疏水締合聚合物阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究

疏水締合聚合物阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究

1抗溫、抗鹽和抗剪切性目前，聚合物驅(qū)油是油田開(kāi)發(fā)后期高產(chǎn)高產(chǎn)的主要手段，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上取得了一定的成功。但是由于油田水中含有大量的陽(yáng)離子,特別是Ca2+,Mg2+,使得聚合物分子在溶液中呈卷曲構(gòu)象,溶液粘度大幅度下降。西南石油學(xué)院研制的疏水締合聚合物具有良好的抗溫、抗鹽和抗剪切性。它主要是在大分子上引入部分水解聚丙烯酰胺分子鏈的少量疏水基團(tuán),通過(guò)多種力的作用使聚合物分子間產(chǎn)生具有一定的強(qiáng)度但又可逆的物理締合,在水溶液中形成巨大的三維立體網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu),通過(guò)這種締合而形成超分子結(jié)構(gòu),即使聚合物分子濃度很低,體系仍然有很高的粘度。這種分子結(jié)構(gòu)使得疏水締合聚合物分子在多孔隙介質(zhì)中流動(dòng)時(shí),由于受剪切作用而被破壞的動(dòng)態(tài)物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在剪切作用降低或消除時(shí)又會(huì)重新形成,粘度也隨之恢復(fù)。在鹽溶液中,小分子電解質(zhì)會(huì)使得疏水締合作用增強(qiáng),溶液粘度增加,所以疏水締合聚合物表現(xiàn)出良好的抗鹽性。正是由于這些特殊性,其溶液性質(zhì)如耐鹽性、抗剪切性以及對(duì)驅(qū)油效果的影響,與普通聚合物有明顯的區(qū)別。開(kāi)展疏水締合聚合物研究,對(duì)于進(jìn)一步利用污水配制驅(qū)油用化學(xué)劑,減少油田產(chǎn)出污水對(duì)環(huán)境的污染及提高油田經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。2實(shí)驗(yàn)2.1巖心溫度積分驅(qū)油實(shí)驗(yàn)粘度用Brookfield粘度計(jì)測(cè)定,使用零號(hào)轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)速1.5r/min,溫度45℃;阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)以及驅(qū)油實(shí)驗(yàn)是在完整配套的巖心恒溫驅(qū)替裝置上完成的。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程始終保持45℃的恒溫狀態(tài)。2.2驗(yàn)用的巖心及試劑實(shí)驗(yàn)用疏水締合聚合物(HPA)為西南石油學(xué)院研制,疏水基(C16烴基)摩爾比0.25%,COO-基摩爾分?jǐn)?shù)28%~30%;甘油為工業(yè)用純?cè)噭?shí)驗(yàn)用的巖心全為人造巖心,各種試劑均為分析純?cè)噭?。配制疏水締合聚合物所用的是模擬大慶油田地層水(其礦化度為4456mg/L),其礦物質(zhì)及其含量為:NaCl22294mg/L;MgCl2·6H2O17.2mg/L;KCl13mg/L;CaCl242mg/L;Na2SO475mg/L;NaHCO31860mg/L。實(shí)驗(yàn)用的原油為大慶油田采油一廠的脫氣原油與煤油按體積比3:1配制而成,45℃條件下的粘度為9.5~10.0mPa.s。3結(jié)果與討論3.1聚合物對(duì)巖心滲透率的影響聚合物分子在油層孔隙介質(zhì)中滲流時(shí),由于受機(jī)械捕集、化學(xué)吸附和滯留作用的影響,將有部分聚合物分子滯留在油層孔隙介質(zhì)中,從而使得在聚合物驅(qū)油后油層孔隙的滲透率將有不同程度的降低,使流體流動(dòng)阻力增加。對(duì)于一定的油層,聚合物驅(qū)油效果與聚合物溶液改善流度比和降低滲透率能力有關(guān),即與聚合物溶液的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)有關(guān)。若聚驅(qū)的阻力系數(shù)越大,說(shuō)明聚合物在油層中的滲流阻力越大,這就越有利于提高油層的波及體積;殘余阻力系數(shù)越大,說(shuō)明油層孔隙介質(zhì)的滲透率下降的越大,這越有利于提高原油采收率。實(shí)驗(yàn)過(guò)程用模擬大慶采出污水,抽空巖心,飽和地層水,測(cè)定巖心的孔隙體積;首先,以不同流速進(jìn)行水驅(qū),根據(jù)巖心進(jìn)出口兩端的壓差數(shù)據(jù),用達(dá)西定律測(cè)定巖心的水相滲透率;然后再注入聚合物,待巖心兩端壓力穩(wěn)定后,測(cè)定阻力系數(shù);最后,轉(zhuǎn)為水驅(qū),當(dāng)兩端壓力再次穩(wěn)定后,測(cè)定殘余阻力系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn),在不同的驅(qū)替條件下,疏水締合聚合物的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)都相對(duì)較高,分別大于14和8;而甘油的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)則較小,只在9~19和3~8.5范圍內(nèi)。3.2疏水締合聚合物和甘油的驅(qū)油效果使用大慶油田污水配制的疏水締合聚合物溶液與甘油在人造巖心上進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)對(duì)比。人造巖心首先將在真空狀態(tài)下飽和模擬大慶油田地下水(礦化度為7000mg/L),然后飽和模擬原油(油相粘度在溫度為45℃條件下為10.5mPa.s),在驅(qū)替開(kāi)始時(shí)使用礦化度為500mg/L的清水進(jìn)行模擬水驅(qū),直到出口端達(dá)到油田經(jīng)濟(jì)極限為止(產(chǎn)出液含水98%)。之后進(jìn)行污水配制的疏水締合聚合物段塞驅(qū)油或甘油段塞驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。最后開(kāi)始后續(xù)水驅(qū),同樣在出口端產(chǎn)出液達(dá)到含水98%時(shí)為止。表3是濃度為1760mg/L的疏水締合聚合物和甘油的驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由表3可以看出,污水配制的疏水締合聚合物采收率在同樣條件下比甘油高6%~8%(OOIP)。疏水締合聚合物驅(qū)油時(shí),段塞在0.35~0.58PV時(shí)采收率的提高幅度最大,在0.58~0.82PV時(shí)采收率有所降低。疏水締合聚合物提高采收率幅度比甘油高的原因主要是因?yàn)槭杷喓暇酆衔锓肿咏Y(jié)構(gòu)特殊,在多種力的作用下使聚合物分子間產(chǎn)生具有一定的強(qiáng)度但又可逆的物理締合,在配制成水溶液時(shí)形成巨大的三維立體網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)。這種分子結(jié)構(gòu)使得疏水締合聚合物分子具有一定的粘彈性。當(dāng)在多孔隙介質(zhì)中流動(dòng)時(shí),經(jīng)過(guò)孔喉等窄小處時(shí)由于受剪切作用使得分子動(dòng)態(tài)物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)受到破壞,但在通過(guò)狹窄處后由于疏水締合聚合物具有粘彈性,被破壞的物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)又重新形成,粘度也隨之恢復(fù)。這種具有粘彈性的聚合物分子在多孔介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生平行于油水界面的力,它能從“盲端”、孔隙或喉道中把殘余油“拉、拽”出來(lái),這樣不斷從油水界面上拉出的油絲能夠形成穩(wěn)定的油絲流動(dòng)通道,從而把殘余油不斷地拉出,所以疏水締合聚合物除了能提高油層波及體積之外,還可以提高驅(qū)油效率。實(shí)驗(yàn)表明疏水締合聚合物可以解決油田產(chǎn)出污水重復(fù)利用問(wèn)題,同時(shí)也可以使采收率在水驅(qū)的基礎(chǔ)上再提高16%~18%,因而具有廣闊的應(yīng)用前景。4疏水締合聚合物溶液(1)油田產(chǎn)出污水配制的疏水締合聚合物溶液在油層孔隙介質(zhì)中能產(chǎn)生較高的阻力系數(shù)(>14)和殘余阻力系數(shù)(>8)。(2)大慶油田污水配制的濃度為1760m