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。

四元两性疏水聚合物溶液流变和减阻性能

为丰富和发展聚合物减阻体系,以丙烯酰胺(AM)、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)、十六炕基二甲基烯丙基氯化铵(CDAAC)为单体合成出一种四元两性疏水缔合聚合物(PAADC),研究了其溶液的流变和减阻性能考察了不同浓度该聚合物溶液的流变特性,讨论了该聚合物体系的摩擦阻力系数和减阻率随广义雷诺数的变化关系,并对比了PAADC与AM/AMPS/DMAM形成的三元水溶性聚合物(队AD)的流变学和减阻效果。结果表明,聚合物体系具有良好的剪切稀释性,相同浓度PAADC溶液的触变性明显大于PAAD溶液;浓度为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%的PAADC体系,最大减阻率分别为32.29%、62.32%、69.52%和67.35%,证明队ADC溶液浓度显著影响溶液的减阻性能,其中0.3%PAADC体系的减阻效果较优。

聚甜菜碱型疏水聚合物的合成及性能评价

以苯甲酰氯、丙烯酸、N,N-二甲基-1,3-丙二胺和氯乙酸为主要原料,合成了一种甜菜碱型功能单体丙烯酰胺丙基甜菜碱。丙烯酰胺丙基甜菜碱单体、丙烯酰胺、疏水单体进行三元共聚,得到聚甜菜碱型疏水聚合物,对聚合物溶液的抗盐性能进行了评价。结果表明,新型聚甜菜碱型疏水聚合物溶液具有优良的盐增稠性能。

疏水聚合物压裂液稠化剂PDAM-16的合成与评价

以二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺(DMAPMA)和溴代十六烷为原料,合成了一种季铵盐阳离子疏水单体DA-16。并以DA-16、丙烯酰胺(AM)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为单体,在水溶液中进行自由基聚合得到三元共聚物PDAM-16,用FTIR表征了其结构,考察了单体配比、反应温度、时间及引发剂浓度等条件对聚合反应的影响。评价了PDAM-16的溶液性质和交联性能,结果表明:PDAM-16溶液的临界缔合浓度为0.5 g/d L,具有优异的抗温、抗盐、抗剪切性;合适的交联条件为:交联剂用量为0.1%,交联温度70℃,PDAM-16用量0.6%,在此条件下,交联后最高黏度可达313m Pa·s。以交联后的PDAM-16作为压裂液稠化剂,其性能评价表明:该体系耐温达123℃,抗剪切性好,具有良好的悬砂、破胶性能,便于返排,与常规胍胶压裂液相比,降低了液体对地层的伤害。

脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠辅助测定疏水聚合物特性黏数

通过用毛细管法测定脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠(AEC-9Na)对疏水缔合聚合物AP-P4在特性黏数的影响,当AEC-9Na的体积分数>40%时,能够准确测定不同质量浓度AP-P4的特性黏数,其特性黏数为1 000mL/g,说明体积分数为40%AEC-9Na可以屏蔽疏水基团的相互作用。用紫外法和荧光法测定AEC-9Na存在下的AP-P4吸光度,结果表明:随着AEC-9Na的体积分数不断增加,AP-P4紫外吸光度和荧光吸光度逐渐减小,体积分数>40%后,紫外和荧光吸光度基本保持不变。表明AEC-9Na可以屏蔽疏水基团的相互作用,从而可以测定疏水缔合聚合物的特性黏数。

一种具有超长侧链的疏水缔合型聚合物的合成及减阻性能评价

采用曲拉通和丙烯酰氯醇解合成一种水溶性可聚合单体,仅使用水作为溶剂合成一种具有超长侧链的疏水缔合型聚丙烯酰胺(HAPAM)作为减阻剂,通过分子动力学模拟方法对比了聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺和合成的具有超长侧链的HAPAM与水的相互作用,并分别以去离子水和盐水配液改变HAPAM含量,测量不同HAPAM含量的滑溜水在不同流速下的摩阻,并计算相应的减阻率。实验结果表明,具有超长侧链的HAPAM与水的相互作用最强;减阻率随流速的增加而增大,HAPAM含量越高,减阻率达到70%所需的流速越高,减阻率最高可达80%以上;盐对滑溜水的减阻率和黏度有显著负面影响,需提高HAPAM含量才能获得理想的减阻率;SEM表征结果显示,HAPAM在清水和盐水中的分布形态均为网状结构。

疏水缔合聚合物乳化性能及分相特征

配制了不同的疏水缔合聚合物(HAP),分析了HAP含量、疏水单体含量和油相含量对于聚合物乳化性能的影响,探讨了连续相中疏水缔合结构与油滴的相互作用规律。实验结果表明,HAP乳化时,油滴与连续相中的缔合结构相互作用,形成新的分子链间网络节点,构成了新的三维网络结构,使乳状液增黏。HAP的乳化增黏幅度由连续相与分散相的性质共同决定,其中,HP-1乳状液表观黏度最高增幅为36%。随着HAP中疏水单体含量的增加,乳化增黏幅度逐渐上升;HAP含量一定时,随油相含量增大,HAP乳状液乳化增黏幅度先增大后稳定、稳定性增强,但富集相体积存在最大值。HAP乳化性能及分相特征取决于连续相中的疏水缔合结构与油滴相互作用。

疏水缔合聚合物强化泡沫室内实验研究

多轮次吞吐稠油储层非均质性加剧,传统氮气泡沫封堵强度难以满足油藏调剖需求。利用疏水缔合聚合物PDR-1对氮气泡沫进行强化,研究了疏水缔合聚合物强化泡沫的机理,评价了强化泡沫的稳泡定性、封堵强度、改善非均质性能和驱油性能。实验结果表明,PDR-1能够与高温起泡剂FCY-2形成混合胶束,具有向气液界面聚集的趋势,同时利用缔合作用大幅提高泡沫液相和气液界面的黏弹性,从而延长了强化泡沫析液半衰期;强化泡沫能够有效封堵大孔道、改善非均质,提高驱油效果,100℃时阻力因子为466.2,综合驱油效率提高29.43百分点;温度越高,PDR-1提升泡沫性能的幅度越小。疏水缔合聚合物强化泡沫体系的研究可为稠油开发的提质增效提供技术支撑。

阳离子型疏水缔合聚合物的合成与性能评价

以十八胺、环氧氯丙烷、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯为原料,通过开环、季铵化两步反应合成一种新型阳离子疏水单体N,N-二甲基-N-甲基丙烯酰氧乙基-N-2-羟基-1-十八胺基丙基氯化铵(DMHOAC),再与丙烯酰胺通过胶束聚合合成阳离子型疏水缔合聚合物(CHAP)。采用FTIR,1H NMR等方法对DMHOAC和CHAP的结构进行表征,并对CHAP的性能进行测定。实验结果表明,CHAP的临界缔合浓度为0.32%(w),Mη可达755.62×104,特性黏度约为1511.32 dL/g;CHAP具有较强的耐盐性,NaCl含量达到80000 mg/L时,CHAP-NaCl体系黏度保留率可达60%,CaCl2含量达到5000 mg/L时,CHAP-CaCl2体系黏度保留率可达10%左右;CHAP的耐温性强,当温度达到90℃时,溶液表观黏度稳定在106.5 mPa·s;CHAP溶液悬砂性能优异;仅用0.05%(w)的破胶剂,CHAP就可达到破胶液标准,且破胶液无残渣。

疏水缔合聚合物高效溶解方法研究进展

疏水缔合聚合物在提高采收率领域中展现出巨大应用潜力,但其疏水基团结构特征使溶解性成为关注焦点。综述了近年来疏水缔合聚合物高效溶解的研究进展,分析了面临的挑战及未来的发展方向。重点介绍了添加化学试剂屏蔽疏水基团的缔合作用,采用筛网切割和胶体研磨等方式增加水与聚合物颗粒的接触面积,以及通过改变聚合物自身溶解性、提高溶液质量浓度或温度、优化搅拌器类型及搅拌方式以增大体系熵变等方法加速疏水缔合聚合物的溶解。化学方法虽然能够快速溶解疏水缔合聚合物且不损害其性能,但其使用成本和环境影响仍需考量。而物理方法尽管经济有效,但可能导致溶液的机械降解和热降解,进而影响增黏性能和驱油效果,同时还需要解决机械设备的运输、能耗以及空间限制问题。因此,研发新型环保溶剂和优化工艺设备对于实现疏水缔合聚合物高效溶解具有重要意义。此外,综合考虑多种高效溶解方法的协同作用,依据实际应用情况进行调整,以期扩大疏水缔合聚合物的规模应用。

增溶改性疏水缔合聚合物的溶解机理及性能

目的疏水缔合聚合物的溶解性制约了在油气开采领域的应用。为了满足油气开采的需要和实现低成本化,研制了疏水缔合聚合物APO,并通过主客体包合技术实现聚合物的增溶改性。方法通过对聚合物结构的设计,提升聚合物的性能,以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和疏水单体十八烷基聚氧乙烯甲基丙烯酸酯(OEMA)为原料,采用自由基水溶液聚合的方法,合成了疏水缔合聚合物APO,再利用β-环糊精独特的空腔结构进行主客体包合作用来提高其溶解性能。结果25℃下,β-环糊精与聚合物APO的物质的量比为2∶1时,溶解时间由85 min缩短至45 min,聚合物APO在一价及二价盐水中粒径分别降低19.59%和11.50%。结论该聚合物具有好的耐盐性能,β-环糊精能促进聚合物APO的溶解性,减少聚合物用量,实现油气开采的低成本化。

疏水缔合聚合物压裂液的制备及性能评价

随着非常规油气资源开发的迅速发展,水力压裂技术的压裂液性能成为提高油气产量的关键因素。通过合成阳离子型疏水缔合聚合物PDAH,并将其应用于压裂液体系中,系统评价了其在不同条件下的黏弹性、携砂性和静态滤失性能。研究结果表明,新压裂液体系在室温下剪切速率为0.1s^(-1)时黏度达到503 mPa·s,而在100℃、剪切速率为1 000 s^(-1)时黏度仍保持在262 mPa·s,显示出良好的黏弹性能。携砂性实验表明,该体系在低流速条件下能有效携带和分布支撑剂。静态滤失性实验结果显示,30 min内滤失量稳定在18.7 mL,形成的滤饼厚度约为2.1 mm,表明该压裂液体系具有优秀的滤失控制能力。成本效益分析表明,随着压裂液成本增加,油气产量提升,但成本效益比逐渐降低,需要平衡成本和效益以实现最佳组合。该研究为非常规油气藏水力压裂技术提供了新型压裂液体系,具有重要的研究意义和应用价值。

井地过渡带对聚合物驱油剂性能影响研究

利用井地过渡带剪切模拟实验装置,以疏水缔合聚合物AP-P4为研究对象,研究不同吸水强度条件下,剪切后聚合物溶液的表观黏度、流变性、阻力和残余阻力系数、微观结构以及水动力学半径的变化情况。结果表明,经井地过渡带剪切后,随着吸水强度的增大,聚合物AP-P4溶液的黏度损失率高达61.4%,建立阻力系数和残余阻力系数的能力降低40.0%以上,但其建立残余阻力系数能力的降低幅度要比建立阻力系数能力的降低幅度小。聚合物溶液的储能模量和损耗模量降低,微观结构被破坏的越严重,水动力学半径越小。

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。

疏水缔合聚合物临界缔合浓度研究

认为水溶性疏水缔合聚合物在水溶液中的疏水缔合可分为两个阶段 ,聚合物浓度大于第一临界缔合浓度(CAC1)后发生分子内和分子间缔合 ,粘浓曲线斜率增大 ,在第二临界缔合浓度 (CAC2 )下分子内缔合 (引起粘度下降 )达到平衡 ,此后缔合主要发生在分子间 ,粘浓曲线斜率再次增大。由粘浓曲线测定了 3种商品聚合物的CAC1和CAC2 ,考察了多种因素的影响。CAC1和CAC2 随 pH值的增大 (4 .8～ 8.2 )近似地呈线性降低 ,随矿化度增大(1.0～ 10 0 g/L)趋于升高 ,随温度升高 (2 0～ 5 0℃ )略有升高 ,随剪切速率增大 (32～ 10 3s-1)保持不变。在聚合物S3(M =1.2 8× 10 7,HD =2 9.3% )溶液中加入 6 .0 g/L重烷苯磺酸钠 (该加量处于与溶液增粘峰对应的浓度范围 ) ,使CAC1和CAC2 由 970和 2 14 0mg/L降至 5 6 7和 110 0mg/L。讨论了矿化度、外加阴离子表面活性剂等对疏水缔合的影响。图 2表 2参 11。

疏水缔合聚合物溶液的渗流特性

针对渤海某高渗透油藏,单纯依靠聚合物溶液粘度对大孔道中的驱替进行流度控制具有较大难度。对疏水缔合聚合物溶液在高渗透多孔介质中的渗流特性的研究发现:随着疏水基摩尔分数的增加,梳型疏水缔合聚合物的溶液结构增强,在高渗透多孔介质中的阻力系数先增加后降低,但降低的幅度小,而残余阻力系数则一直增加;当疏水基摩尔分数相同时,星型比梳型疏水缔合聚合物的溶液结构强,在高渗透多孔介质中的阻力系数和残余阻力系数较高,星型疏水缔合聚合物能够更有效地改善流度比,降低水相渗透率。实验结果表明,疏水缔合聚合物的溶液结构能够提高聚合物溶液在高渗透多孔介质中的流度控制能力。

NaCl对疏水缔合聚合物溶液性质的影响研究

研究了NaCl对疏水缔合聚合物溶液性质的影响。结果表明,所合成的疏水缔合聚合物的特性粘数随NaCl浓度的增加而降低,其表观粘度则先降低后增加,继续增加NaCl浓度,溶液粘度降低,但仍保持很高的粘度。环境扫描电镜(ESEM)研究表明,疏水缔合聚合物在去离子水体系中会形成网状结构,而在NaCl浓度为5g·L-1的溶液中,ESEM照片显示疏水缔合聚合物的结构为致密的树枝状结构,且存在一临界缔合浓度。

剪切作用对疏水缔合聚合物溶液分子聚集行为的影响

为了研究多孔介质的剪切作用对聚合物溶液结构和性能的影响,采用荧光探针法,对经多孔介质剪切的疏水缔合聚合物溶液分子聚集行为进行了研究。结果表明,多孔介质剪切作用对疏水缔合聚合物溶液分子的聚集行为有着显著的影响。经过多孔介质剪切后,疏水缔合聚合物溶液的发射峰值、激基缔合峰值明显增大,第3发射峰与第1发射峰的比值增加,激基缔合峰和发射光谱中单体发射峰的最大比值明显增加;P6溶液聚集数由剪切前的143.69增加到剪切后的191.59,P9溶液聚集数由剪切前的287.39增加到剪切后的574.77,表明多孔介质剪切作用增强了聚合物分子在溶液中的缔合作用。因此,可利用外界条件的作用,增强疏水缔合聚合物溶液中的缔合作用,使聚合物溶液中形成布满溶液的网络结构,为实现在高渗透多孔介质中建立流动阻力和降低水相渗透率提供技术思路。

疏水缔合聚合物驱油能力的三种重要影响因素

根据三次采油的特点,研究了表面活性剂与疏水缔合聚合物(HAP)的相互作用以及HAP的吸附和临界缔合浓度对HAP驱油能力的影响。微量阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和复合型表面活性剂均能使HAP溶液粘度大幅度降低。原油的活性组分可生成上述物质,油田水处理也可能引入微量表面活性剂,所以这些影响因素不可忽略。HAP的结构特征使其在岩石矿物表面的吸附量约为部分水解聚丙烯酰胺的1.7倍。根据HAP的缔合特性要求,其驱油体系的有效浓度须高于缔合浓度,以保证足够的驱油能力。这些不利因素的存在大大增加了HAP增粘体系在油田应用的难度。

疏水缔合聚合物的流度控制能力研究

通过研究具有缔合能力的疏水缔合聚合物和无缔合能力的线性高分子流度控制能力,认识到:在高渗透多孔介质中,高钙、镁矿化度水质条件下,低分子量高缔合力的疏水缔合聚合物溶液的流度控制能力比高分子量无缔合能力的聚合物强;在经过机械剪切和多孔介质剪切后,低分子量高缔合力的疏水缔合聚合物建立的阻力系数与线性高分子相当,但低分子量高缔合力的疏水缔合聚合物建立的残余阻力系数较高,能够较好地实现提高高渗透油藏水驱波及体积的目的。低分子量高缔合力的聚合物溶液在高钙、镁矿化度水质条件下,较强缔合作用形成的溶液结构适合渤海油田大排量、高渗透多孔介质条件下的流度控制。为海上油田聚合物驱的发展提供理论技术支持。