热粘性聚合物用于提高石油开采.doc

热粘性聚合物用于提高石油开采：流变性和岩心流动实验摘要虽然聚合物驱是石油开采效率最高的一种采油方法，但是热稳定性不好，耐盐与当前使用的水溶性聚合物阻碍了它们使用在高温度和盐度的油气藏。热粘性聚合物其粘度增加在增加温度和盐度可能克服缺少大多数水溶性聚合物之上。研究了一种新颖的利用与HPAM相比传统的部分在合成卤水关于他们的流变性和模拟在高温和在含盐油藏条件岩心流动实验。发现随着温度的增加，表观粘度和弹性模量都利用聚合物溶液的增加，那些HPAM的解决方案减少。通过低温投射电子显微镜的观察，这样的差异归因于它们的微观结构形成的水溶液。在同等条件下岩心流动实验显示石油采收率13.5%的利用率只有2.1%的解决方案与HPAM溶液有关。关键词：水溶性聚合物。热粘性。流变性。提高采收率。低温TEM说明提高原油采收率是一种特殊的技术来提高残余原油高于传统的主要损耗或基本恢复水驱通常2040%的原油产量。聚合物驱代表的一个化学采油过程，石油生产中，水溶性聚合物用来改变流变性，提高驱替液的水油迁移率，从而提高驱油效率。这种技术已经被公认为最有效的和最广泛应用的成熟油田三次采油方法如中国的大庆油田和胜利油田。在聚合物驱油过程中，部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）用于加厚注入水使毛细管困水淹油在第二阶段，从而提高波及效率提高石油采收率。然而，在如此恶劣的条件存在于大多数油藏，如类3储备在胜利油田的盐度高于30000mg/L，钙离子和镁离子总量超过800mg/L、问题和限制使用HPAM出现。在相对环境，效率损失的HPAM水溶液在升高温度变得更严重，酰胺组接受广泛的水解成羧基的单位，和水解后沉淀联系时的二价阳离子出现，比如钙离子和镁离子，在油藏卤水或硬质水。此外，由于金属离子之间的相互作用在油田卤水主要保护相互排斥的羧基组沿着HPAM骨架,导致聚合物高分子线团崩溃,减少流体力学体积,并最终降低溶液粘度(11、12)。为避免HPAM的局限性，Hourdet et al13 - 16提出的概念“热粘性聚合物”（TVP）。在这些聚合物系统中，一些“堵塞”或“移植”,主要是聚N-isopropylacrylamide)(PNIPAM)和聚乙烯-氧化物(PEO),低临界溶解温度(LCST)特征合并到水基。当温度增加,水变成了一个不良溶剂为热敏的阻碍,呈现它们自身与热粘性聚合物聚集在一起。 超过临界组合温度，物理连接网络的形成,导致了粘度增强宏观层面上的探讨。尽管TVPs都声称17是有前途的候选人对HPAM代替传统的三次采油,其相对较低的分子量(通常少于5 9 105克/摩尔)13 - 16和必要的添加一些具体的无机盐主要K2CO313Tassof减少基于peo TVPs妨碍实际验收的石油工程师总是渴望更便宜的,高分子量的产品和容易处理地方。正是因为这个,我们所掌握的最好知识,到目前为止没有报告关于岩心流动TVPs测试。在我们实验室的一个尝试已经提出通过更方便的TVPs共聚丙烯酰胺和新发达的热敏的共聚单体(MPAD)基于N -(1、1二甲基3 -oxobutyl)丙烯酰胺(DAAM)18提高分子量。这些物质被发现可能是通过细微的调整使LCST MPAD超宽温或pH值范围内通过调整最初送入的成分MPAD准备。此外，热粘性的能力的提高和Tass的降低，溶液的盐度越高则聚合物的浓度越浓。本篇报告的流变性和初步核心流动利用模拟高温下和含盐油藏的异常条件。相比之下，一个好的HPAM聚合物也被测试在同样的实验条件之下。实验部分材料部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)(图1)的分子量1.2107g/mol从北京获得Hengju化工集团有限公司的。热粘性水溶性聚合物(TVP.图1)与分子量5.2106克/摩尔通过自由基共聚合成的丙烯酰胺与新发现的热敏的单体,MPAD18。0.2 wt %聚合物准备的水溶液被解散专用量的聚合物粉末的合成卤水总溶解固体(TDS)32868 mg / L在这总钙离子和镁离子浓度为873毫克/升。聚合物轻轻搅拌直到完全水化溶解，然后在实验前保存一天。图1分子结构的TVP聚合物和在这项工作中使用的聚丙烯酰胺流变性所有的流变测量是在一个mcr301进行（安托帕尔，奥地利）设有同心圆柱几何cc27旋流变仪用测锤半径为13.33毫米和14.46毫米的半径测量杯进行的。温度是通过提供快速和精确的珀耳帖系统控制.上面的一层油是用来防止高分子溶液的蒸发。剪切粘度的变化随温度的变化记录期间是从25到95摄氏度（加热速度2摄氏度每分钟）在固定的剪切率下。它的剪切流动特性是在85摄氏度下，剪切速率范围是0.011000.弹性和存储模量的聚合物溶液被记录在25到95摄氏度条件下，在恒定频率（1赫兹）和应变（10%）具有和上文提到的相同的流变仪和相同的升温速率。低温透射电子显微镜观察低温透射电子显微镜（冷冻TEM）观察热粘性聚合物和HPAM水溶液在受控环境下进行的玻璃化冷冻系统，如前所述的 20，21 。首先，对试样进行加热80，和相对湿度保持接近饱和，防止蒸发。和预加热的样品溶液的5微升将被放置在一个碳涂层的多孔支撑膜的铜网格轻轻涂抹，用滤纸在网格上获得的薄液体膜。网格被迅速骤冷液态乙烷在180和浸入液氮（-196）存储。然后陶瓷标本保存于液氮中被转移到一个JEM2010冷冻一个加坦626低温持有人及工作站显微镜。加速度电压是20万伏，和工作温度保持低于-170.图片是用CCD摄像机的数字记录（加坦832）在低剂量条件下用一个3微米流明的焦点。岩心驱替实验聚合物驱油是在高温下与模拟在中国的胜利油田盐油藏。钢筒2.5厘米直径在25厘米的高度挤满了石英砂几个尺模型。最初饱和砂包合成盐水，其次是注射脱水生力油到70%。核心是然后注入合成盐水洗涤，直到水含量高于98%的输出流体，和30%孔体积（PV）注射0.2% 热粘性聚合物或HPAM溶液随后。总采油和注水采油计算，分别，以及它们之间的差异是第三系油聚合物驱采收率。聚合物溶液的注入率保持在0.23毫升/分钟，和圆柱形砂组被放置在一个腔室和加热到85整个测试。结论与讨论 聚合物溶液的流变性稳定的流变性众所周知，水溶性聚合物用于流变控制驱替液在提高石油回收。聚合物驱过程中的操作，聚合物溶液的粘性行为起着重要的作用，在提高油回收效率 22，23 。因此，有必要研究粘性聚合物驱油试验前热粘性溶液性质。比较稳定的剪切0.2 wt% 热粘性聚合物和HPAM流变结果水溶液在85示于图2。可以看出，两种粘度曲线表现出牛顿平衡，在低剪切速率下的剪切变稀时高剪切速率。减少的粘度与剪切速率的增加归因于中断的网络连接。然而，明显的差异，也证明了当两个比较曲线。首先，在TVP的粘度解决方案总是高于HPAM溶液在整个剪切速率检查的范围。这个结果是相当有吸引力的，因为你必须牢记TVP中分子量小于一半的HPAM！第二，该许可证的解决方案只有两个区域，即，牛顿和剪切变稀；而HPAM解决方案三流制度，即，第一牛顿区，剪切稀化第二牛顿区，这是在良好的协议与先前的研究室温 24 。这样的比较清楚地表明，TVP仍具有很好的利于渗入井筒附近的剪切率是相当高的 25 的聚合物溶液，并深入到油藏高粘度也有帮助，从而提高波及效率和流动性控制 26 。在图3中显示的热粘性聚合物和HPAM溶液的粘度变化为温度的函数。可以很容易地找到明显的平稳下降水溶液粘度的热粘性的第一个和连续增加时临界温度（TASS），联想从大分子单体的侧链的开始在微装配的自我，逐渐形成的物理连接随着温度的升高，可逆的网络，从而促进粘度增强。例如，当温度从25增加到85，的粘度增加超过7的一个因素。相反的，明显的对HPAM溶液在升高的温度降低，粘度，和更多比80%粘度损失被证明在相同的实验条件下。深入了解背后的增粘机理，低温TEM可视化在TVP水形成的微观结构解决方案。低温TEM对直接成像的一种行之有效的方法原始组织稀液系统 27 ，并能防止可能出现的人工产品，如微观结构的重排，组成的变化，或干燥应力，可以在固定，染色和干燥过程中发生，在传统的TEM样品制备 28，29 。在图4中，一些典型的二维0.2wt %的热粘性聚合物和HPAM在不同阶段的样品溶液的图像温度诱导联想过程显示。图4A，B显示在25和80的溶液的分如图所示图4A，没有关联，可以可视化的低温；然而，的自组装的微区形成的物理连接可逆网络清晰可见，在80所观察到的差异之间。在不同温度下的热熔性聚合物水解结果或许可以解释的该组合的过程：当低于LCST的温度依赖性MPAD，侧链的水仍然是可溶的，不会发生；然而，当高于LCST时，热敏侧链开始逐渐自骨在疏水微区，导致高粘度的形成可逆网络。这个过渡的TVP水溶液的微观结构证实了热粘性效应。然而，如图4所示，没有网络可以在HPAM溶液的温度是25或80发现什么。动态的粘弹性最近越来越多的石油工程师和科学家30-32认为，弹性模量（G）也起着重要的作用，在增油回收；特别是发现微位移效率提高啊增加G 32 。图5显示的粘弹性性质比较作为温度的函数的变化为TVP和HPAM溶液。当温度增加，损耗模量（G00）的TVP解决几乎保持不变，而弹性模量（G）单调增加。例如，G从25提高到85，和G快速的超过G加热过程72以上，表明弹性行为占主导地位，在高温度。然而，这两个G和GHPAM溶液的减少与增加温度，和G太小，被测量在85以上.相比与HPAM，独特的流变响应提供巨大的热粘性聚合物潜在的提高高温高盐油藏的采收率。驱油试验据我们所知，有没有公布的数据，关于化学驱油用聚合物在模拟高温高盐油储层条件。这就是为什么全世界的科学家正在寻求新的聚合物。此外，虽然热粘性聚合物解决方案的潜力来提高从高温高盐油藏的采收率，无岩心驱油试验到目前为止已经有这种类型的聚合物进行。绘制在图6是恢复系数，含水率和驱压力的注射量的函数聚合物溶液模拟高温高盐油藏下环境。结果发现，13.5%的原油采收率TVP驱在这样恶劣的条件下得到的（图6a），而原油采收率HPAM的仅为2.1%（图6b）。值得强调的是，分子在这项工作中使用的分子重量仅为5.2 106mol，比低得多用聚丙烯酰胺聚合物（1.2 107gmol）。最主要的原因，得到一个相对与热熔性聚合物高采收率可归因于其独特的稳定在很高的温度和盐度的动态流变性能。是的，表观粘度和热熔性水溶液增加弹性模量温度升高。模拟高温高盐油藏条件下，表观粘度和G和热粘性聚合物可以提高到80 MPa和300兆帕，分别，从而有效提高油的流动性比水作更多的石油生产。结论与展望 温度对新型介质分子的流变行为的影响热粘性聚合物重量的水溶性聚合