弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)-機(jī)理課件

二、弱凝膠形成機(jī)理弱凝膠使用的聚合物天然聚合物:纖維素、生物聚合物黃胞膠人工合成聚合物。部分水解的聚丙烯酰胺（HydrolyzedPartiallyPolyacrylamide簡(jiǎn)稱HPAM）,丙烯酰胺共聚物和疏水締合共聚物。二、弱凝膠形成機(jī)理弱凝膠使用的聚合物1部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）聚丙烯酰胺的結(jié)構(gòu)式部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）聚丙烯酰胺的結(jié)構(gòu)式2部分水解聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺與堿反應(yīng)即生成部分水解聚丙烯酰胺部分水解聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺與堿反應(yīng)即生成部分水解聚丙烯酰胺3生物聚合物黃胞膠（Xanthan）黃胞膠（Xanthan）是由黃單胞菌屬野茹菌（XanthomonasCampestris）微生物接種到碳水化合物中，經(jīng)發(fā)酵而產(chǎn)生的生物聚合物，又稱黃原膠。生物聚合物黃胞膠（Xanthan）黃胞膠（Xanthan）是4黃胞膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)黃胞膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)5其它共聚物在聚合物中引入疏水基團(tuán),生成疏水締合共聚物。在水介質(zhì)中，共聚物的疏水部分以類似于表面活性劑的方式聚集或締合，大分子線團(tuán)的有效流體動(dòng)力學(xué)尺寸增大。較大尺寸的疏水基團(tuán)對(duì)鄰近的丙烯酰胺基團(tuán)的水解反應(yīng)有一定的抑制作用，從而增加其耐鹽耐溫性。其它共聚物在聚合物中引入疏水基團(tuán),生成疏水締合共聚物。在水6弱凝膠使用的交聯(lián)劑能與酰胺基和羧基進(jìn)行反應(yīng)的化合物，都有可能作為交聯(lián)劑使用依據(jù)交聯(lián)劑與HPAM形成價(jià)鍵的形式不同，交聯(lián)劑可以分為螯合型交聯(lián)劑和共價(jià)健型交聯(lián)劑。弱凝膠使用的交聯(lián)劑能與酰胺基和羧基進(jìn)行反應(yīng)的化合物，都有可能7螯合型交聯(lián)劑螯合型交聯(lián)劑Cr(Ⅲ)、AI(Ⅲ)、Ti（Ⅳ）、Zr（Ⅳ）等金屬離子與適當(dāng)?shù)尿蟿┬纬傻乃苄越饘衮衔?。螯合劑中最為重要的部分是?gòu)成配位基中心的給電子原子，常用的給電子原子為O、N、S，螯合型交聯(lián)劑螯合型交聯(lián)劑8金屬螯合物反應(yīng)活性與金屬離子有關(guān)。Cr(Ⅲ)、AI(Ⅲ)的反應(yīng)活性大于Ti（Ⅳ）、Zr（Ⅳ）反應(yīng)活性與螯合劑和金屬離子形成金屬螯合物的穩(wěn)定性相關(guān)所形成的金屬螯合物愈穩(wěn)定，其反應(yīng)愈難。比例愈小，反應(yīng)活性愈低。金屬螯合物反應(yīng)活性與金屬離子有關(guān)。9共價(jià)鍵型交聯(lián)劑低分子醛類（甲醛、乙二醛和戊二醛）低聚酚醛樹脂三聚氰胺一甲醛樹脂酚-膠樹脂等。與螫合型交聯(lián)劑相比，共價(jià)鍵型交聯(lián)劑耐鹽能力，適用性較好，但低溫時(shí)交聯(lián)反應(yīng)較慢。共價(jià)鍵型交聯(lián)劑低分子醛類（甲醛、乙二醛和戊二醛）10交聯(lián)反應(yīng)類型配位鍵交聯(lián)以適當(dāng)?shù)闹行碾x子與HPAM的酰胺基、羧基形成配伍鍵連接，鋁、鉻、鋯等離子均可作為中心離子。形成多核羥橋絡(luò)離子結(jié)構(gòu)與HPAM的羧基、酰胺基交聯(lián)。交聯(lián)反應(yīng)類型配位鍵交聯(lián)11參與交聯(lián)的基團(tuán)：羧酸基團(tuán)參與交聯(lián)的基團(tuán)：羧酸基團(tuán)12極性共價(jià)鍵交聯(lián)極性共價(jià)鍵交聯(lián)13金屬離子交聯(lián)體系有機(jī)金屬離子主要和聚丙烯酰胺分子的羧酸基團(tuán)作用。由于羧基帶負(fù)電、氧原子上有孤對(duì)電子、多核羥橋絡(luò)離子帶很高的正電荷及高價(jià)金屬離子容易形成配位鍵等特點(diǎn)，因此多核羥橋絡(luò)離子是與HPAM的羧基形成配位鍵產(chǎn)生交聯(lián)金屬離子交聯(lián)體系有機(jī)金屬離子主要和聚丙烯酰胺分子的羧酸基團(tuán)作14交聯(lián)反應(yīng)的步驟高價(jià)離子水合物的水解聚合：水合金屬離子通過水解聚合生成為多核羥橋絡(luò)離子和氫離子；聚丙烯酰胺中的羧基電離成為羧酸根和氫離子；聚丙烯酰胺通過羧酸根與多核羥橋絡(luò)離子反應(yīng)和交聯(lián)。以M代表金屬離子，可交聯(lián)反應(yīng)的步驟高價(jià)離子水合物的水解聚合：水合金屬離子通過水解15檸檬酸鋁交聯(lián)體系鋁的多核羥橋絡(luò)離子帶正電荷，并且鋁離子易形成配位鍵；而聚丙烯酰胺中的羧基帶負(fù)電，氧帶有孤對(duì)電子；鋁的多核羥橋絡(luò)離子是通過與聚丙烯酰胺中的羧基形成極性鍵和配位鍵而進(jìn)行交聯(lián)檸檬酸鋁交聯(lián)體系鋁的多核羥橋絡(luò)離子帶正電荷，并且鋁離子易形成16檸檬酸鋁與聚丙烯酰胺交聯(lián)Ⅵ檸檬酸鋁與聚丙烯酰胺交聯(lián)Ⅵ17Cr(Ⅲ)交聯(lián)體系常用的螯合劑：乙酸(鹽)丙酸(鹽)丙二酸(鹽)乳酸(鹽)葡萄糖酸(鹽)Cr(Ⅲ)交聯(lián)體系常用的螯合劑：18Cr(Ⅲ)-配位螯合物交聯(lián)能夠在很寬的溫度范圍內(nèi)有效地控制成膠時(shí)間與Al(Ⅲ)交聯(lián)體系相比：Cr(Ⅲ)交聯(lián)體系適應(yīng)的溫度范圍和PH值范圍更廣反應(yīng)活性更強(qiáng)，成膠后的強(qiáng)度更大，穩(wěn)定性更好。Cr(Ⅲ)-配位螯合物交聯(lián)能夠在很寬的溫度范圍內(nèi)有效地控制成19乙酸鉻的反應(yīng)過程乙酸鉻離解成鉻離子和乙酸根離子通過水解形成多核羥橋絡(luò)離子多核羥橋絡(luò)離子與低濃度聚丙烯酰胺交聯(lián)形成弱凝膠。乙酸鉻的反應(yīng)過程乙酸鉻離解成鉻離子和乙酸根離子20值得注意的問題當(dāng)體系的pH值大于7時(shí)：乙酸鉻是熱力學(xué)不穩(wěn)定的。乙酸鉻中的鉻在堿性條件下形成Cr(OH)3(H2O)3沉淀不能與聚丙烯酰胺發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。值得注意的問題當(dāng)體系的pH值大于7時(shí)：21控制乙酸鉻的離解速度方法變化乙酸鈉與三氯化鉻之比加入能與乙酸根作用的添加劑控制體系的pH值控制交聯(lián)劑溶液的老化時(shí)間控制乙酸鉻的離解速度方法變化乙酸鈉與三氯化鉻之比22乙酸鉻/HPAM弱凝膠結(jié)構(gòu)探討在較低的聚合物/交聯(lián)劑濃度下，聚合物分子聚集體相互間是不連續(xù)的，體系以分散的形態(tài)存在；在聚合物/交聯(lián)劑濃度達(dá)到一定程度時(shí)，這種聚合物分子聚集體相互間以弱的方式連接而形成連續(xù)結(jié)構(gòu)，體系以整體的形式存在。乙酸鉻/HPAM弱凝膠結(jié)構(gòu)探討在較低的聚合物/交聯(lián)劑濃度下，23弱凝膠的形的結(jié)構(gòu)m弱凝膠的形的結(jié)構(gòu)m24檸檬酸鈦的反應(yīng)過程檸檬酸鈦與HPAM延緩交聯(lián)的機(jī)理是檸檬酸鈦通過多價(jià)金屬鈦離子使HPAM交聯(lián)，金屬鈦離子水解產(chǎn)生羥橋作用，形成多核羥橋絡(luò)離子檸檬酸鈦的反應(yīng)過程檸檬酸鈦與HPAM延緩交聯(lián)的機(jī)理是檸檬酸鈦25弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)-機(jī)理ppt課件26有機(jī)酚醛交聯(lián)體系有機(jī)酚醛類交聯(lián)劑與聚合物分子中的酰胺基團(tuán)反應(yīng)形成凝膠。交聯(lián)劑體系中醛可以直接與聚丙烯酰胺發(fā)生羥甲基化反應(yīng)進(jìn)行交聯(lián)與酚首先生成羥甲基酚，再與聚丙烯酰胺交聯(lián)。有機(jī)酚醛交聯(lián)體系有機(jī)酚醛類交聯(lián)劑與聚合物分子中的酰胺基團(tuán)反應(yīng)27甲醛與HPAM的反應(yīng)過程H+甲醛與HPAM的反應(yīng)過程H+28醛/酚與HPAM的反應(yīng)過程在反應(yīng)過程中生成了具有活性的樹脂成分，與聚合物交聯(lián)形成帶有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的聚合物/樹脂復(fù)合凝膠，其性能有明顯的改進(jìn)和提高醛/酚與HPAM的反應(yīng)過程在反應(yīng)過程中生成了具有活性的樹脂成29甲醛/酚交聯(lián)反應(yīng)式甲醛/酚交聯(lián)反應(yīng)式30酚醛交聯(lián)體系特點(diǎn)交聯(lián)反應(yīng)在70℃開始，最佳反應(yīng)溫度在90℃左右。苯環(huán)的引入，大大增強(qiáng)了凝膠的熱穩(wěn)定性，應(yīng)用于高溫油藏的深部調(diào)剖。酚醛交聯(lián)體系中引入苯環(huán)后有助于增強(qiáng)體系的抗鹽能力。酚醛交聯(lián)體系特點(diǎn)交聯(lián)反應(yīng)在70℃開始，最佳反應(yīng)溫度在90℃左31烏洛托品/間苯二酚的反應(yīng)過程烏洛托品在酸性介質(zhì)和/或高溫環(huán)境下可產(chǎn)生甲醛產(chǎn)生的甲醛與間苯二酚反應(yīng)生成多羥甲基間苯二酚甲醛、多羥甲基間苯二酚均可與HPAM發(fā)生交聯(lián)作用烏洛托品/間苯二酚的反應(yīng)過程烏洛托品在酸性介質(zhì)和/或高溫環(huán)境32烏洛托品生成甲醛烏洛托品生成甲醛33甲醛與間苯二酚：多羥甲基間苯二酚甲醛與間苯二酚：多羥甲基間苯二酚34甲醛、多羥甲基間苯二酚與HPAM交聯(lián)甲醛、多羥甲基間苯二酚與HPAM交聯(lián)35弱凝膠影響因素分析聚合物性質(zhì)(包括種類、分子量、水解度、濃度)交聯(lián)劑性質(zhì)(包括種類、配比、濃度、老化時(shí)間)聚合物/交聯(lián)劑值溫度、礦化度、pH值、剪切程度等多方面因素的影響。弱凝膠影響因素分析聚合物性質(zhì)(包括種類、分子量、水解度、濃度36聚合物分子量的影響分子量越大，越有利于形成弱凝膠，在相同條件下，分子量越高的聚丙烯酰胺形成的弱凝膠的強(qiáng)度越大。聚合物的分子量越大，體系的成膠速度越快。分子量越大，形成弱凝膠所需的最低聚合物濃度越小。聚合物分子量的影響分子量越大，越有利于形成弱凝膠，在相同條件37聚合物濃度的影響圖2-3聚合物濃度對(duì)鉻交聯(lián)弱凝膠的影響聚合物濃度的影響圖2-3聚合物濃度對(duì)鉻交聯(lián)弱凝膠的影響38交聯(lián)劑濃度的影響圖2-4交聯(lián)劑濃度對(duì)成膠的影響交聯(lián)劑濃度的影響圖2-4交聯(lián)劑濃度對(duì)成膠的影響39聚合物/交聯(lián)劑比值的影響圖2-5鉻交聯(lián)弱凝膠聚交比對(duì)成膠性能的影響聚合物/交聯(lián)劑比值的影響圖2-5鉻交聯(lián)弱凝膠聚交比對(duì)成膠40溫度的影響溫度的影響41礦化度的影響體系中含有一定量的礦化度，更有利于弱凝膠的形成。不含礦化度的體系，形成的弱凝膠的強(qiáng)度較低。在一定的濃度范圍內(nèi)，弱凝膠的強(qiáng)度隨著氯化鈉含量的增加而升高，當(dāng)氯化鈉的濃度達(dá)到一定程度時(shí)，體系的強(qiáng)度開始下降。礦化度的影響體系中含有一定量的礦化度，更有利于弱凝膠的形成。42弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)-機(jī)理ppt課件43弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)-機(jī)理ppt課件44弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)-機(jī)理ppt課件45弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)-機(jī)理p