之间没有必然联系;抗盐聚合物油藏适应性与其聚合物分子聚集体形态密切相关,当其聚合物分子聚集体形态发生改变时,其在多孔介质内的传输运移能力及其非均质储层适应性随之改变;改变聚合物分子聚集态空间构型增加水溶液黏度的抗盐聚合物、评价其储层适应性时,不应过度关注其黏度指标,而应注重其分子聚集体与非均质储层间的适应性。     

Cr~(3+)聚合物凝胶成胶效果及其影响因素

高质量浓度聚合物具有较强的黏弹性,但应用中有时会出现聚合物分子聚集体尺寸与油藏岩石孔隙配伍性较差的问题。针对大庆油田储层地质特征和流体性质,通过岩心流动性实验和驱油实验,以渗流特性为评价指标,利用正交试验优选出分子内交联聚合物凝胶体系后,研究凝胶体系黏弹性和驱油效率。结果表明:调节聚合物质量浓度、配制水矿化度、w(聚/Cr3+)可获得分子聚集体尺寸较小且阻力系数和残余阻力系数较高的分子内交联聚合物凝胶体系。聚合物溶液发生分子内交联后,一方面聚合物分子线团传输运移能力增强,且刚性增强,通过岩心孔隙时形变能力减弱,滞留能力增强,可有效提升注入压力,扩大波及体积;另一方面体系黏弹性和第一法向应力差均增大,洗油效率提高,二者综合作用表现出较高的驱油效率。     

疏水缔合聚合物溶液性能及其驱油效果

针对胜利油田高温高盐的油藏环境,设计合成了一种具有梳型结构的疏水缔合聚合物,系统考察了该聚合物溶液的增黏性、耐温抗盐性、长期稳定性、注入性和驱油效果。实验结果表明,随着浓度的增加,溶液黏度呈指数增长,增黏性强。在高温高盐条件下,该疏水缔合聚合物溶液黏度均比常规聚丙烯酰胺溶液高,表现出优异的耐温抗盐性能。在90℃条件下,随老化时间增加,溶液黏度先增加后降低,60 d后溶液黏度值大于40 mPa·s,表现出优异的长期稳定性。随注入量增加,压力先增加后趋于平衡,达到0.5 MPa,表明其注入性良好。当注入浓度一定时,随着注入倍数的增加,提高原油采收率幅度先增大后趋于稳定;当注入倍数一定时,随疏水缔合聚合物浓度的增加,提高采收率幅度增大。     

分子间高缔合比例疏水聚合物研究(Ⅰ)

分析了目前疏水缔合聚合物在研究和应用中的存在问题,认为主要原因是聚合物分子结构设计不当和聚合反应控制不当。分析了环境疏水缔合作用HAWP流变性之间的相互作用关系,认为疏水缔合作用是HAWP水溶液中形成可逆的超分子结构和溶液保持其结构流体特性的根本原因,而分子设计的手段可以实现对分子链内缔合/分子链间缔合动态平衡的调节。分析了疏水缔合作用与HAWP溶液耐温抗盐性能之间的关系,提出了设计分子间高缔合比例疏水缔合聚合物的分子设计目标：通过调节所引入疏水基团参与溶液超分子缔合结构的效率,使其溶液的耐温抗盐性能得到进一步提高,同时尽可能降低因疏水基团的引入带来的负面影响。     

疏水缔合聚合物驱油数学模型

为了研究疏水缔合聚合物驱油规律和动态,建立了疏水缔合聚合物驱油数学模型。根据室内对疏水缔合聚合物溶液结构的研究成果,采用聚合物线形体和聚合物聚集体共同描述疏水缔合聚合物溶液在多孔介质中的性质变化和渗流特性,同时考虑了疏水缔合聚合物溶液在不同孔渗条件下水相相对渗透率降低能力、不可入孔隙体积系数的变化、吸附滞留与建立流动阻力的关系等物化问题。利用模型对岩芯驱油实验结果进行了拟合,数值模拟结果与实际岩芯驱油结果基本一致。表明该模型能够有效描述疏水缔合聚合物溶液的驱油动态,为疏水缔合聚合物驱的理论研究和现场分析提供了研究方法。     

“复配聚合物”分子线团尺寸分布及渗流特性

针对低渗透裂缝型油藏提高采收率技术需求,利用动态光散射(DLS)和岩心驱替实验方法,对"复配聚合物"驱油体系中聚合物分子线团尺寸(Dh)分布和渗流特性进行了实验研究与分析.结果表明,与"超高聚合物"相比,"复配聚合物"的分子线团尺寸分布较宽,矿化度对聚合物分子线团尺寸影响较小,"复配聚合物"的渗流阻力系数和残余阻力系数较大."复配聚合物"驱油体系注入油藏后可达到增大流动阻力、增加注入压力的目的.     

两性离子聚丙烯酰胺在岩心中滞留量的测定

研究聚合物浓度、含盐量及岩心的渗透率对两性离子聚丙烯酰胺在岩心中滞留量的影响,结果表明:两性聚合物浓度增加,滞留量增加;在本实验研究的含盐量区间内,滞留量随含盐量的增加而下降;随岩心渗透率的增加,滞留量降低.     

缔合聚合物溶液的粘弹性实验研究

在模拟大庆主力油藏条件下,研究了浓度和矿化度变化过程中缔合聚合物溶液的动态粘弹性,结果表明：浓度和矿化度对其溶液粘弹性的影响与对HPAM溶液的影响相同;HPAM溶液的粘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粘弹性主要是由分子链间的缔合作用引起的,因此缔合聚合物溶液在比较低的浓度下就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,就可以达到利用缔合聚合物溶液的弹性来提高驱油效率的目的。     

聚合物驱后砂岩储层岩石物理特征变化机制

通过样品测定、毛管压力和动静态井资料分析,对胜利油田注聚区的聚合物溶液电性特征、储层内部结构变化和注聚后的储层变化机制进行研究.结果表明:随着聚合物质量浓度的增加,混合溶液电阻率具有下降的趋势,下降幅度受聚合物溶液配制方式的影响;聚合物溶液的携带作用使聚驱前后储层表现为物性参数值变大、孔隙结构变好,见聚后由于聚合物滞留作用使孔隙结构变差,滞留聚合物质量浓度越大,孔隙结构越差;清水配制清水注入方式的聚合物驱替过程电阻率曲线呈斜躺"S"型,清水配制污水注入方式的聚合物驱替过程电阻率呈下降的趋势.     

聚合物(丙烯酰胺-N,N-二丁基丙烯酰胺)的流变学特性及其疏水缔合行为研究

由N,N-丁基丙烯酰胺(DBA)与丙烯酰胺(AM)经自由基微乳液聚合制备了水溶性疏水缔合性DBA-AM共聚物.利用旋转流变仪和荧光光谱仪对水溶性疏水缔合性DBA-AM共聚物的流变学特性及其疏水缔合行为进行研究.结果表明,该共聚物溶液有两个临界缔合浓度(CAC):0.4g/L与0.6g/L.当聚合物溶液浓度小于0.4g/L时,溶液发生分子内和分子间缔合,主要以分子内缔合为主,增粘幅度较小;当溶液浓度大于0.6g/L时,DBA-AM共聚物强极性基团与水分子间形成强烈的氢键而溶解,分子间形成大量疏水微区,进而形成超分子聚集体及空间网络结构,表现为溶液宏观粘度急剧增加.     

疏水缔合聚合物的合成及溶液性能研究

采用自由基胶束聚合法 ,合成了疏水缔合型丙烯酰胺 /2 丙烯酰胺基烷基磺酸共聚物。用Brookfield旋转粘度计测定了不同疏水基含量的聚合物的溶液性能 ,同时考察了疏水缔合聚合物浓度、盐浓度、剪切速率以及温度对聚合物溶液性能的影响。实验结果表明 ,稀溶液中疏水缔合聚合物分子的缔合以分子内缔合为主 ;在临界缔合浓度以上 ,缔合以分子间缔合为主。该聚合物是一种性能优异的疏水增粘剂 ,模拟盐水条件下的粘度比清水溶液粘度有很大提高 ,表现出明显的抗盐性质 ,其临界缔合浓度约为 5 0 0mg/L。使用时可用油田采出水直接配注 ,因而在提高采收率的同时 ,还进一步降低了聚合物的用量 ,同时还解决了产出污水的重复利用问题     

多孔介质中聚合物弹性微球的运移规律与调驱性能

为了促进聚合物弹性微球深部调驱技术的大规模应用,通过岩心驱替实验,研究了多孔介质中聚合物弹性微球的运移规律与调驱性能。结果表明:聚合物弹性微球能够在多孔介质中不断地运移、封堵、变形、再运移、再封堵,注入压力呈现出波动式变化特征,后续注水阶段仍保持较高的注入压力水平;聚合物弹性微球的滞留量随距入口端距离的增加而减少,在出口端也有少量的聚合物弹性微球滞留;聚合物弹性微球能够选择性进入和封堵高渗大孔道,在后续注水过程中,高、低渗管的分流率仍保持在50%左右;岩心渗透率、注入浓度、注入速率和矿化度均影响聚合物弹性微球的调驱效果,在实际应用时需要选择合理的参数范围。可见聚合物弹性微球具有良好的注入性和运移性,可以依靠自身弹性运移至储层深部区域,且对低渗层具有保护作用,聚合物弹性微球封堵后具有较强的耐冲刷能力,从而达到较好的深部调驱效果。     

疏水缔合聚合物的合成及溶液性能研究

采用自由基胶束聚合法，合成了疏水缔合型丙烯酰胺／2-丙烯酰胺基烷基磺酸共聚物。用Brookfield旋转粘度计测定了不同疏水基含量的聚合物的溶液性能，同时考察了疏水缔合聚合物浓度、盐浓度、剪切速率以及温度对聚合物溶液性能的影响。实验结果表明，稀溶液中疏水缔合聚合物分子的缔合以分子内缔合为主；在临界缔合浓度以上，缔合以分子间缔合为主。该聚合物是一种性能优异的疏水增粘剂，模拟盐水条件下的粘度比清水溶液粘度有很大提高，表现出明显的抗盐性质，其临界缔合浓度约为500mg／L。使用时可用油田采出水直接配注，因而在提高采收率的同时，还进一步降低了聚合物的用量，同时还解决了产出污水的重复利用问题。     

疏水缔合聚合物溶液形态的研究

用环境扫描电镜(ESEM)和动态光散射仪(DLS)对疏水缔合聚合物溶液形态进行了分析。结果表明,随着NaCl浓度的增加,实验所合成的疏水缔合聚合物的表观粘度先降低后增加而后再降低,但仍保持很高粘度。疏水缔合聚合物在去离子水体系中无论浓度高低均形成了空间网状结构。盐水体系中,当NaCl浓度为1000mg/L时所形成的结构与去离子水中的结构类似,均为网状结构,而在NaCl浓度为5000mg/L时,ESEM照片显示疏水缔合聚合物的结构为致密的树枝状结构。疏水缔合聚合物的浓度越大,其表观流体力学半径就越大,从而造成其增粘能力越强。     

分子间高缔合比例疏水聚合物研究(Ⅱ)

以进一步提高耐温抗盐性能和降低所引入疏水基团的负面影响为设计目标,设计了主链采用C—C键连接、刚性的苯环结构作为间隔基团、采用─O─键连接聚合物的主链和疏水基团的新型疏水缔合聚合物的分子结构;通过合理选择疏水基团、间隔基团和键接方式,设计出了满足分子间缔合比例要求的非离子型疏水单体ANPE（Allyl-(4-Nonyl) Phenyl Ether）;采用相转移催化法,且以低毒性的丙酮代替苯作为有机溶剂合成了疏水单体ANPE;对AM、AA和疏水单体ANPE进行三元胶束共聚合,获得了分子间高缔合比例疏水缔合聚合物（ANPE-HAWP）;红外和紫外表征谱图证明了疏水单体ANPE和疏水缔合聚合物（ANPE-HAWP）的分子结构。     

疏水缔合聚合物溶液形态的研究

用环境扫描电镜(ESEM)和动态光散射仪(DLS)对疏水缔合聚合物溶液形态进行了分析。结果表明，随着NaCl浓度的增加，实验所合成的疏水缔合聚合物的表观粘度先降低后增加而后再降低，但仍保持很高粘度。疏水缔合聚合物在去离子水体系中无论浓度高低均形成了空间网状结构。盐水体系中，当NaCl浓度为1000mg／L时所形成的结构与去离子水中的结构类似，均为网状结构，而在NaCl浓度为5000mg／L时，ESEM照片显示疏水缔合聚合物的结构为致密的树枝状结构。疏水缔合聚合物的浓度越大，其表观流体力学半径就越大，从而造成其增粘能力越强。     

两性离子聚合物凝胶的性能评价及矿场应用效果分析

采用黏度计、动态光散射仪和岩心驱替实验方法,对两性离子聚合物溶液和两性离子交联聚合物溶液的黏度、分子线团尺寸、流动特性、岩心内静态成胶和液流转向进行实验研究。结果表明:在相同条件下,两性离子聚合物凝胶初期黏度、分子线团尺寸、阻力系数、注入压力均与两性离子聚合物溶液比较接近;5 d后,两性离子聚合物凝胶的黏度大幅度上升,分子线团尺寸大幅增加,残余阻力系数明显上升,说明两性离子聚合物凝胶具有良好的延缓交联性能。岩心实验表明,两性离子聚合物凝胶可以在多孔介质内发生交联反应,成胶后具有良好的液流转向效果。矿场试验表明,两性离子聚合物凝胶在深部调驱过程中注入压力明显提升,采油井的含水明显下降,产油量明显增加,增油降水效果显著。     

强碱三元体系与萨中地区油藏适应性研究

为保证强碱三元复合驱在大庆油田萨中地区顺利实施,开展了强碱三元复合体系中聚合物分子线团尺寸及其影响因素、岩心渗透率极限及其影响因素和驱油剂分子线团尺寸与岩石孔喉半径匹配关系实验研究。结果表明,随聚合物相对分子质量增加,聚合物分子线团尺寸Dh增大;随聚合物浓度升高,聚合物溶液中Dh呈"增大—减小—增大"趋势;随剪切强度增大,聚合物溶液中Dh先降低后升高。驱油剂岩心渗透率极限随聚合物相对分子质量和浓度增大而增大,随剪切强度的增大而减小。油藏岩石与驱油剂聚合物的适应性受岩石渗透率、聚合物浓度、相对分子质量以及剪切强度等因素影响,强碱三元复合体系"孔喉半径中值/Dh"范围通常在11~21。