聚合物溶液宏观流变性研究

在较宽的剪切速率范围内，系统测试了３种特高分子量部分水解聚丙烯酰胺聚合物溶液的宏观流变曲线，分析了聚合物的宏观流变特征及其聚合物分子量及浓度，温度和压力的变化规律。用２参数的Ｐｏｗｅ－Ｌａｗ模型和４参数的Ｃｒｏｓｓ流变模型对所测得的流变数据进行了拟合处理，确定了描述聚合物溶液宏观流变性的流变模型，建立了流变参数随浓度和温度变化的关系式。     

聚合物溶液流变特性试验研究

在对矿场实际应用的分子量为1700万的聚合物溶液进行流变性试验的基础上,通过对试验数据进行回归分析,验证了在单井注入量小于500m3/d的条件下,聚合物溶液的流变特性符合幂律流体的拟塑性流变模式;同时,分析了聚合物溶液浓度对其流变特性的影响,描述了聚合物溶液表现粘度、流性指数n和稠度系数K随聚合物溶液浓度的变化规律。     

HPAM溶液流变性与减阻关系

通过研究不同浓度、不同分子量的HPAM溶液的流变及摩阻性能,建立了一个聚合物溶液摩阻系数方程。测试了5种不同浓度、4种不同分子量的HPAM溶液的稳态剪切黏度、触变性、流动曲线等流变性能;并分别测试其在管内径为0.77 cm,流量为3～9 L/min的压差数据,计算得摩阻系数数据,分析了聚合物分子量、聚合物浓度等对溶液减阻的影响,建立了聚合物溶液摩阻系数f和广义雷诺数Re及聚合物溶液流型参数n之间的摩阻系数方程。      

部分水解聚丙烯酰胺的微流变特性研究

以动态光散射原理为基础,借助Rheolaser微流变仪,针对NaCl浓度、pH值、温度以及相对分子质量等影响因素,研究了部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)的微观流变特性。通过分析HPAM的均方位移(MSD)曲线,得到反映其流变特性的黏弹性参数,宏观黏度因子MVI和弹性因子EI。实验结果表明,NaCl浓度越低,温度越低,pH值越高,相对分子质量越高,则HPAM溶液的MVI与EI的平衡值越高。阐述了聚合物溶液具有这种流变特性的微观机理,探讨了微流变学在研究聚合物流变特性上的优越性。     

工业用弱碱三元化学剂及复合体系流变特性

针对矿场实际需求,利用室内仪器检测方法,对室内配制的弱碱三元化学剂和复合体系的流变特性及其影响因素进行研究。结果表明:超高分子量抗盐聚合物溶液的流变特征属幂律流体,表黏度随温度的升高而降低;表面活性剂属假塑性流体,在中等剪切率范围,曲线符合幂律流体流变方程;Na2CO3溶液属牛顿流体,黏度随浓度的增大而增加,且随温度的上升而下降;弱碱三元复合体系符合假塑性流体的幂律特征,黏度随剪切速率的增大及温度的升高而降低。     

聚合物流变性实验研究

聚合物流变性是聚合物驱油设计理论基础, 应用DVⅢ旋转粘度计对聚合物流变性进行了系统研究。结果表明, 聚合物溶液呈现剪切变稀特性, 表观粘度是剪切速率、温度、质量浓度的函数, 同一温度下稠度系数随着质量浓度的增加而增加, 幂律指数随着质量浓度的增加而减小, 建立了描述聚合物溶液宏观流变性流变模型, 引进支持向量机的方法对聚合物的流变性进行预测, 预测结果与实际测量结果相一致, 为聚合物驱数值模拟、油藏动态预测和矿场工程设计提供了重要的依据。     

新型聚合物驱油数学模型

建立了能模拟多种分子量聚合物溶液混合驱油和聚合物黏弹性作用驱油机理的数学模型,该模型从弹性效应和黏性效应两个方面描述了聚合物驱油机理。弹性驱油作用的数学描述是:弹性能降低残余油饱和度,使油相相对渗透率提高;黏性驱油作用的数学描述是:聚合物能增加水相黏度,改善油水流度比及扩大驱替液的宏观波及体积。在多种分子量聚合物溶液混合驱油机理数学模型中,每一种分子量聚合物在油藏中流动满足各自独立的物质传输规律,在驱油机理上表现为多种分子量聚合物溶液浓度之和的总浓度总体驱油过程,驱油机理数学模型中的参数表示为各种分子量聚合物相应参数浓度加权平均的形式。所建立的模型能够模拟聚合物驱油提高微观驱油效率和流度控制驱油机理以及所发生的对流、弥散、扩散、吸附等物化现象。实际应用结果表明,该模型具有较强的实用性,可用于聚合物驱油的机理研究、矿场方案优选和开发效果预测。     

四元聚合物溶液及其压裂液流变性能

为丰富凝胶压裂液体系,以新型四元聚合物[甲基丙烯酸(MAA)/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)/N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)/对苯乙烯磺酸钠(SSS)]为稠化剂,与有机锆交联剂交联,研究了不同浓度四元聚合物溶液和交联过程中的流变性,考察了剪切速率和温度对交联过程中黏度-时间关系的影响;并研究了交联凝胶破胶过程中的流变性,考察了破胶剂加量和温度对破胶过程中复模量-时间关系的影响。结果表明,170 s-1下,聚合物溶液黏度随聚合物质量分数的增加而增大,0.6%聚合物溶液的稳态黏度为107.7 mPa·s,流动曲线符合Cross本构方程。交联体系黏度随剪切速率增加和温度升高而降低,黏度随时间变化的曲线可用4-参数交联过程流变动力学模型描述。在实验范围内,破胶剂用量越多、温度越高,凝胶破胶效果越好。4-参数破胶过程流变动力学模型可用于描述破胶过程中复模量随时间的变化曲线。图9表4参24     

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。     

聚丙烯酰胺水溶液粘弹性研究

在45℃下测定了水解度相近(26.4%～27.4%)、分子量不同(7.0×106,1.1×107和1.7×107)的3种商品HPAM水溶液的动态粘弹性参数并讨论了在驱油中的作用。在振荡频率0.1～100s-1范围,浓度1.2g/L的3种聚合物溶液的G′和G″曲线均相交,交点对应的频率随分子量增大而减小,在交点以下G″>G′,而在交点以上G′>G″。对于分子量较高的2种聚合物溶液,在频率1.256s-1时,G′和G″随聚合物浓度的增大(0.2～2.0g/L)而增大;浓度一定时(2.0g/L)随加入的NaCl浓度的增大(0～9.0g/L)而剧烈减小,随加入的表面活性剂SDBS浓度的增大(0～10g/L)而有一定幅度的减小;在温度10～55℃区间测得的2.0g/L聚合物溶液的G′～T和G″～T曲线,在温度～35℃时出现最大值。加入5.0g/LNaOH或NaCl使浓度1.2g/L的最高分子量聚合物溶液的线性粘弹性区间变窄,损耗角增大。图6参1表8。     

An Experimental Investigation of Silica Nanoparticles Effect on the Rheological Behavior of Polyacrylamide Solution to Enhance Heavy Oil Recovery

The use of polymer flooding as one of enhanced oil recovery methods has recently increased. The occurrence of high shear rates in reservoir and near well bore through perforation nozzles during polymer flooding cause shear degradation of polymers and therefore polymer viscosity has decreased. Rheological behavior of polymer solution in different conditions of oil reservoir is one of the key factors to develop use of polymer solutions. A few researches are available regarding improving rheological behavior of polymeric solution. In this study, to investigate the effect of nanoparticles on rheological behavior of polymer solutions two samples were prepared: polyacrylamide solution in water and suspension of silica nanoparticles in polyacrylamide solution. The sample viscosities in different shear rates were measured. The best rheology models were developed to state rheological behavior of prepared samples and the measured data were compared to power law model. An increase in the viscosity of the suspension solution with respect to polymer solution in different shear rates was observed. Rheological analysis showed that power law model is a good rheology model to demonstrate rheological behavior of suspension in low and medium shear rates and is an acceptable model for polymer solution in low shear rates. Two types of flooding test were performed in a glass micromodel: flooding by polyacrylamide solution and suspension of silica nanoparticles in polyacrylamide solution. The results of flooding test showed a 10% increase in oil recovery for nanosuspension solution in comparison with polymer solution after one pore volume fluid injection.     

利用聚合物溶液提高驱油效率的实验研究

实验测定了水解聚丙烯酰铵(HPAM)溶液和黄原胶溶液的流变特性及其在多孔介质中的流变特性,建立了衰竭层效应和粘弹性效应共同存在条件下聚合物溶液在多孔介质中的表观粘度计算模型.用这两种聚合物溶液在不同的浓度和注入速度条件下进行了驱油实验.结果表明,聚合物分子缠结作用的增强可引起表观粘度增加或衰竭层厚度降低,从而使平行于油水界面的拉动残余油的力增加,残余油饱和度降低,驱油效率提高.随浓度或注入速度的增加,HPAM溶液的驱油效率升高.在浓度低于缠结浓度时,黄原胶溶液的驱油效率很低.但其浓度只要高于缠结浓度一定程度后,驱油效率就会保持一个较高的值.增加注入速度时,黄原胶溶液的驱油效率提高值不变.     

聚丙烯酰胺溶液的地下流变模型

通过岩心模拟流动实验，在相当宽的流速范围内，测定了高分子量聚丙烯酰胺（HPAM）溶液在70℃油层温度下通过油藏岩石流动时的稳态压力降与流速的关系曲线，从而揭示了HPAM溶液在多孔介质中的复杂双重流变特性：在低速下呈剪切变稀的假塑性，在高速下出现剪切增稠的粘弹性。将流变仪测得的流变性和获得的本体流变模型引入描述多孔介质的毛细管束模型，从而把达西公式推广到了幂律流体。合理修正了Hirasaki的视剪切速率表达式，获得了多孔介质的视剪切速率与达西流速之间的关系式，进而建立了HPAM聚合物溶液的地下流变模型。     

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.     

Structure and properties of filtration membranes based on cellulose diacetate with solid fillers

The results of a pilot study of the structure and properties of cellulose diacetate filtration membranes with solid fillers are reported; thermally treated millet thresh waste (millet glume) was used as a filler. The porosimetric parameters of the initial polymer and solid fillers, the rheological properties of molding solutions, and the operational characteristics of the resulting composite membranes were determined.     

OCP 粘度指数改进剂低温流变学与分子结构的关系

采用冷启动模拟机 ( CCS)和 MRV对小型旋转粘度计 ( OCP)粘度指数改进剂的低温流变学性能进行了测试 ,并将分析结果与粘度指数改进剂的分子结构进行了关联。发现 CCS比MRV测得的流变学性能变化明显 ,但趋势相似 ,即随着相对分子质量的增加 ,低温性能下降 ,随着相对分子质量分布的增宽和高分子链中乙基序列的增加 ,低温性能改善。从高分子的立体化学结构层次进行了结构与流变学性能关系的分析。     

一种改进的钻井液流变模式及评价

在简要评述目前比较常用的流变模式基础上,对林伯亨提出的流变模式进行了改进,得到了一种新的四参数流变模式。利用回归分析的数学方法,选用水基、油基、高密度、聚合物和甲酸盐5种不同类型的钻井液实验数据,拟合出不同流变模式的流变参数,并对拟合结果进行对比。结果表明：改进得到的新流变模式与宾汉、幂律、H-B以及林伯亨模式相比,拟合效果最好,可以很好地描述不同种类钻井液的流变性。     

Water-Based Drilling Fluid Technology for Extended Reach Wells in Liuhua Oilfield,South China Sea

Abstract

To reduce the dependence of oil-based drilling fluids for extended reach well drilling, a newly developed water-based drilling fluid system has been used to drill the extended reach wells in Liuhua oilfield located in the east of the South China Sea. Based on numerous experiments, the formulations of this water-based system for various sections of extended reach wells were determined, and several key characteristics, such as lubricity, inhibition, and rheological properties, were evaluated. Using the well Liuhua 11-1-21 (A4) ERW3 as an example, the field applications of this water-based drilling fluid are elaborated in this article. Laboratory experiments and field tests indicate that this kind of specially formulated KCl/polymer system not only possesses excellent shale inhibitive character, but also has proper rheological parameters, good lubricity, and strong ability of anti-contamination for calcium ions. Hence, it can meet the demands of extended reach drilling operations in this area. A unique and integrated technology of water-based drilling fluids for extended reach well drilling in Liuhua oilfield has been formed.     

不同类型聚合物溶液在多孔介质中的渗流规律

为了研究不同类型聚合物溶液在多孔介质中的渗流规律，测定了聚丙烯酰胺溶液和黄原胶溶液在流变仪中的流变性和不同浓度，注入速度及岩心渗透率条件下通过多孔介质的流变性和残余阻力系数，研究结果表明，随浓度增加，聚丙烯酰胺溶液的体相粘度，表观粘度和残余阻力系数增加，衰竭层厚度减小，黄原胶溶液的体相粘度增加，浓度高于缠结浓度时，残余阻力系数随浓度的增加而增加，但衰竭层厚度和表观粘度的变化幅度不大，注入速度增加时，两种聚合物溶液的衰竭层厚度都降低，聚丙烯酰胺溶液的残余阻力系数不变，粘弹性增加，黄原胶溶液的残余阻力系数下降。