超高分子量聚丙烯酰胺的合成以及它在油田三次采油中的应用VIP

分类号 密级 U D C 编号 10736硕 士 学 位 论 文论 文 题 目（题目用楷体标 1 号字）研 究 生 姓 名：指导教师姓名、职称：专 业 名 称：研 究 方 向：年 月 （黑体标 3 号字）郑 重 声 明（黑体小二号字）本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，否则，本人愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果，特此郑重声明。学位论文作者（签名）：年 月 日学位论文使用授权书本论文作者完全了解学校关于保存、使用学位论文的管理办法及规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，接受社会监督。本人授权西北师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到中国博士/硕士学位论文全文数据库进行信息服务，也可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存或汇编本学位论文。本论文提交当年/一年/两年/三年以后，同意发布。若不选填则视为一年以后同意发布。注：保密学位论文，在解密后适用于本授权书。作者签名：导师签名：年 月 日西北师范大学研究生学位论文作者信息论文题目姓 名 学 号专业名称 答辩日期联系电话 E_mail通信地址(邮编)：备注：目 录摘 要.6Abstract.8第一章 绪论.101.1 聚丙烯酰胺聚合物驱油介绍 .101.2 聚丙烯酰胺的合成方法介绍 .11第二章 文献综述.182.1 前言 .182.2 聚合物驱提高采收率的机理 .182.2.1 两个重要因素对水驱采收率的影响 .192.2.2 聚合物驱油机理 .212.3 影响聚合物驱油效果的因素 .232.3.1 聚合物结构的影响 .232.3.2 物化环境的影响 .252.4 聚合物溶液增粘及降低渗透率特性的表征 .292.5 聚合物生产制造 .292.5.1 聚丙烯酰胺的合成 .302.6 HPAM 的国内发展现状 .382.7 本文的研究目的 .38第三章 计算化学方法设计醇的分子结构.403.1 分子结构设计 .403.1.1 热力学平衡常数的计算 .413.1.2 计算方法的选择 .423.2 小结 .47第四章 双官能度引发剂引发丙烯酰胺聚合研究.484.1 原料醇的类型确定 .484.2 双官能度引发剂的合成 .484.2.1 实验方法 .484.2.2 用 65-70%的过氧化氢的合成结果 .494.2.3 新工艺合成 DI00H .514.2.4 小结 .544.3 引发体系和聚合方法的选择 .544.3.1 原理分析 .544.3.2 引发体系的选择 .574.3.3 聚合方法的选择 .57第五章 实验部分.595.1 探索性实验 .595.1.1 测试仪器 .595.1.2 试剂规格 .595.1.3 丙烯酰胺的聚合 .595.1.4 结果与讨论 .595.2 制备超高分子量 HPAM 的聚合工艺研究 .605.2.1 氧化一还原引发体系选择 .605.2.2 引发剂浓度对聚合反应的影响 .615.2.3 PH 对聚合的影响 .635.2.4 转化率与时间的关系 .635.2.5 单体浓度对聚合反应的影响 .645.2.6 反应起始温度对聚合的影响 .655.2.7 添加剂对聚合反应的影响 .665.2.8 在优化聚合条件下的重复性实验 .685.2.9 与单官能度引发体系引发 LMA 聚合的对比 .685.3 PAM 的水解 .705.3.1 超高分子量聚丙烯酸胺的水解方法研究 .70第六章 聚合物驱油机理研究.746.1 聚合物驱油机理 .746.1.1 微观驱油机理研究 .746.1.2 多孔介质润湿性对聚合物驱油效率的影响 .786.1.3 聚合物的粘弹性对驱油效率的影响 .796.1.4 油水界面速度梯度对聚合物驱油效率的影响 .826.2 聚合物驱驱油过程中的毛细管数表达式的研究 .836.2.1 理论部分 .836.2.2 理论结果与实测结果的相关性 .84第七章 结论.87第八章 论文的创新点.89参考文献.90致 谢.91摘 要石油是不可再生资源，油田开采具有阶段性，一般可分为三个阶段，一次采油阶段（POR ）主要利用地层压力但采收率比较低，一般低于 10%，油井的压力梯度是控制油井产量的决定性因素，随着的渗流理论发展，人们提出了依靠注水来补充地层能量的方法来提高油井的井底流压来提高产量，这就是二次采油技术（SOR)，采收率可达 30%左右，随着油井的含水率的增加，达到 98%以上，油水的流度比增大而产生的舌进和指进现象，导致油井产液量中的原油含量减少，为了改善油井中的油水流度比，因此发展出了更为有效的三次采油技术，三次采油的驱油效果与优化选择驱油剂和驱油剂与油藏岩石的配伍性有关。因此，在驱动过程中所选取的溶剂就会对三次采油提高原油采的收率起到重要影响。目前选择的驱替溶剂大多为高分子聚合物，这种聚合物显然属于化学驱，其中不同聚合物的的性质也会对驱油的效果产生重要影响，如分子量、结构以及旋光度、溶解度等。其中聚合度较大的在增粘性和降低油层水相相对渗透率上的作用比低分子的效果要好得多，。在量子化学上的研究结果显示，存在的稳定与不稳定的化学结构式，表现的性能，以及两者之间的关系，范德华力，以量子计算化学为基础，以分子力场和分子间的相互作用，用量子计算化学方法，如DFT、 HF 和 MP2 来设计与优选聚合物的性能参数，使设计的聚合物能根据地层情况有较好的适应性，由于传统聚合物分子在地层中的降解、吸附、稀释使其注入浓度发生了较大的变化，影响一定的驱油效果。因此，在设计驱油方案过程中，选取质优的高分子聚合物进行注入时，聚合物的性质如浓度、转注时机、注入压力、注入浓度、平均分子量等对于驱油效果具有重要影响。应用量子化学方法对聚合物分子量、分子结构、溶解度等的研究，以及对聚合物的类型、分子量、注入浓度、注入方式以及转注时期的配置，通过注入压力、采收率、吨增油、含水率等方面评价转注高浓度聚合物的优势。在转注时期的选择中，前期转注驱油效果的时机比较好，所以转注时机越早，在相同分子大小情况下，注入的浓度和压力越大，得到的采收率也就越高。在总用量不变的情况下，采用阶梯段塞注入效果好，有利于提高原油采收率，另外对采收率的影响因素还有聚合物的分子构型，对溶液内分子构型特征不同的聚合物，研究结果表明，溶剂中的,聚合物的构型影响到离子的质量浓度，不同注入水也会对构型产生重要影响，如清水聚合物溶液产生的主要是网状结构，而污水聚合物溶液产生的构型主要为枝状，呈现出带状和网状构型的聚合物溶液，其产生的化学增粘效果更好，而枝状构型产生的化学增粘效果相对较差，而且剪切作用力也会影响到聚合物分子呈现的构型和几何尺寸，粘性以及滞留特性也会影响到体积波及效率，具有网状结构的清水聚合物溶液呈现出较大的回旋半径，而枝状结构的呈现的半径较小，从而提高聚合物的驱替效果。量子化学在聚合物分子设计上的优势是能按照分子量与分子动力学特性设计符合油藏驱替方式的聚合物分子，本文主要使用 Gaussian 软件对所设计的聚合物分子的聚合反应过程进行优化，从而设计大分子量的聚合物，由于大分子量聚合物的一些性质主要由阻力系数、残余阻力系数、采收率等决定，这些因素很大程度上对聚合物的性质产生影响；一般情况下，分子量较大的聚合物其机械降解程度也较高，在实际应用情况下，聚合物的残余粘度相对较大，当孔隙