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AM共聚物提高波及效率的可行性研究报告DOC

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更新时间:2020/7/1(发布于辽宁)

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文本描述
摘要 聚合物驱是一种相对成熟的提高原油采收率方法。由于驱油聚合物本身性能以及油 藏条件等客观因素的影响,聚合物驱在均质性较好的油藏能够取得较理想的效果,但随 着油藏非均质性增强,聚合物驱提高波及效率的能力大幅降低。因此,为了提高强非均 质油藏的原油采收率,需要进一步增强聚合物提高驱替液波及效率的能力。 随着聚合物驱油技术的发展,驱油聚合物的结构逐步从线性向支化、超支化方向拓 展。超支化聚合物具有较强的抗剪切能力,能够在多孔介质中建立较高的阻力系数和残 余阻力系数,在提高驱替液波及效率方面具有较大的潜力。目前,主要用有机物作为超 支化聚合物的内核,所合成的超支化聚合物支链较少。增加内核的代数有利于增加超支 化聚合物支链条数,但同时也增大了超支化聚合物的分子尺寸,从而使超支化聚合物的 注入性变差。因此,有机物作为超支化聚合物内核难以在满足注入性要求的前提下有效 增加支链条数。 针对上述问题,提出将纳米二氧化硅(Si02)引入到驱油聚合物中,将其改性后与 丙烯酸(AA)及丙烯酰胺(AM)共聚,合成出一类具有较多支链、超支化结构的改性 纳米Si02/AA/AM共聚物。根据分子结构设计,该类共聚物的分子链更柔顺,具有更强 的形变恢复能力和抗剪切能力,在满足注入性要求的同时,能够在多孔介质中建立较高 的阻力系数和残余阻力系数,并能够有效改善平面非均质性以及层间非均质性。因此, 该类共聚物可以有效提高驱替液的波及效率。 报告首先研究了纳米Si02表面可控改性方法,为将纳米Si02引入到驱油聚合物中 提供可能性。为了便于测定纳米Si02表面改性程度,选择用带有氨基的硅烷偶联剂3- 氨基丙基三甲氧基硅烷对纳米Si02表面进行改性。通过测定改性前纳米Si02表面羟基 含量和改性后表面氨基含量可以确定改性程度;再将带有碳碳双键的顺丁烯二酸酐与经 过3-氨基丙基三甲氧基硅烷改性后的纳米Si02反应,在纳米Si02表面接上具有反应活 性的碳碳双键,使其能够参与聚合反应。通过控制反应温度、时间、溶剂以及原料加量, 实现了纳米Si02表面可控改性。利用热重分析、元素分析、红外及核磁等表征手段证 实了改性产物的结构。 通过聚合物的分子结构设计,将改性纳米別02与AA和AM共聚,从而将纳米Si02 引入到驱油聚合物中。采用正交试验-单因素试验相结合的方法,确定了改性纳米 Si02/AA/AM共聚物的合成条件:单体总质量浓度为25.7%,丙烯酰胺与丙烯酸的质量 比为3.35,引发剂加量为单体总质量的0.20%,温度为40.4。C,pH为7.4;并用改性 程度为28%和36%的改性纳米Si02合成出了两种共聚物。 改性纳米Si02/AA/AM共聚物的增黏性能、耐温性能以及抗盐性能可以满足聚合物 驱的要求。改性纳米Si02/AA/AM共聚物具有较强的抗剪切能力,随着剪切强度增大, 其黏度保留率的降低幅度比部分水解聚丙烯酰胺的小。改性纳米Si02/AA/AM共聚物的 I 分子链具有更好的柔顺性、黏弹性以及形变恢复能力。共聚物的溶解时间在2h左右, 过滤因子小于1.5,在渗透率高于0.7D的多孔介质中满足注入性要求。 改性纳米Si02/AA/AM共聚物能够在多孔介质中建立较高的阻力系数和残余阻力系 数,能够有效建立渗流阻力。物模实验表明该类共聚物能够提高驱替液的注入压力、改 善平面及层间非均质性,从而有效提高驱替液的波及效率。 对改性纳米Si02/AA/AM共聚物提高驱替液波及效率的作用机理进行了分析,认为 共聚物的特殊分子结构使其抗剪切能力、柔顺性以及黏弹性等得到提高,不仅增强了共 聚物提高驱替相黏度的能力,也增强了共聚物降低水相渗透率的能力。因此,改性纳米 Si02/AA/AM共聚物可以在非均质多孔介质中建立更高的渗流阻力,从而有效提高驱替 液的波及效率。 关键词:提高原油釆收率;聚合物驱;波及效率;纳米Si02;可控改性 目录 第1章绪论 1 1.1研究背景 1 1.2聚合物提高驱替液波及效率研究现状 2 1.2.1超高分子量聚合物 2 1.2.2高浓度聚合物 3 1.2.3交联聚合物 4 1.2.4改性聚丙烯酰胺 5 1.2.5超支化聚合物 9 1.3纳米Si02表面改性研究现状 12 1.3.1硅烷偶联剂对纳米Si02的表面改性 12 1.3.2聚合物对纳米Si02的表面改性 13 1.3.3其他物质对纳米Si02的表面改性 14 1.4问题提出 * 14 1.5主要研究内容 15 1.6研究思路及技术路线 15 1.7报告创新点 16 第2章纳米Si02表面可控改性方法研究 、 18 2.1纳米Si02表面羟基的测定 18 2.2纳米Si02表面可控改性的技术思路 : :■&. 21 2.3纳米Si02改性后表面氨基的测定 21 2.4纳米Si02表面可控改性研究 23 2.4.1溶剂对改性程度的影响 23 2.4.2反应温度对改性程度的影响 24 2.4.3反应时间对改性程度的影响 25 2.4.4加料比对改性程度的影响 25 2.4.5纳米Si02表面双键的引入 26 2.5 改性产物的表征 27 2.5.1 热重分析 27 2.5.2 元素分析 28 2.5.3 红外光谱分析 28 2.5.4 核磁共振分析 30 2.5.5 改性产物的微观形貌 31 2.6 本章小结 32 第3章改性纳米Si02/AA/AM共聚物的合成与表征 34 3.1 改性纳米Si02/AA/AM共聚物的分子结构设计 34 3.2 合成方法选择 34 3.3 改性纳米SKVAA/AM共聚物的合成原理 35 3.4 .改性纳米Si02/AA/AM共聚物合成条件的优化 37 3.4.1合成条件的优化思路 37 3.4.2正交试验确定因素的影响大小及较优水平 37 3.4.3单因素试验优化合成条件 38 3.4.4共聚物合成条件的确定 43 3.5 改性纳米Si02/AA/AM共聚物的合成 44 3.5.1改性纳米Si02加量对共聚物性能的影响 44 3.5.2纳米Si02改性程度对共聚物性能的影响 45 3.6改性纳米Si02/AA/AM共聚物的表征 46 3.6.1 红外光谱分析 46 3.6.2 核磁共振分析 47 3.6.3共聚物的绝对重均分子量测定 49 3.6.4共聚物的流体力学半径测定 53 3.7本章小结 55 第4章改性纳米Si02/AA/AM共聚物旳溶液性能研究 56 4.1共聚物的增黏性能 56 4.2共聚物的耐温性能: :: 58 4.3共聚物的抗盐性能 59 4.4共聚物的抗剪切性能研究 61 4.4.1机械剪切作用 62 4.4.2多孔介质剪切作用 62 4.5共聚物的宏观流变性研究 63 4.5.1聚合物流变性的相关理论 64 4.5.2未经剪切聚合物溶液的宏观流变性 65 4.5.3聚合物溶液经吴茵搅拌器剪切后的宏观流变性 66 4.5.4聚合物溶液经多孔介质剪切模型剪切后的宏观流变性 67 4.6共聚物的动态黏弹性研究 69 4.6.1扫描应力的确定 69 4.6.2未经剪切聚合物溶液的动态黏弹性 70 4.6.3聚合物溶液经吴茵搅拌器剪切后的动态黏弹性 73 4.6.4聚合物溶液经多孔介质剪切模型剪切后的动态黏弹性 75 II 4.7共聚物的柔顺性研究 76 4.7.1聚合物柔顺性的表征参数 76 4.7.2共聚物分子链的柔顺性 79 4.8共聚物的形变恢复能力研究 79 4.8.1研究聚合物形变恢复能力的方法 79 4.8.2共聚物的形变恢复能力 81 4.9共聚物溶液的微观结构 82 4.10共聚物的抗老化性能研究 85 4.11本章小结 85 第5章改性纳米SKVAA/AM共聚物提高波及效率能力 87 5.1改性纳米SKVAA/AM共聚物的注入性能研究 87 5.1.1共聚物的溶解性能研究 87 5.1.2共聚物的过滤因子研究 87 5.1.3共聚物与渗透率以及孔喉半径的匹配关系 88 5.2改性纳米Si02/AA/AM共聚物流度控制能力研究 90 5.2.1流度控制能力的表征参数 90 5.2.2渗透率对共聚物流度控制能力的影响 91 5.3改性纳米SKVAA/AM共聚物改善平面非均质性的能力研究 96 5.3.1平面非均质性对开发效果的影响 96 5.3.2研究驱替液改善平面非均质性的方法 96 5.3.3共聚物改善平面非均质性能力 97 5.4改性纳米Si02/AA/AM共聚物改善层间非均质性的能力研究 100 5.4.1层间非均质性对开发效果的影响 100 5.4.2研究驱替液改善层间非均质性的方法 101 5.4.3共聚物在二维非均质模型中改善层间非均质性能力 101 5.5改性纳米Si02/AA/AM共聚物提高波及效率的作用机理分析 105 5.5.1抗剪切能力 105 5.5.2分子链的柔顺性与形变恢复能力 106 5.5.3共聚物溶液的流变性 106 5.5.4共聚物溶液的微观结构 107 5.5.5共聚物建立渗流阻力与改善非均质性能力 107 5.6本章小结 107