耐温抗盐聚合物溶液的黏弹性试验研究

通过动态剪切试验,研究了聚合物相对分子质量、矿化度、温度对耐温抗盐聚合物溶液黏弹性的影响。试验结果表明,相同浓度时,相对分子质量越大,动态曲线中相应的储存模量G＇与损耗模量G″也越大;对同一种聚合物,浓度越大,聚合物分子缠结越严重,在一定的频率范围表现出较强的弹性效应;温度升高对黏弹性影响较小;矿化度越高,黏弹性越小;表面活性剂的加入对聚合物溶液黏弹性影响较小。室内驱油试验结果表明,聚合物的高黏弹性对采收率的提高有较大贡献,浓度为1 500 mg/L的PAM2溶液提高采收率为15.4%。     

黏弹性聚合物溶液对盲端类残余油的微观作用机理

通过实验研究了黏弹性聚合物溶液对盲端类残余油的微观作用机理,得出了在油湿状态下,随着聚合物浓度的增加,即随着聚合物溶液弹性的增加,盲端类残余油的驱油效率有所提高;在水湿状态下,聚合物溶液不能提高不可动残余油的驱替效率,但能够提高可动油的驱油效率,即亲水岩心盲端状残余油若要流动,它必须先转变为可动油.     

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。     

一种疏水缔合聚合物水溶液的黏弹性与减阻特性研究

本文考察了一种疏水缔合聚合物BCG-1溶液的粘弹性,使用自制的流动回路摩阻测试系统测定了不同浓度下疏水缔合聚合物水溶液的摩阻性并进行了现场试验。实验结果表明：不同浓度的BCG-1水溶液的第一法向应力差N1均随剪切应力的增大而增加,高剪切应力条件下,表现出更强的弹性效应,且浓度越大,相同剪切应力条件下第一法向应力差N1的值越大;浓度小于临界缔合浓度时,G'小于G〞,分子链之间的缔合作用较弱,溶液中没有形成有效的空间结构,随着BCG-1浓度高于临界缔合浓度后,G'大于G〞,分子链之间的缔合作用增强;随着浓度的增加,疏水缔合聚合物溶液的G'和G"逐渐接近平行,疏水缔合作用对黏弹性的贡献所占比例逐渐减小,分子主链之间的相互缠结作用对黏弹性的贡献所占比例逐渐增大。降阻率随浓度的增加先上升后降低,在强剪切作用下,分子主链之间解缠结作用所需时间更长,水溶液的流动性减弱,降阻能力反而下降。增加相对分子质量并不是提高聚合物降阻能力的唯一方法,疏水缔合聚合物浓稠水溶液体系同样具有良好的降阻能力,现场施工表明,最高降阻率超过70%。     

聚合物溶液黏弹性驱油微观机理

采用力学分析方法,针对被毛管力束缚在孔喉处的残余油,突扩孔隙空间的残余油以及盲端残余油,理论上分析了聚合物溶液黏弹性驱油微观机理,分别得到了聚合物溶液黏弹性作用下微观残余油动用增量表达式。当考虑黏弹性时,孔喉处可动油的临界半径要大于单考虑聚合物溶液黏性时的临界半径,这使得一部分原来不流动的孔喉残余油滴会发生流动,原来可动的油滴更容易动起来,提高了残余油动用程度。分析结果表明,单依靠聚合物溶液的黏性几乎不可能把盲端残余油驱替出来。当考虑聚合物溶液黏弹性的挤出胀大效应时,会进一步将突扩孔隙空间内、盲端残余油驱替出来。提出了表示毛管力和重力相对大小的无量纲量,当该无量纲量越大时,理论推导的突扩孔隙空间及盲端残余油动用量表达式就越准确。     

聚合物分子量对聚合物驱油效率的影响

在人工均质岩芯和变异系数０．７２的二维纵向非均质岩芯上，用３种分子量（５５０万、１１００万、１８００万）的聚合物溶液在等浓度（１０００ｍｇ／ｌ）和等粘度（１１．０２ｓ－１、４５℃下３４．５ｍＰａｓ左右）两种条件下进行了驱油实验。随着聚合物分子量的增大，均质和非均质岩芯上的驱油效率在等浓度驱替条件下有大幅度升高，在等粘度驱替条件下也有一定程度的升高。在大庆油田，选用高分子量的聚合物有利于提高聚合物驱的经济效益。     

动态过程对聚合物-酚醛交联体系成胶机理的影响

流动会干扰聚合物－酚醛交联体系中桥联基团的运移、取向和定位，降低交联体系在适当位置形成交联的概率，减慢溶胶的成胶速度甚至不能成胶，降低交联程度；动态过程的剪切和拉伸力可破坏凝胶的网状或体型结构，导致凝胶出现解交联现象。在高速流动中弱凝胶解交联后，如果在一定时间内流速降低或停止流动，借助布朗运动，部分因解交联产生的交联现象。在高速流动中弱凝胶解交联后，如果在一定时间内流速降低或停止流动，借助布朗运动，部分因解交联产生的活性交联基团仍可到达适当位置形成再交联，使部分交联体系的黏弹性再升高。对比交联体系的溶胶和凝胶的临界流速和临界流动时间，结果表明：交联使体系的化学稳定性提高，已形成的凝胶解交联需要更高流速和更长时间。图5参8（朱怀江摘）     

聚合物驱油体系弹性对高黏稠油驱油效率的影响

为了解聚合物驱油体系的弹性对高黏稠油驱油效率的影响, 建立了一套模拟层内均质性的平板夹砂可视驱油实验装置, 提出了一种新的量化评价驱油效率的方法—灰度法, 研究了部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）和疏水缔合聚丙烯酰胺 （HAWSP-2） 的弹性及其对稠油驱油效率的影响。结果表明： 由于疏水缔合作用的存在, 在低剪切速率下 HAWSP-2的抗剪切性好于 HPAM; 剪切黏度均为 100 mPa· s的 HPAM和 HAWSP-2的流型指数、 第一法向应力差、 屈服应力和形变恢复率分别为 0.384、 20.60 Pa、 0.29 Pa、 35.67%和 0.204、 67.50 Pa、 1.25 Pa、 183.15%,HAWSP-2的弹性大于 HPAM; 驱油实验中, 随着驱替模拟稠油黏度的增加, HPAM和 HAWSP-2的驱油效率均逐渐降低, 但 HAWSP-2的驱油效率总是高于 HPAM; 驱替同黏度的模拟稠油时, 单位驱油效率增幅所对应的弹性参数变化幅度从大到小依次为： 形变恢复率>屈服应力>第一法向应力差>流型指数, 即变形-恢复能力、 屈服应力、 第一法向应力差和流型指数对驱油效率的贡献依次增大。聚合物弹性对稠油驱油效率的影响为正相关关系, 流型指数是决定聚合物弹性对驱油效率影响的主导因素。图6表3参12     

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。     

长期高温老化对聚丙烯酰胺溶液性能影响的研究

高温（７５℃）不除氧下，ＨＰＡＭ－Ａ５２５溶液性质随老化时间增加而不断发生变化。吸光度线性下降，水解度和吸附量呈线性上升，在老化时间约７０ｄ，水解度为４４％处出现拐点，尔后，下降和上长速率减缓。老化２３０ｄ，吸光度由０．９１５下降到０．４３６，水解度由２４．５％上升到６５．８％，吸附量在１００ｄ之内由１９３．６μｇ／ｇ上升到６３６．６μｇ／ｇ聚丙烯酰胺水解度的大幅度增加是高温条件下聚合物驱的显著特     

疏水缔合聚合物粘弹性研究

研究了不同分子量和带不同数量疏水基团的疏水改性聚丙烯酰胺(HMPAM)的粘弹性,并对分子量大小和疏水基团数量对聚合物粘弹性的影响进行了分析.通过研究发现角频率在1Hz时,缔合聚合物的疏水基团比例越高,缔合聚合物溶液的弹性越大;分子量越大,缔合聚合物形成超分子结构的强度就越大.提出利用弹性模量G′和耗能模量G″比值法评价聚合物溶液的粘弹性.结果表明,在低角频率时疏水基团数量对聚合物溶液的弹性影响较大,在高角频率时分子量对聚合物溶液的弹性影响较大,中间存在一个过渡区,在过渡区内聚合物溶液弹性的大小取决于疏水基团数量和分子量的综合作用.     

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.     

交联聚合物溶液的剪切稳定性

采用核孔膜过滤和动态光散射法,研究了高相对分子质量低浓度的部分水解聚丙烯酰胺与柠檬酸铝反应所形成的交联聚合物溶液的剪切稳定性及降解机理.结果表明,随着剪切速率的增加,交联聚合物溶液对孔径为1.2μm的核孔膜的封堵能力降低,但仍能对孔径为0.4μm的核孔膜形成有效封堵.交联聚合物溶液受剪切作用后封堵性能下降的原因是体系中的交联聚合物线团粒径和部分水解聚丙烯酰胺分子线团粒径受剪切作用后变小,不能对核孔膜形成有效封堵.     

海上油田早期注聚聚合物溶液粘弹性分析及地层流变参数计算方法

海上油田井距大、井网不够完善,且平台寿命有限,开展注聚时一般单井注入量相对较大,注入浓度较高,所使用的聚合物分子量较大,因此聚合物溶液在地下的流动行为可能会出现粘弹性效应.基于此,分析了海上油田聚合物驱过程中粘弹性效应影响区域,提出了表征聚合物溶液粘弹性作用范围的临界半径的概念,并且从理论上分析了临界半径随注入强度、松弛时间、幂律指数等参数的变化规律.结果表明,松弛时间越长,临界半径越大;注入强度越大,临界半径也越大;随着幂律指数的增加,临界半径呈现先增大后减小的变化规律.基于粘弹性渗流理论,得到了考虑聚合物溶液粘弹性效应的井底压力差随时间变化的理论关系,据此提出了考虑聚合物溶液粘弹性效应的地层流变参数计算方法.     

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。     

机械剪切对缔合聚合物溶液结构的影响

由于缔合聚合物在水溶液中黏度形成机理与水解聚丙烯酰胺不同,为了研究缔合聚合物驱油剂在配注过程中由于机械剪切作用发生的黏度损失,结合动态激光散射法、芘探针荧光光谱法、原子力显微镜观测等分析方法,研究机械剪切对缔合聚合物溶液的影响规律。研究结果表明,缔合聚合物溶液在受到机械剪切作用初期,黏度、黏均分子量、水化粒子体积均有明显损失;溶液中缔合微区数量随着剪切作用时间的增加而降低;剪切后放置24 h可使缔合微区数量有少量恢复,但无法恢复到到剪切前水平;缔合聚合物溶液剪切前后均存在网络结构,剪切后粒子体积和粒子间联系部分尺寸都有明显减小。因此剪切作用不仅使缔合聚合物分子结构破坏,也破坏了溶液中的缔合结构,并且缔合结构难以恢复,最终造成了溶液黏度的降低。     

聚合物驱后利用微生物进一步提高采收率的可行性

大庆油田聚合物驱工业化推广应用取得了显的经济效果,比水驱提高采收率10％(OOIP)以上。目前年产油量已突破千万吨,成为油田可持续发展的重大技术措施。尽管如此,聚合物驱后油层中仍剩有50％左右的原油未被采出,如何开采这部分剩余油是油田开发面临的主要问题之一。为此,针对大庆油田聚合物驱后油藏的物化环境,筛选出了以聚合物和原油为营养源的菌种,并对其性能进行了系统的评价。物理模拟驱油实验结果表明,聚合物驱后单独微生物驱可提高采收率5％,微生物与化学驱结合可提高采收率16％。     

无碱二元体系的黏弹性和界面张力对水驱残余油的作用

三元复合驱含碱驱油体系会大幅度降低聚合物溶液的黏弹性,引起地层粘土分散和运移、形成碱垢及导致地层渗透率下降。为此提出利用不加碱可形成超低界面张力的聚合物/甜菜碱表面活性剂二元复合体系驱油。通过流变性实验及微观模型驱油实验,分析了表面活性剂对聚合物表面活性剂二元复合体系黏弹性的影响和聚合物表面活性剂二元复合体系的黏弹性及界面张力对采收率的影响。对聚合物表面活性剂二元复合体系提高水驱后残余油采收率机理的研究表明:在驱替水驱后残余油过程中,聚合物表面活性剂二元复合体系利用了聚合物溶液的黏弹特性和表面活性剂的超低张力界面特性,水驱后残余油以油丝和乳状液形式被携带和运移,随着二元驱油体系的黏弹性的增加和界面张力的降低,水驱后二元驱后的采收率增加,降低界面张力的驱油效果(指达到超低)比提高体系的黏弹性的效果更明显。     

聚合物驱用复合离子调剖剂HN-3性能研究

为了抑制聚合物驱过程中聚合物的窜流,研制了一种用于河南油田聚合物驱技术的复合离子调剖剂HN-3(由400~800 mg/L复合离子聚合物ZN930和40~80 mg/L有机铬交联剂DT862组成),考察了ZN930与聚合物驱用聚合物的配伍性和成胶性差异,研究了ZN930浓度、DT862浓度和剪切等因素对成胶性能的影响,以及HN-3在多孔介质中的注入性和封堵性。结果表明,ZN930与聚合物驱单元用聚合物配伍性好,混合后油藏温度下(50℃)放置90 d未发生分层或沉淀,且老化后的黏度略高于混合初始黏度;同等聚合物浓度下成胶性能优于相当或略高相对分子质量的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM);油藏条件下浓度为400~800 mg/L的ZN930和40~80 mg/L的DT862复配能形成性能良好的凝胶并在180 d以上不破胶,说明调剖剂成胶后具有良好的稳定性;随着注入速率的增加,交联体系初始黏度和成胶黏度均有不同程度的下降,且成胶时间有所延长;当注入速率达1200 m L/h时,剪切后的体系几乎不能成胶,故在现场应用中应尽量控制地面设备对交联体系的剪切。与相同浓度(1000 mg/L)的聚合物3630S、MO-4000、1285溶液相比,在相同注入速率下HN-3具有良好的注入性,且在多孔介质中封堵效率大于90%,成胶黏度40~1500 m Pa·s可控。