一种新型疏水缔合交联聚合物微球的合成与表征

以平平加O-10和对氯甲基苯乙烯为原料,通过醚化反应合成出一种具有疏水效应的大单体,并对产物结构进行红外表征,由羟值测定法计算产率达到90%。采用反相微乳液聚合方法合成疏水缔合水溶性聚合物微球,并对所合成的微球进行性能评价。结果发现:疏水缔合交联聚合物微球溶液具有较好的封堵性,耐盐性和抗剪切性的特点;在岩心驱替试验中,复合体系所提高采收率为20.54%,远远超过单独使用AP-P4溶液的8.2%。

交联聚合物微球/疏水缔合聚合物复合体系在模拟孔喉中的渗流

由于石油采收率的提高难度增加,使得驱油机理的研究迫在眉睫。本文根据黏浓关系、黏度随剪切时间的变化,通过环境扫描电镜实验及毛细管封堵实验,观察疏水缔合聚合物与微球复合体系的微观状态、性质和封堵机理。结果发现疏水缔合聚合物与微球具有良好的协同增黏效应,剪切后不易发生色谱分离现象;对于一定管径的毛细管,需要选择合适的微球浓度、粒径和流速,才能避免将孔隙堵死,达到较好的封堵效果;合适尺寸的微球能够强化疏水缔合聚合物的封堵效果。

疏水性交联聚合物微球与AP-P4的复合性能

考虑海上稠油油藏严重非均质性和海上平台寿命短、大井距开采的情况,也为解决疏水缔合聚合物在长时间高温、高盐度和高剪切条件下分子间疏水缔合比例降低问题,选择疏水性交联聚合物微球与疏水缔合聚合物进行复合.通过黏浓性质、抗剪切性能、填砂管封堵实验和人造岩心驱油实验,发现复合体系中微球能够与聚合物发生疏水缔合作用,改善聚合物在高温下的流变性能和抗剪切性能;且复合体系兼具交联聚合物微球的深部调剖和聚合物的增黏驱油性能,封堵性能和驱油效果均优于单纯聚合物驱.由于微球和AP-P4之间的疏水缔合作用使两者具有较好的复合效果,为改善聚合物驱提供新方法,为研究微观机理和指导聚合物驱奠定基础.

聚苯乙烯微球对疏水缔合聚合物溶液流变性能的影响

为揭示疏水微球对疏水缔合聚合物流变性能的影响规律,以苯乙烯为单体,通过自由基共聚制得单分散的聚苯乙烯微球(PSM),并与疏水缔合聚合物(HAP)配成溶液。用环境扫描电子显微镜研究了PSM对HAP溶液微观结构的影响,用旋转黏度计和流变仪等考察了PSM/HAP溶液的表观黏度、剪切稀释行为和黏弹性。结果表明,PSM呈球状,粒径约1μm,且分布较窄;HAP加量超过其临界缔合浓度(2 g/L)时,HAP在水溶液中形成网状结构的主要方式为链间缔合。PSM加入HAP溶液后,PSM散布在较粗的HAP链束表面,且PSM团聚程度随PSM浓度增大而快速上升。PSM可适当提高HAP溶液的表观黏度和抗剪切性能,并改善其黏弹性。当HAP网状结构处于"破坏-恢复"的动态平衡时,PSM可作为物理交联点与HAP疏水基团作用,对网状结构的恢复有利。

分散聚合法AM/SSS/SMA疏水缔合聚合物微球的研究

以偶氮二异丁腈为引发剂,乙醇/N,N-二甲基甲酰胺为分散介质,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂,将丙烯酰胺、甲基丙烯酸十八酯和苯乙烯磺酸钠进行分散聚合制备了AM/SSS/SMA疏水缔合聚合物微球,考察了乙醇/N,N-二甲基甲酰胺体积比、引发剂用量、PVP用量和甲基丙烯酸十八酯含量对疏水缔合聚合物微球粒径的影响。结果表明疏水缔合聚合物微球粒径可调,在本实验条件范围内粒径为1.5～7.8μm,具有较好的分散性。FTIR谱图初步证实疏水缔合聚合物的结构,TGA表明疏水缔合聚合物起始分解温度为275℃,耐热性较好。

水溶性交联聚合物微球的制备及性能

采用反相微乳液聚合制备水溶性交联聚合物微球。交联比为0 1%、0 5%、1 0%时,微球平均粒径分别为74 9、151 8、214 9nm。水化时间由0增至144h时,微球平均粒径由106 7nm增大到189 5nm。盐质量分数由0增至0 5%时,微球平均粒径由202 7nm减小到93 5nm。微孔滤膜封堵性能随水化时间无明显变化,随盐质量分数的增加而明显降低。岩心封堵实验表明,交联聚合物微球对气测渗透率为3 058μm2的岩心的流动阻力可达120kPa。

交联聚合物微球分散体系封堵性能

用低压差核孔膜过滤实验、动态光散射实验和填充砂管实验对交联聚合物微球分散体系的封堵性能及其影响因素进行了研究。结果表明:交联聚合物微球分散体系可以对1.2μm的核孔膜形成有效封堵,而聚丙烯酰胺溶液(HPAM)基本不对核孔膜产生封堵;随着水化时间的增加,微球分散体系通过1.2μm核孔膜的过滤速率逐渐减小,对核孔膜的封堵程度逐渐增强,15 d时封堵性能最好;随着NaC l质量分数的升高,微球分散体系的粒径逐渐减小,封堵性能也逐渐减弱;随着微球质量分数的增大,微球分散体系对1.2μm核孔膜形成的封堵性能增强;随着水化温度的升高,微球分散体系的溶胀速度加快,封堵能力减弱;交联聚合物微球分散体系能够进入填充砂管中深部,具有较好的深部运移能力和封堵能力。

交联聚合物微球的制备及岩心封堵性能研究

通过反相微乳液聚合,得到一系列交联聚合物微球,利用岩心驱替等方法对孤岛污水配制的交联聚合物微球体系的封堵能力进行了研究,考察了岩心渗透率和聚合物浓度对封堵性能的影响,并利用不同浓度聚合物进行了岩心驱油实验。实验结果表明:所合成的交联聚合物微球能够溶于油田污水,不会出现絮凝现象;该交联聚合物微球可以进入岩心内部吸附、滞留、聚集并形成封堵;岩心驱油效果显示污水配置的交联聚合物溶液能够较好地提高采收率,可将模拟油的采收率提高14%～15%,不同浓度溶液对采收率大小没有影响,但浓度大时驱油速度会提高。

交联聚合物微球体系水化性能分析

采用动态光散射法(DLS)、微孔滤膜过滤法和岩心封堵实验法研究了交联聚合物微球体系水化后的粒径变化、封堵性能和压缩变形性能。所研究的交联聚合物微球是一种预交联聚合物颗粒,由丙烯酰胺、丙烯酸及交联单体通过反相微乳液聚合制成,经过破乳、沉淀分离及萃取精制提纯。实验结果表明,聚合物浓度为200 mg/kg、氯化钠浓度为5000 mg/kg的交联聚合物微球体系,40℃下的水化时间由3天增至15天时,微球的水化动力学直径(Dh)由244.3 nm增至278.4 nm,15天时粒径达到最大值,此后随着水化时间的继续延长,微球Dh逐渐变小;聚合物浓度为200 mg/kg、NaCl浓度由0 mg/kg增至10000 mg/kg时,交联聚合物微球Dh由2090 nm减至229.6nm,但随着NaCl浓度的继续增加,Dh却逐渐增大。微孔滤膜实验表明,交联聚合物微球体系可对0.4μm的核孔膜形成有效封堵,但是长时间水化后的交联聚合物微球封堵性能降低。岩心封堵实验进一步说明水化后的微球具有很好的变形性和注入性。图3表1参6。

交联聚合物微球-聚合物复合调驱注入参数优化设计

针对渤海S油田聚合物驱后吸水剖面改善不明显、油井含水无明显下降等现象,采用交联聚合物微球-聚合物复合调驱技术进行物理模拟实验,研究复合体系组成、驱替速度、注入量等对驱油效果的影响,并优化了复合体系注入参数。研究表明,在复合体系总浓度为1750 mg/L的前提下,体系中交联聚合物微球的浓度越大,采收率提高幅度越大,交联聚合物微球浓度在400-100 mg/L、缔合型聚合物浓度在1350-1650 mg/L范围内,都能取得较好的增油效果;交联聚合物微球-聚合物复合体系驱较单纯聚合物驱可以提高采收率8%-11%。复合体系驱替速度在3.5 m/d左右、注入量为530 mg/L·PV左右时,交联聚合物微球-聚合物复合调驱体系能较好地改善聚合物驱效果。

高温高盐油藏低化学交联疏水缔合聚合物成胶前溶液性能研究

针对高温高盐、低渗透油藏条件下凝胶强度、长期稳定性和大剂量注入能力之间的矛盾,提出了采用疏水缔合聚合物为主剂,物理"交联"和化学交联相结合的技术思路。提出了高温高盐、低渗透油藏条件下凝胶成胶前溶液应具备的性能要求,并且针对新疆石南4油藏条件,对以疏水缔合聚合物AP-P4为主剂的成胶前溶液进行了性能评价,试验表明,该溶液具有耐温抗盐、抗剪切、抗地层水冲稀、注入压力低的特点。

交联聚合物微球体系性质研究

采用微孔滤膜过滤实验、乌氏粘度计及动态光散射,研究了交联聚合物微球体系(在油田)的封堵性能、粘度及交联聚合物微球体系的线团大小。结果表明,交联聚合物微球可以对1.2μm的纤维素膜形成有效封堵,但长时间溶胀后的微球封堵性降低。微球体系的粘度比较低,其粘度随溶胀时间变化较小。动态光散射法测得交联聚合物微球的粒径随溶胀时间增加而变大。

交联聚合物微球水化粒径影响因素的分析

采用SEM和动态光散射实验对交联聚合物微球(简称微球)水化粒径及其影响因素进行了分析。实验结果表明,微球初始形态为球形,粒径约为50nm,40℃下水化15d后微球粒径溶胀到300nm;水化时间由1d增至15d时,微球水化后的流体力学直径(Dh)由397.2nm增至最大值487.7nm;微球水化后的粒径随分散体系中微球含量的增加而增大;随水化温度的升高,分散体系中微球的Dh达到最大值的时间缩短;在实验范围内,交联比为1/10000的微球粒径最小,溶胀倍数最大,溶胀程度较高。

交联聚合物微球-聚合物在水溶液中的复合

针对交联聚合物微球-聚合物复合体系调驱技术,开展了交联聚合物微球-聚合物复合体系的溶液性能及其在溶液中结构形态的研究。研究中依据微观结构形态决定宏观溶液性质的原理,通过环境扫描电镜观察交联聚合物微球和疏水缔合聚合物(AP-P4)/非疏水缔合聚合物(SNF3640D)在溶液中的微观复合形态,并测定了交联聚合物微球-疏水缔合聚合物(AP-P4)/非疏水缔合聚合物(SNF3640D)复合体系的黏浓性质和剪切恢复能力,两种实验方法的结果相互印证,说明了疏水缔合聚合物(AP-P4)与交联聚合物微球之间存在着良好的协同作用,为进一步探讨二者的复合机理奠定了基础。

交联聚合物微球分散体系的流变性

用HAAKE RS600型流变仪研究了交联聚合物微球分散体系的流变性及其时间效应。结果表明,质量浓度为100mg/L的交联聚合物微球在40℃下恒温溶胀10d时,其流变性与相同条件下低浓度部分水解聚丙烯酰胺溶液的流变性不同。交联聚合物微球分散体系在中等剪切速率(335～1380s-1)时表现为胀流性,在低剪切速率(60～335s-1)时表现为假塑性,在高剪切速率(1380～1600s-1)时表现为近似牛顿性。而相应的部分水解聚丙烯酰胺溶液只表现为轻微的假塑性。交联聚合物微球分散体系具有时间效应,表现为负触变性(震凝性),而部分水解聚丙烯酰胺溶液的流变性没有时间效应。

聚合物微球-缔合聚合物复合体系的封堵性能研究

针对海上稠油油藏地质特征及提高采收率的具体要求,选择聚合物微球与缔合聚合物进行复配,通过填砂管封堵实验和人造岩心驱油实验,发现复合体系兼具深部调剖和增黏驱油的性能,封堵性能、液流改向能力和驱油效果均优于单纯聚合物溶液。说明微球和缔合聚合物之间产生较好协同作用,为改善聚合物驱效果提供了新的方法。

反相悬浮聚合法制备交联聚合物微球改善聚合物驱的效果

针对海上油田非均质性较强的特点,为了强化聚合物驱在海上油田的应用,以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)为单体,采用反相悬浮聚合法制备了交联聚合物微球,研究了该交联聚合物微球分散体系的微球形态、封堵性能,并将其与聚合物HAP复配进行驱油实验。研究结果表明:所合成的交联聚合物微球在模拟水中溶胀10 d后尺寸在27～37μm左右,该微球具有很好的封堵效果,向尺寸Ф2.5 cm×60 cm、水测渗透率1.064μm^2的填砂管中注入3 PV熟化10 d的质量分数0.04%的交联聚合物微球后,前端压力从7.9 k Pa增至190 k Pa,中后端的压力也有不同程度的上升。并联岩心驱油实验表明,注入聚合物(0.145%HAP)/交联聚合物微球(0.03%)复配体系后有20%流体转入低渗透岩心,复配体系的提高原油采收率效果比单纯的聚合物驱(0.175%HAP)高10%以上。非均质岩心驱油实验结果也表明复配体系提高采收率比单纯聚合物驱的高6%。交联聚合物微球能够较好地改善聚合物驱的效果。

疏水缔合聚合物在石英砂表面的吸附--疏水基含量和微嵌段长度对吸附的影响

研究了不同分子结构的疏水缔合聚合物和部分水解聚丙烯酰胺在45、55和65℃下的静态吸附特征。实验结果表明,疏水缔合聚合物的疏水基含量和微嵌段长度可以改变聚合物在石英砂表面的最大吸附量,而其中疏水基含量是主要影响因素,等温吸附曲线出现2个平台区。随着温度的升高,部分水解聚丙烯酰胺吸附量增大,而缔合聚合物则表现出相反的规律;缔合聚合物通过改变疏水基含量和微嵌段长度来影响其吸附性能。

一种交联聚合物微球的合成及性能评价

以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸、丙烯酸为单体,以N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,以Span80和OP-10为复合乳化剂,煤油为介质,采用反相乳液聚合法合成了一种丙烯酰胺类交联聚合物微球。讨论了引发剂用量、交联剂用量、反应温度、pH值等因素对微球吸水性能的影响,获得的聚合物微球最佳制备条件为:反应温度45℃,pH值为7,引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠单体质量分数为0.2%,交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺单体质量分数为0.1%。利用显微镜和激光粒度仪对所制备的微球进行了表征,考查了不同质量浓度盐溶液对聚合物微球吸水性能的影响。结果表明:交联聚合物微球球形完整,平均粒径约20μm;随着盐溶液质量分数的增大聚合物微球吸水倍率减小,在不同的盐溶液中微球吸水降低程度不同,二价盐的影响较一价盐降低更显著。微球在清水中浸泡72 h的吸水倍率为60,而在1%的NaCl、CaCl2和MgCl2水溶液中浸泡72 h的吸水倍率分别为50、23和23,该聚合物微球具有一定的耐盐性。

交联聚合物微球体系封堵特性影响因素研究

采用微孔滤膜过滤实验,研究了交联聚合物微球体系封堵特性的影响因素。结果表明,交联聚合物微球A可以对1.2μm的纤维素膜形成有效封堵。溶胀时间的延长,交联聚合物微球封堵能力下降。温度升高,交联聚合物微球封堵能力下降。交联比小的交联聚合物微球封堵能力增强。