离子组成对中低分子量聚合物抗盐行为的影响

针对长庆侏罗系低渗透高矿化度油藏在化学驱中需要优选与油藏匹配性良好且抗盐性好的中低分子量聚合物的现实问题,较为系统地分析了离子浓度和类型对3种不同中低分子量抗盐聚合物抗盐行为的影响规律。通过黏度、松弛时间、荧光与环境扫描电镜等测试表明,与常规抗盐聚合物SAV55和分子量较低的缔合聚合物EY 131相比,分子量和缔合单体含量较高的缔合聚合物BHXF 850有更好的增黏性,但随着Na^(+)、Ca^(2+)和Mg^(2+)的加入,BHXF 850的黏度保留率、松弛时间、溶液结构数目却是最小的且结构强度也最弱,对溶液微观结构的影响更为显著。同时,一价和二价离子对聚合物的抗盐行为并未产生差异化影响。相关认识可为油藏现场化学驱用中低分子量抗盐聚合物的优选提供参考与借鉴。

用于中低渗油藏的表面活性聚合物驱油剂

以表面活性单体N-十六烷基-N-磺基丙烯酰胺(NS)、丙烯酰胺(AM)为原料,采用水溶液自由基聚合法制备了低相对分子质量的表面活性聚合物(PAS)。利用FTIR对其进行了结构表征,考察了PAS作为驱油剂的增黏、乳化、注入、提高采收率相关性能。在45℃、NaCl矿化度为2410 mg/L条件下,质量浓度为1000 mg/L的PAS溶液表观黏度为32.6 mPa·s,高于相对分子质量为8.0×10^(6)的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM,18.9 mPa·s);在PAS质量浓度为1000 mg/L的条件下,其与原油形成的乳液120 min析水率为5.0%,3次吸附后表观黏度保留率为114.11%,吸附后仍具有较好的乳化性;在渗透率为0.025μm^(2)的岩心中注入平稳压力为1.02 MPa;在岩心渗透率为0.1μm^(2)的条件下,PAS驱能在水驱基础上提高采收率19.02%,比HPAM驱高5.00%,与HPAM-碳酸钠-石油磺酸钠三元体系提高采收率相当,仅低0.58%。

耐温抗盐疏水缔合聚合物的制备与性能评价

传统的聚合物驱油剂难以满足耐温耐盐和长期老化热稳定性的要求。以N-苯乙基-N-十二烷基甲基丙烯酰胺(PEDMAM)为疏水单体、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)为功能单体,与丙烯酰胺(AM)共聚制备了水溶性疏水缔合聚合物PSA,考察了最优单体(AM、AMPS、PEDMAM)质量比为83∶15∶2时共聚物的综合性能。结果表明,与传统的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)相比,三元共聚物PSA具有良好的增黏性能、耐温耐盐性、抗剪切性、老化稳定性及驱油性能。在85℃和32 g/L矿化度(钙镁质量浓度800 mg/L)条件下,1500 mg/L PSA溶液的黏度为16.3 mPa·s;在85℃无氧条件下老化60 d后的黏度保留率>80%。室内岩心驱替实验表明,0.7 PV1500 mg/L PSA可在水驱基础上提高采收率35.05%,比相近黏度的HPAM(3000 mg/L)高12.35百分点,具有明显的驱油优势。图8表3参19.

碱溶性三元疏水缔合聚合物P(AM/AA/BEM)的合成及溶液性能

为了获得耐温抗盐性优良、在弱碱性环境中溶解性良好的疏水缔合聚合物驱油剂,以辛基酚聚氧乙烯醚(OP-10)为乳化剂,丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和二十二烷基聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯(BEM)为原料合成了碱溶性三元共聚物P(AM/AA/BEM),对其合成条件进行了优化,并对其溶液性能进行了研究。结果表明,制备P(AM/AA/BEM)的最佳合成条件为:总单体质量分数20%、AA摩尔分数25%、BEM摩尔分数0.2%、引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐(V50)质量分数0.3%、反应温度45℃、反应时间8 h;P(AM/AA/BEM)增黏性较好,耐温达90℃,抗盐达20 g/L,剪切稀释性良好;P(AM/AA/BEM)与表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)具有较强的相互作用,在1 g/L P(AM/AA/BEM)中加入400 mg/L SDBS,可使聚合物/表面活性剂体系的黏度增大3.3倍。P(AM/AA/BEM)在增黏、耐温、抗盐和剪切稀释性方面均好于部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)。

疏水缔合聚合物与非离子表面活性剂的相互作用

为揭示疏水缔合聚合物(HMPAM)与非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚(TX)间的相互作用规律,通过测量HMPAM/TX二元体系的表观黏度、荧光光谱和流变性研究了HMPAM与环氧乙烷(EO)数不同(4~15)的TX间的相互作用,分析了二者相互作用的变化规律。结果表明,HMPAM/TX二元体系宏观黏度的变化是由混合疏水微区微观结构与数量及体系中空间网络结构的变化引起的。HMPAM与TX系列表面活性剂相互作用的强弱为TX-4>TX-7>TX-10>TX-13≈TX-15,按EO数的不同将其相互作用分为三种:(1)EO数为4~7,以TX-4、TX-7为代表,只表现出协同作用;(2)EO数为8~12,以TX-10为代表,既有协同作用又有"负作用";(3)EO数为13~15,以TX-13、TX-15为代表,只有"负作用"。

疏水缔合聚合物湍流减阻特性影响因素

该文采用自行设计的气驱流体摩阻测试装置,研究了分子量、疏水单体比例和水解度对疏水缔合聚合物(HAWP)湍流减阻特性的影响;并且与ESEM观测不同质量浓度范围的HAWP水溶液的微观结构进行比对,讨论了HAWP的减阻机理。结果表明,当分子量大于1 000×104g/mol时,其减阻率在质量浓度为200 mg/L处和临界缔合质量浓度(CAC)处存在双峰值,对应两种不同的减阻机理;当分子量小于1 000×104g/mol时,仅在CAC处存在单一峰值;分子量越大第一峰值越高,分子量越小第二峰值越高。质量浓度小于CAC时,HAWP疏水单体比例越大,减阻率越小;而随着质量浓度的增大,疏水单体比例越大的,减阻率上升越快;而当质量浓度大于CAC时,则出现疏水单体比例越大减阻率越高的现象。HAWP在实验质量浓度范围内,减阻率均随着水解度的增大而增大。

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 m Pa·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。

疏水基含量和微嵌段长度对缔合聚合物溶液弹性的影响

研究了疏水基含量和微嵌段长度对缔合聚合物,聚(丙烯酰胺-丙烯酸钠-十六烷基二甲基烯丙基氯化铵)[P(AM-NaAA-C16DMAAC)],弹性行为的影响规律。研究结果表明,对于结构类似且具有相近零剪切粘度的缔合聚合物,疏水基含量越高,聚合物分子链间形成稠密网络结构的疏水缔合能力越强,其第一法向应力差N1越大,N1出现拐点处对应剪切速率越小,缔合聚合物溶液弹性越好;并且缔合聚合物溶液的弹性随着疏水微嵌段长度的增加先增加后降低,存在最佳微嵌段长度。因此,可以通过调整分子结构有效改变缔合聚合物溶液的弹性行为。

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。

低渗透油藏驱油用缔合聚合物的合成及其油藏适应性研究

针对长庆油田某区块中温高矿化度低渗透的油藏条件,设计合成了不同十二烷基烯丙基二溴化四甲基乙二铵(TDAD)含量的耐温抗盐型低相对分子质量(720.42×10^4~982.55×10^4)疏水缔合聚合物(HAWSP系列),通过红外光谱确认了聚合物分子结构,在该区块条件下考察了HAWSP系列的溶液性能和应用性能适应性,并在该区块现场开展矿场验证试验。结果表明,与抗盐部分水解聚丙烯酰胺HPAM相比,HAWSP系列具有更优的增黏性和相当的老化稳定性(60 d老化黏度保留率大于85%);在气测渗透率为50×10-3μm2的油藏条件下,缔合聚合物HAWSP-850在兼具良好注入性和传导性时,还能在4倍渗透率极差(低渗为25×10^-3μm^2)的非均质岩心中有更强的波及能力,可多提高采收率3.29个百分点。矿场试验表明,耐温抗盐低相对分子质量缔合聚合物的现场适应性较好,相比常规聚丙烯酰胺驱油体系,具有明显的降压增注提高采收率效果,在低渗油藏化学驱中具有重要的推广意义。

丙烯酰胺类聚合物合成用引发体系研究进展

丙烯酰胺类聚合物合成用新型引发剂是近年提高聚合物分子量研究的热门课题之一,讨论了水溶性偶氮引发剂的聚合性能、特点及应用范围,认为水溶性偶氮引发剂可用于制备高分子量的丙烯酰胺类聚合物及其衍生物,应用前景好;讨论了双官能度引发剂和含胺基功能性单体引发剂对聚合物分子量的影响,认为由过硫酸钾、氨水、尿素、偶氮-(2-脒基丙烷)盐酸盐及功能性单体MP构成的低温新型复合引发体系可制备超高分子量的丙烯酰胺类聚合物。

稠油驱替-流度控制与非均质性调整——缔合聚合物与HPAM对比

稠油油藏化学驱因原油黏度较高和储层非均质性严重,使得驱替液往往通过优势渗流通道而出现早期突破甚至无效循环,最终导致采收率较低,需要研究在低黏度下能够高效建立阻力能力而实现较好流度控制且能显著调整非均质性的驱油剂及体系。在相近黏度下,以部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)为对比,较为系统地研究了缔合聚合物(HAWSP)的阻力系数、均质流度控制能力和非均质性调整能力。相近黏度下,渗透率范围在(300~2000)×10^-3μm^2,缔合聚合物的阻力系数约为300×10^-3μm^2下HPAM所建立的4倍,且缔合聚合物对110.7 mPa·s原油有明显稳定的驱替前缘和更高的提高采收率值;均质条件下,缔合聚合物与HPAM有类似的产聚表现和存聚率,而在非均质下,前者的存聚率(63.4%)显著高于后者(5.2%);4倍渗透率级差下,缔合聚合物在高低渗层中的分流表现出明显的交替移动且能够使后续水驱在较长时间内保持较高的低渗层分流率;5倍渗透率级差下,缔合聚合物能驱替簇状模型中高低渗区域的大部分残余油,且在外围大流道中可观察到“拉丝”和“油路桥接”现象。结果表明:缔合聚合物有显著的流度控制和非均质调整能力,这也从海上油田缔合聚合物驱现场的应用得到证实,因此,缔合聚合物在稠油油藏的开发中具有较大应用潜力。

速溶型低损害疏水缔合聚合物压裂液的研究与应用

常用的胍胶压裂液残渣含量高、对地层损害率大,而大部分粉状聚合物类稠化剂溶解时间较长,无法满足大型压裂连续混配对稠化剂溶解时间的要求。为解决上述问题,以速溶型疏水缔合聚合物GAF-TP为稠化剂、非离子型表面活性剂GAF-2为增效辅剂、GAF-16(季铵盐类)为黏土稳定剂配制了压裂液,优选了压裂液配方,对压裂液的耐温抗剪切能力、岩心损害等性能进行了评价,并在鄂尔多斯盆地某气井进行了现场应用。结果表明,GAF-TP溶解性和增黏能力好于胍胶,溶解时间短,室内常温下的溶解时间为60 s,现场(5℃)溶解时间为1~2min;配方为0.5%GAF-TP+0.3%GAF-2+0.3%GAF-16的压裂液耐温抗剪切性较好,对岩心基质渗透率的损害率和压裂液破胶液对支撑充填层渗透率的损害率均小于10%,对储层的损害小于胍胶压裂液;该压裂液现场施工顺利,压后无阻流量达11.85×10~4m^3/d,返排率达到80%,增产效果显著。

高分子量缔合聚合物与聚丙烯酰胺岩心剪切稳定性对比

研究了高分子量缔合聚合物(HAWSP)和聚丙烯酰胺(HPAM)溶液的岩心剪切黏度及分子量稳定性,考察了注入速度、剪切次数及岩心渗透率对剪切稳定性的影响。实验结果表明,随着注入速度的增加,HAWSP聚合物溶液剪切后黏度呈"先平稳后下降"的两段式特征,而HPAM溶液剪切后黏度则单调下降;HAWSP聚合物经一次剪切后黏度及分子量即趋于稳定,而HPAM则需多次岩心剪切后才趋于稳定;高速岩心剪切时聚合物分子量保留率与岩心渗透率大小密切有关,渗透率越高,分子量保留率越大;在渗透率和注入速度相同时,HAWSP表现出更好的剪切稳定性。

聚合物驱替簇状残余油效果的影响因素

为进一步揭示聚合物微观驱油规律及机理,针对簇状残余油"大孔包围小孔"的孔隙结构,设计了理想化簇状残余油微观驱替可视模型,系统研究了驱替线速度、驱油体系黏弹性、孔隙结构、原油黏度对簇状残余油采收率的影响。结果表明,驱替线速度增加所带来驱替压力的提高是簇状残余油采收率增加的主要原因;驱油体系黏度相同时,弹性越大越有利于残余油驱替;小孔道宽度固定,变径比高于临界变径比时,簇状残余油难以驱替;变径比相同,小孔道宽度低于临界小孔道尺寸时采收率近乎为零;原油黏度增大,簇状残余油采收率迅速减小。模拟油黏度、第一法向应力差、驱替线速度对簇状残余油采收率的影响程度依次由大到小。

不同渗透率及渗透率极差下不同分子缔合聚合物的渗流驱替特征研究

通过建立具有良好孔渗参数重现性和稳定性的长填砂模型,在不同渗透率和渗透率极差下考察了不同疏水基含量缔合聚合物在相近剪切粘度下的渗流特性及驱油效果。结果表明,在0.55~6.93μm^(2)的渗透率范围内,不包含疏水基的DM-0均表现出“等阻”的渗流模式,而缔合聚合物DM-1~DM-3均在一定临界渗透率前后分别表现出“等阻”和“增阻”的渗流模式,且该临界渗透率随疏水基含量增加而明显增大。同时,不同渗透率极差下以“增阻+增阻”模式的组合可获得最好的驱油效果且“增阻”模式越强可适应的渗透率极差越大。通过缔合聚合物不同渗流模式的协同驱油可为非均质油藏显著提高采收率提供重要技术借鉴。

适用于连续混配的耐120℃高温聚合物压裂液

为了解决压裂用聚合物粉剂产品在连续混配施工时排量波动及泵吸困难的问题,选取3种现场用稠化剂(胍胶、LP-1和LP-2低分子聚合物)作为研究对象,研究了聚合物溶液幂律关系、黏弹性及维森伯格爬杆效应等流变性,揭示其内在作用机制,构建了满足抗高温(120℃)的清洁压裂液体系,并进行现场矿场应用。实验结果表明:从幂律关系及溶液黏弹性可知,LP-1为线性分子结构且相对分子质量较高,其弹性及稠度系数较大,溶液维森伯格爬杆效应明显,导致现场泵吸困难,混液不均匀,致使排量波动。基于低爬杆效应的微支化缔合型聚合物LP-2,以“物理+化学”交联原理而构建满足工程应用的清洁压裂体系(配方为:0.3%LP-2+0.3%FA+0.25%GAF-5+0.3%FP-15+0.4%AP-5),该体系的基液黏度为35.5 mPa·s,120℃、170 s^(-1)剪切1 h的黏度为110.3 mPa·s,具有用量少、耐高温(120℃)、低伤害(残渣含量35.2 mg/L、对岩心伤害率为8.46%)、易返排(破胶液表面张力26.89 mN/m、与煤油间的界面张力为1.15 mN/m)等特点。该压裂液体系现场累计施工20余井次,按照设计完成加砂,最高砂浓度为400 kg/m^(3),施工排量平稳,施工成功率100%,为非常规致密油藏开发提供技术支撑。

准饱和盐水基免配缔合交联压裂液的研究及应用

玛湖风城组含有大量可溶性碱盐,特殊储层压后压降快、堵塞井筒严重影响试油。为了验证入井压裂液对储层盐矿溶蚀是否会造成影响,基于风城组储层典型碱盐矿组成特点,模拟不同配液水对储层盐矿溶蚀影响,构建了一套耐温(120℃)、抗高盐(30×10^(4)mg/L)免配聚合物交联压裂液体系,并进行现场试验。结果表明:高盐水较自来水对典型模拟盐的抑溶率达到60%以上;以悬浮基疏水缔合聚合物溶液“链间缠结+缔合作用+盐效应”协同作用实现增稠剂速溶、高效增黏,并与多元络合离子为核心的有机硼锆铝缓交联剂以化学交联原理形成了耐温耐高盐的免配交联压裂液体系,最优配方为1.8%稠化剂GAF-TE+0.4%交联剂JL-3+0.3%增效剂GF15B+0.04%破胶剂APS,在120℃、170 s^(-1)下剪切1 h后的黏度大于100 mPa·s,具有良好的悬砂和携砂能力。现场M井压裂施工3层,成功率为100%,压后顺利完成试油,最高日产油4.4 m~3。采用高盐压裂液体系在抑制储层溶蚀减缓地层压降快具有一定效果。

凝胶水泥堵漏剂的制备与性能

针对大裂缝、孔洞性恶性漏失以及含水层的恶性漏失,为了解决水泥浆堵漏存在水泥浆无法驻留、易被水稀释、胶结强度差、堵漏效果差的问题,以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和疏水单体MJ-16的共聚后水解方式制备了四元高分子凝胶,将凝胶加入水泥浆中形成凝胶水泥浆复合堵漏体系,研究了复合体系的抗水稀释性能、流变性、驻留能力以及抗压强度。结果表明,该凝胶高温下具有良好的流变性能,表现出较好的抗温性能。凝胶与水泥、缓凝剂、消泡剂形成的凝胶水泥体系流动度达21 cm、稠化时间可调,可安全泵送;体系入水仍为一体,在150 r/min的搅拌速度下未被水稀释,具有良好的抗水侵性能;体系通过1 mm裂缝的时间是普通水泥浆的10倍以上,具有良好的滞留能力,能够停留在漏层入口处堆积,且抗压强度达到7 MPa以上。该凝胶水泥体系特别适用于大孔道、大裂洞、暗河及含水层的漏失堵漏。

玛湖凹陷风城组碱盐井筒结盐规律探究

玛湖凹陷风城组碱盐地层压裂后排采过程中存在井筒结盐的问题,但结盐规律尚不明确。通过静态和动态结盐评价实验研究了结盐率的油藏条件影响因素以及生产过程中流速和产气量对井筒结盐的影响,明确了井筒结盐规律。结果表明:温度对三种典型盐溶解度影响程度由强至弱依次为碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠;明确了不同组成复合盐溶液析出盐晶的边界条件(总盐度、离子配比)及对应盐晶类型;在相同盐度下,不同组成复合盐析出程度介于单独盐之间,析出盐优先顺序依次为碳酸氢钠、碳酸钠、氯化钠,与各种盐溶解度随温度变化规律一致;随着流速、产气量的增加,结盐量均先增加后减少,当日产液量为40 m3/d、气液比为200 m3/L时,结盐量最大。对碱盐井筒结盐规律的研究可指导生产过程排采参数的合理设置,在一定程度上延缓返排阶段井筒结盐问题,保障压后顺利试油,为后期生产过程中风城组碱盐地层防盐措施的制定提供理论依据。