聚丙烯酰胺甜菜碱复合体系流变性能研究

聚丙烯酰胺甜菜碱复合体系流变性能研究

自1996年聚合物驱油工业以来，油田的聚驱规模不断扩大。聚合物驱油可以扩大波浪体积，提高驱油效率，比水驱油提高采收率约12个百分点，但聚驱后约50%的原油仍留在地下。如何提高聚合物驱油效率在确保油田的可持续发展中起着重要作用。对于聚合物驱油后的进一步提高采收率进行了研究，郭尚平等研究了聚合物驱油后表面活性剂驱油的进一步提高采收率，但存在比屋顶低的性能和波形系数的缺点。王刚等人利用新开发的甜菜碱两层表面活性剂进行了可视化模型的挤油试验。研究了聚合物驱油后剩余油的作用，提高了挤油效率。陆相国等人研究了聚合物驱油后三元复合驱油的可行性。采用物理模拟方法，对聚合物驱油后进一步提高波体积、提高采收率的影响进行了评价。赵福林等提出了聚合物驱油后剩余油的二次利用、深度调整剖面和高效洗油效率的模型。徐婷、熊盛春等采用了先进的模型，模拟了孤岛田的油藏条件，并研究了提高聚合物驱油后采收率的方法。郭东红等人发现了结合聚合物驱油前后收集的一系列致密采样数据，总结了聚合物驱油后剩余油的分布特征，并分析了聚合物驱油后地下驱油的提取机制。韩培辉等人对聚合物驱油前后收集的闭合采样数据进行了总结，总结了聚合物驱油后油层剩余油的分布特征，探索了聚合物驱油后驱油后驱油的提取方法。根据聚合物驱油技术的发展要求和适应性，刘鹤提出了相应的技术方向，主要包括高效挤油、精细挤孔和水平井泵送三个方面的八个技术方向。这些结果表明，聚合物驱油后的固定装置、提高采收率的方法，以及不同粘度弹性的非碱驱油系统的驱油效果。笔者应用新研制的在无碱条件下可形成超低(10-3mN/m)界面张力的两性甜菜碱型表面活性剂,利用可视化的仿真孔隙模型驱油实验,研究了不同黏弹性的聚合物/表面活性剂二元体系对刻蚀仿真岩心中聚驱后残余油的作用机理,及提高聚驱后残余油采收率的可能性及其幅度,进一步完善了聚合物/表面活性剂二元体系提高采收率的机理.1表面活性剂浓度对聚合物/表面活性剂二元体系黏度和储能模量的影响应用HARKE150流变仪研究了聚合物/羧基甜菜碱型两性表面活性剂二元体系的流变性,实验结果见图1—图2.图1为表面活性剂质量浓度为1.0g/L时,聚合物质量浓度分别为2.0g/L、1.0g/L、0.5g/L的聚合物/表面活性剂二元体系的黏度曲线和储能模量曲线.由图可见,聚合物质量浓度越大,相同剪切速率和角速率下二元体系的黏度和储能模量也越大.图2为聚合物质量浓度为1.0g/L,表面活性剂质量浓度分别为0.0g/L、0.3g/L、1.0g/L、2.0g/L、20.0g/L的聚合物/表面活性剂二元体系的流变曲线.由图可见,加入表面活性剂后,聚合物/表面活性剂二元体系的黏度略有下降,当表面活性剂质量浓度较低时,二元体系的黏度下降幅度不大,储能模量基本不变;当表面活性剂增加到20.0g/L时,二元体系的黏度下降较大,储能模量下降.2油挤出试验及其结果分析2.1实验用表面活性剂利用玻璃刻蚀的岩心模型进行驱油实验,通过图像采集系统将驱油过程的图像转化为计算机的数值信号,采用图像分析技术研究聚合物表面活性剂二元复合体系的驱油过程,并计算采收率.实验设备、流程及实验步骤见文献.实验用油为大庆油田的脱气脱水原油配制的模拟油,在实验温度下的黏度为10mPa·s;表面活性剂为羧基甜菜碱型的两性表活剂;大庆注剂厂生产的聚丙烯酰胺(HPAM),相对分子质量分别为500×104、1700×104、3800×104,实验用水为矿化度为3.7g/L的模拟盐水.在可视化驱油实验中,水驱后驱油用的聚合物质量浓度为1.0g/L,相对分子质量为1700×104;聚合物表面活性剂二元复合体系中的HPAM的质量浓度分别为0.5g/L、1.0g/L和2.0g/L,羧基甜菜碱的质量分数为0.2%,与模拟油的界面张力分别达到10-2mN/m、10-3mN/m.2.2油挤出二型驱油系统的粘度弹性对聚缩式挤出后的采收率的影响2.2.1元体系驱油效果分析设定水驱20PV和注入化学剂量20PV,是为了保证出口含水为100%及保证岩心中的剩余油全部为残余油,研究注入的化学剂对水驱后、聚驱后残余油的作用效果.实验中聚驱所用聚合物相对分子质量均为1700×104,质量浓度为1.0g/L,与二元体系的聚合物相对分子质量相同.图3和图4分别给出了界面张力为10-2mN/m和10-3mN/m,聚合物相对分子质量为1700×104、质量浓度分别为0.5g/L、1.0g/L和2.0g/L的二元体系驱替聚驱后残余油的图片.表1给出了相应的采收率值.可以看出,用聚合物溶液驱替水驱后残余油的采收率可以提高10%以上,聚驱后再用聚合物/表活剂二元体系对此聚驱后残余油继续驱替,无论是对聚合物驱未波及到的连续油区,还是对束缚在孔隙中的残余油,二元体系都具有很好的驱替效果.在相同界面张力数量级条件下,不同质量浓度的二元体系均可以提高聚驱后的残余油采收率.随着二元体系聚合物质量浓度的增大,二元驱的采收率提高值和最终采收率都增大.界面张力为10-2mN/m的不同黏弹性的二元体系对聚驱后残余油的采收率分别提高9.04%、14.97%、21.01%,聚合物浓度为2.0g/L的二元体系的最终采收率达到了83.8%.界面张力为10-3mN/m的不同黏弹性的二元体系对聚驱后残余油的采收率分别提高12.26%、21.55%、40.02%,聚合物质量浓度为2.0g/L的二元体系的最终采收率达到了97.03%,残余油基本被驱替干净,达到了非常理想的驱油效果.对比图3和图4可以看出,在界面张力达到10-2mN/m,聚合物质量浓度为2.0g/L的二元体系在聚驱后的采收率与界面张力达到10-3mN/m时聚合物质量浓度为1.0g/L的二元体系在聚驱后的提高采收率的幅度相当,也就是说,注入压力允许的条件下,界面张力不一定要达到超低,适当增加聚合物溶液的质量浓度,也可以达到界面张力超低时的效果.2.2.2元体系驱油效果分析同样,改变HPAM的相对分子质量,聚合物质量浓度不变,用界面张力为10-2mN/m数量级的二元体系对水驱后再聚驱之后的残余油进行驱替,分析聚驱后不同相对分子质量的二元体系对聚驱后残余油的作用效果.图5给出了水驱后聚驱再用二元体系驱油的驱油效果图片.二元体系的界面张力仍为10-2mN/m数量级,二元体系的聚合物溶液的相对分子质量分别为500×104、1700×104、3800×104,相应的采收率值见表1.由图5和表1可见,随HPAM相对分子质量的增加,聚驱后二元体系驱的采收率增加,当相对分子质量为3800×104时,聚驱后二元体系仍可提高采收率18.2%.上述分析表明,无论是改变聚合物溶液的相对分子质量还是改变聚合物溶液的质量浓度,在相同的界面张力条件下,二元体系都可以提高水驱后再聚驱之后的残余油采收率.质量浓度越高、分子量越大,二元体系驱油的采收率增幅也越大.这就表明,二元体系的黏弹性越大,对残余油的作用就越大,提高采收率的幅度也越大.3聚合物的界面张力(1)实验用的两性表面活性剂体系与油的界面张力可以达到超低,活性剂体系对无碱二元体系的黏度和体系弹性的影响非常小.(2)随着二元驱油体系中聚合物相对分子质量的增加和质量浓度的增加,即二元体系的黏弹性增加,聚驱后二元驱的采