海上油田特殊黏弹性流体的表征及性能研究

采用黏度计、流变仪、动态光散射仪、岩心流动实验和调驱实验装置,研究了具有特殊黏弹性的交联聚合物凝胶和相应聚合物溶液的黏度、黏弹性、分子线团尺寸Dh、流动特性和调驱增油效果等性能特征。结果表明,调整交联剂浓度可以使相同浓度的聚合物溶液生成以"分子内"交联为主的凝胶或以"分子间"交联为主的凝胶。"分子内"交联会使样品的黏弹性大幅度增加。与相同浓度聚合物溶液相比,"分子内"交联的凝胶的黏度接近,D_h略增大,黏弹性明显较大,阻力系数增加了50多倍,残余阻力系数增加了100多倍,驱油效率提高了6.2%。     

新型延时增黏聚合物的制备及性能评价

创新设计了具有缓释型阳离子基团、缓慢释放后超分子增黏的高黏聚丙烯酰胺分子结构,优化了最佳合成 参数,评价了该延时增黏聚合物溶液的耐温耐盐性、延时增黏特性、电位及粒径,并考察了该延时增黏聚合物的 驱油效果。研究表明：在温度90℃、矿化度32864 mg/L的情况下,质量浓度为1500 mg/L的延时增黏聚合物溶液 的黏度可达15.4 mPa·s,展现了很好的耐温抗盐性能;随着老化时间的延长,常规聚合物溶液的黏度不断下降, 而延时聚合物溶液的黏度不降反升,老化90 d 的黏度为常规聚合物溶液的2~4 倍,黏度保留率达107.7%,展现 了良好的增黏特性和高黏度稳定性;延时增黏聚合物溶液的Zeta 电位随放置时间的延长逐渐由负向正偏移,粒 径增大,验证了延时增黏聚合物的延时增黏机理。室内物理模拟实验结果表明,在水驱（采收率41.2%）基础上注 入0.3 PV 的2000 mg/L 的延时增黏聚合物溶液可提高采收率达27.7%,矿场实践亦取得良好增油降水效果。该 成果为降低聚合物用量,进一步提高高温高盐水驱油藏采收率提供了新的技术支撑。图9 表2参11     

钻井液用黏弹性聚合物MVPP的室内合成及性能评价

疏水性聚合物是一种特殊的新型黏弹性聚合物,其水溶液的力学行为介于弹性固体和黏性液体之间。由于疏水基团的疏水作用以及静电、氢键或范德华力作用而在分子间自动产生可逆性的巨大的三维立体网状结构,致使溶液具有较强的剪切稀释性。在确定室内合成工艺条件、技术参数的基础上,对自制的黏弹性聚合物MVPP进行了室内性能评价实验,并与膨润土和国内外同类聚合物进行了性能对比。结果表明,黏弹性聚合物具有优良的综合性能:高的黏度、切力值,优良的黏弹性、抗盐抗温性、剪切稀释性、抑制性和降滤失能力;其抗温性远高于国内外同类处理剂,单剂水溶液能抗100℃高温,抗NaCl和CaCl2的饱和盐水,具有比膨润土和国内外同类处理剂更加优良的增黏提切的能力,可用其代替或部分代替膨润土,用以配制抗高温抗盐低/无固相钻井液。     

黏弹性固井封隔材料的室内研究

固井材料作为层间封隔和保护套管的主要载体,一直是固井领域研究的主要方向。利用聚合物特有的黏弹属性制备了新型固井封隔材料——DQV,将其与油井水泥配合使用就相当于给环空加上了高效、柔韧的"密封圈"。与G级原浆相比,引入DQV后环空抗窜压力可提高10倍、综合渗透率降低2个数量级,改善效果显著。同时,该材料稠化时间可调、流动度为25 cm、游离液为0、施工性能良好。在此基础上,对其现场应用方案进行了研究,对环空抗窜封隔能力的提高及固井质量的改善起到有益的借鉴作用。     

抗高温降黏剂MHRT的制备及性能评价

用丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为单体合成了低相对分子质量聚合物,再与用二甲胺和环氧氯丙烷共聚合成的阳离子聚合物复配制备了一种抗高温降黏剂MHRT。考察了MHRT在200℃、230℃、250℃下的降黏性能以及基浆中加入MHRT前后的颗粒粒径变化,并测试了MHRT的相对膨胀抑制率。研究结果表明,基浆中加入0.3%MHRT后在250℃下老化16 h的降黏率达到89.6%,8 h后3%MHRT对岩心的相对膨胀抑制率为74%,有效地抑制了高温下黏土的膨胀分散,是取得高温降黏性能的一个关键因素。     

一种新型黏弹性清洁压裂液的合成及性能

合成了一种新型黏弹性清洁压裂液JL-K,通过实验确定最佳合成工艺为CM-A与CM-B质量比3∶2,催化剂E用量0.5%,反应温度为50℃,反应时间为60min,搅拌转速为280r/min。采用流变仪、表面张力仪等仪器对压裂液体系进行了耐温性能、耐剪切性能、悬砂性能、破胶性能的评价实验。性能测试结果表明:该压裂液体系具有较好的抗剪切性能,适合中温储层,破胶液无固相残渣、携砂性好、可降解、表观黏度低(5mPa·s以下),利于返排。     

抗220 ℃高温两性离子聚合物降黏剂的制备与性能

针对当前高温高密度水基钻井液流变性调控难题,基于分子结构优化设计和单体优选,制备了新型抗高温两性离子聚合物降黏剂 HP-THIN。通过正交实验与单因素实验相结合的方法,对 HP-THIN 的制备条件进行了优化。采用红外光谱仪、乌氏黏度计和热重分析仪等分别对HP-THIN 的分子结构、热稳定性以及相对分子质量进行表征和测定,研究了HP-THIN 在220 ℃超高温条件下对淡水浆、盐水浆、含钙浆和高密度复合盐水浆等不同类型钻井液基浆的降黏性能。在室温下,测试了HP-THIN 对基浆黏土颗粒吸附能力、Zeta 电位和粒径的影响,并与国内外同类产品（Polythin 和xy-27）进行了对比。结果表明,合成降黏剂HP-THIN 的反应温度为60 ℃,反应时间为 3 h,引发剂用量和链转移剂用量均为反应单体总量的 1%,单体总质量分数为 30%;单体AM、AA、AMPS、 PTM物质的量比为1.9∶7.5∶2.1∶1。该聚合物的分子结构中含有设计官能团,其黏均相对分子质量约为 8211,且具有较好的热稳定性。220 ℃老化后,HP-THIN 在最优加量（0.3%）下对淡水基浆、盐水基浆、含钙基浆和高密度复合盐水基浆的降黏率分别达86%、72%、73%和51%,HP-THIN 对不同类型钻井液基浆的高温降黏效果均优于国内外同类产品,相对于xy-27 和Polythin,降黏剂HP-THIN 对基浆黏土吸附能力强、Zeta 电位绝对值大、黏土颗粒尺寸小,可以更好地消除黏土颗粒间网状结构,降低钻井液黏度,具有良好的应用前景。     

不同相对分子质量两亲聚合物的分级及溶液黏弹性

受聚合工艺的影响, 两亲聚合物具有一定的相对分子质量分布范围, 不同相对分子质量组分的结构与性能存在一定差异。为了揭示不同分子结构的两亲聚合物组分对性能的影响规律, 采用双梯度淋洗法, 对两亲聚合物 AP-3按相对分子质量大小进行分级, 得到了不同相对分子质量梯度的两亲聚合物分离组分, 优化改进了分级装置, 筛选了沉淀-溶解对, 考察了不同级分两亲聚合物的红外光谱特征、 增黏和流变特性。结果表明： 乙醇-水构成的沉淀-溶解对能够有效地分离两亲聚合物中相对分子质量较小的组分, 丙酮-水构成的沉淀-溶解对能够有效地分离两亲聚合物中相对分子质量较大的组分; 分离后大、 小分子组分与原聚合物分子结构相似, 区别在于相对分子质量和疏水基团含量不同; 分离出的大分子组分及小分子组分增黏能力和流变性均低于原聚合物, 结构差异的大、 小分子组分聚合物在溶液中的协同作用使原聚合物有更好的黏弹性能。图 6参 9     

油溶性降黏剂的制备及性能评价

为解决渤海A27-2平台稠油长距离管输时黏度高、流动性差的问题,以甲基丙烯酸十八酯(A)、苯乙烯(S)、2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸(Xm)为原料制得三元共聚物降黏剂。通过测定降黏剂对稠油的降黏率研究了各因素对聚合反应的影响,确定了最佳反应条件,并用红外光谱仪表征了反应产物的结构。结果表明,最佳聚合反应条件为:单体A、S、Xm的摩尔比为9∶5∶1.5,反应时间4 h,反应温度80℃,引发剂过氧化苯甲酰与混合溶剂的加量分别为单体总质量的2.0%和320%,混合溶剂中甲苯与Ys的质量比为8∶3。该油溶性降黏剂对稠油的降黏效果较好,加量为稠油质量1‰时的降黏率为59.25%。降黏剂与表面活性剂OP-10复配后得到复合型油溶性降黏剂,其加量为稠油质量10%时的降黏率为82.18%,可在较低温度下实现稠油管输。     

海上油田不同种类聚合物黏弹性能实验研究

随着三次采油技术应用规模的不断扩大,聚合物驱油技术己成为油田开发的必然选择.聚合物驱油方法是在注入水中添加一定浓度聚合物,从而改变注入水的黏弹性能来提高注水波及体积和驱替效率的一种采油方法.可见,聚合物驱油技术本质就是聚合物溶液的黏弹效应,依据油田开发的实际需求,通过室内实验和理论分析,对不同种类驱油用聚合物分子形态及...     

两种新型驱油聚合物在多孔介质中的黏弹性

以HPAM ART525和MO-4000为对比，对疏水缔合聚合物HAP3和抗盐梳形聚合物CP4污水溶液的黏弹性进行了实验研究。实测参数为：HAP3、CP4与HPAM的表观黏度比Rη和储能模量比RG，HAP3、CP4的弹性黏度ηe（达西黏度与表观黏度之差）。讨论了ηe的测定原理。CP4的Rη和RG′小，溶液浓度Cp增大时增幅小，30℃、70℃的Rη～Cp曲线几乎重叠，CP4耐温性好。随Cp增大（在cac以上），HAP3的Rη大幅度上升而RG，大幅度下降，70℃的Rη～Cp曲线较30℃曲线大幅下移，HAP3黏度对温度敏感。1000mg／L聚合物溶液流经1．0μm^2岩心测得的ηe，ART525最小，CP4次之，HAP3最大；随γ增大，前二种聚合物ηe增大而HAP3的ηe却减小且随渗透率增大而明显减小，反映疏水缔合结构的易破坏性。认为HAP溶液通过多孔介质流动的压力降，除黏性和弹性分量外，还包含疏水缔合分量．后者应大于前二者之和，由此推断，HAP体系注入时起压快，注入压力高，易进入低渗区，造成的封堵易被破坏。将0．3PV浓度1000mg／L的聚合物溶液注入1．0／μm^2的岩心，ART525、HAP3、CP4提高采收率增幅分别为7．62％、11．28％、12．10％。用HAP溶液中形成类似“项链”结构的疏水缔合聚集体解释HAP3的黏弹性。图6参10。     

两性离子聚合物降黏剂的制备与性能评价

为降低制备两性离子聚合物降黏剂时常用链转移剂的危害,以丙烯酸（AA）、2-丙烯酰氨-2-甲基丙磺酸（AMPS）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）为单体,基于水溶液爆聚法工艺,采用绿色环保的二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）代替常用巯基化合物链转移剂,合成了低分子量两性离子聚合物钻井液用降黏剂。以在室温下的降黏率为考核指标,优化了降黏剂的制备条件,并评价了其降黏性能。结果表明,降黏剂的最优合成条件为：TMTD加量0.75%、氧化-还原引发剂加量占单体总质量的3%、NaOH加量为AA与AMPS总物质的量的50%、AA加量为44%、AMPS加量为5.5%、DMC加量为4.5%。在此条件下,制备的两性离子聚合物降黏剂的数均分子量为914 g/mol,其在淡水基浆中的降黏率为91.53%,且具有良好的抗温性能,可以满足180℃的抗温要求。该制备方法降低了低分子量两性离子降黏剂合成工艺对环境的污染。     

新型海绵胶黏剂的制备

通过选用合适的固化剂，在此基础上利用环氧树脂胶接原理，选择不同配比来确定最优固化剂用量。最终结果表明：在粘结特定物品时，需要在胶黏剂中加入特定的固化剂，胶黏剂中固化剂含量不同，所得胶黏荆的黏度、固化时间和粘结效果不同，当胶黏剂中各组分比例为环氧树脂，邻苯二甲酸二丁酯，间苯二胺=100/16／4．5时所得的胶黏剂为最优胶黏音4，此时粘结海绵效果最好。     

新型海绵胶黏剂的制备

通过选用合适的固化剂,在此基础上利用环氧树脂胶接原理,选择不同配比来确定最优固化剂用量。最终结果表明:在粘结特定物品时,需要在胶黏剂中加入特定的固化剂,胶黏剂中固化剂含量不同,所得胶黏剂的黏度、固化时间和粘结效果不同,当胶黏剂中各组分比例为环氧树脂/邻苯二甲酸二丁酯/间苯二胺=100/16/4.5时所得的胶黏剂为最优胶黏剂,此时粘结海绵效果最好。     

国外黏弹性表面活性剂压裂液研究进展及应用展望

黏弹性表面活性剂压裂液在纯水介质中形成球形胶束,在盐介质中,分子中的电荷被屏蔽,球形胶束演变成蠕虫状或柔性棒状胶束,进而形成高黏弹性的空间网状结构,实现对支撑剂的携带和造缝;遇地层中的油和水,胶束膨胀而崩解成低黏度的球形胶束,实现压裂液的自动破胶。国外黏弹性表面活性剂压裂液研究进展主要表现在4个方面:成胶破胶机理研究与认识、流变性的研究、伤害性的评价、研制新的疏水缔合聚合物与表面活性剂复合型压裂液。黏弹性表面活性剂压裂液具有摩阻低、伤害小、携砂性好和破胶黏度低等优点,在国外获得了广泛的应用。提高表面活性剂压裂液剪切后黏度的恢复能力和加强疏水缔合聚合物与表面活性剂复合压裂液的现场应用是表面活性剂压裂液研究发展的方向。     

典型聚合物溶液油水界面扩展黏弹性研究

使用Trackr全自动液滴界面张力仪,研究了聚合物种类和水质对聚合物溶液与十二烷的界面扩展黏弹模量的影响。结果表明,目前广泛使用的聚合物与正十二烷动态界面张力为32~34 mN/m,聚合物溶液与正十二烷形成的界面黏弹膜以弹性为主,相应的弹性模量比黏性模量高3倍以上,配制聚合物溶液水中活性组分和含盐量使聚合物的界面扩展弹性模量降低,对聚合物的界面黏性模量影响更复杂。     

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。     

黏弹性聚合物钻井液技术

以自制的性能优良的黏弹性聚合物MVPP为基础,通过优选出配套的抗温降滤失剂,开发出了系列的无黏土、低黏土和中等含量黏土黏弹性聚合物钻井液体系。该体系具有优异的抗剪切稀释性和抗温抗盐性、良好的抑制性和润滑性,无黏土和低黏土体系抗温达180℃,中等含量黏土体系抗温达200℃;150℃的页岩回收率大于90%,8 h页岩膨胀高度不大于0.8 mm;润滑系数不大于0.10,泥饼黏附系数不大于0.016;API滤失量不大于5 mL。该黏弹性聚合物钻井液技术在胜利油田、川东北和新疆区块进行了30余口井的现场试验,该技术以抗温、抗盐、高密度、无黏土和低黏土为特色,可提高机械钻速,减少钻井液滤液对油层的侵害,保护油气层,降低钻井综合成本,实现安全、快速及高效钻井。