文摘

在这项研究中,emulsion-free激进反应应用于合成一种新型sulfomethylating终关联使用丙烯酰胺共聚物(hpd),丙烯酸,NaHSO3、一氧化碳和使N N-divinylnonadeca-1 10-dien-2-amine提高重油复苏。hpd的结构和性能特点是一系列实验,揭示保护局稳定和增强重油复苏能力比水解聚丙烯酰胺(HPAM)。一维驱实验表明保护局表现更好建立阻力系数(RF)和残余射频(RRF),和大约19.8%的石油复苏可能增强注射1500 mg / L (hpd的HPAM相比只有14.1%的解决方案。hpd在提高重油复苏一个前途光明的应用前景。

1。介绍

稠油油藏是一个最重要的非常规资源,具有巨大的经济价值和丰富的数量的储备。热方法的应用,提高重油复苏至关重要的一些挑战由于经济和环境障碍1,2]。例如,SAGD是一个热过程需要能量将水转化为蒸汽,这是商业昂贵。此外,淡水供应是另一个环境问题抑制热方法的应用程序(3,4]。

注水是一种常用的二次开采方法的行业,因为它是经济发展的有利油藏;然而,超过60%的重油代替通常是技术后仍进行(5,6]。聚合物驱技术在高分子量、水溶性聚合物被添加到注入水增加粘度,降低注入水的流度比和原油流离失所(7,8]。最常用的聚合物之一是部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)由于其快速溶性和流体力学体积大,可以大大提高溶液粘度。HPAM链的高敏感性在高温、高矿化度溶液,相当粘度损失可能由于分子的随机/线圈构象[9,10]。

近年来,一些努力已经对开发新聚合物具有优越的性能在高温和高盐度、和一些进展了(11,12]。两种方法可以主要用于制造新的聚合物具有更好的性能在严酷的环境下。首先是引入疏水基团(13- - - - - -15]。一种有效的方法来改善聚合物盐宽容和热稳定性是通过增加聚合物疏水作用在分子链上引入疏水基团。聚合物与疏水集团表现出类似的粘度在新鲜和盐水水域。第二个是耐盐的引入组(16- - - - - -18]。HPAM的羧基组很容易与钙反应2 +和毫克2 +离子溶液中,形成沉淀,导致相分离或地层损害。如果-3H组可以引入丙烯酰胺(AM),聚合物可以表现出良好的热稳定性和增加宽容与二价和多价金属离子。此外,所以3H集团是强极性基团,其强大的亲水相互作用和静电斥力增加水溶性共聚物和分子链的体液(19- - - - - -21]。

受前人方法,一种新型热稳定和耐盐聚合物称为保护局合成可以通过引入水溶性磺酸团体终缔合聚合物被称为HPDN,准备从我,丙烯酸(AA),另一个使剂N, N-divinylnonadeca-1, 10-dien-2-amine (DNDA) emulsion-free激进的反应。然后,一系列的工作进行了hpd,如表征和性能测试。

2。实验

2.1。材料
2.1.1。药物

我获得了商业和纯化水-乙醇混合物的结晶。氢氧化钠,AA, NaHSO3(NH4)2年代2O8、烷基酚乙氧基化物(OP-10),氯化钠,MgCl2h·62O, CaCl2和其他化学物质是商用和直接使用前未经纯化。按照文献[DNDA准备22,23]。原油和HPAM来自胜利油田东营(山东,中国)。水被通过双重蒸馏和去离子的离子交换柱。所有其他化学试剂均为分析成绩,除非另有注明。

2.1.2。仪器

wqf - 520红外光谱仪(北京瑞利分析仪器有限公司),力量AC-E 200(力量BioSpin,瑞士),s - 3000 N的扫描电子显微镜(SEM、日立、日本),布鲁克菲尔德DV-III流变仪,HAAKE RheoStress 6000旋转流变仪(热费希尔科学、马萨诸塞州沃尔瑟姆/)和华林搅拌器(LB20EG实验室搅拌机)被用于这项研究。

2.2。准备保护局

共聚HPDN由emulsion-free自由基聚合。7克,3 g的AA, 0.0361 g DNDA,乳化剂(0.3 wt. %), NaHSO3——(NH4)2年代2O8引发剂(0.2 wt。% 1:1摩尔比)一起被去离子水在三颈烧瓶组装氮入口。反应堆被保存在一个水浴磁搅拌装置。共聚进行了40°C下N2大气10 h。反应的pH值是7。聚合物被孤立的用丙酮沉淀或水-乙醇和干在真空炉在40°C 7 h产生相应的共聚物。

一个新的合成了磺甲基化改性驱替剂通过反应与一氧化碳和NaHSO3。HPDN溶解1 wt。随着NaHSO %与去离子水被3和一氧化碳(7.5 wt。%,3:1摩尔比)在三颈烧瓶组装氮入口。反应堆被保存在一个水浴磁搅拌装置。反应是在70°C下N2的气氛。反应的pH值是11。聚合物是孤立的用丙酮沉淀或水-乙醇和干在真空炉在40°C 7 h产生相应的保护局。的合成溃败保护局计划所示1。
方案1
hpd的合成。
2.3。描述

HPDN和hpd wqf - 520红外光谱的特征。的1核磁共振光谱hpd的记录在力量AC-E 200(力量BioSpin,瑞士)光谱仪溶解样品的D2O和在200 MHz。

保护局是溶解在脱气和蒸馏水( , )观察微观结构。SEM图像是由s - 3000 N SEM(日立、日本)。扫描电镜的分辨率是3μ米,放大倍数从3到30000不等。分析是由20 kV加速电压和120 - 500 Pa在样品室的压力。

2.4。固有粘度

固有粘度( ]保护局是用乌氏粘度计的测量(直径:0.3毫米,长度:12.15厘米)在30°C。溶剂(1 mol / L氯化钠)流出时间大于100年代。因此,没有动能在观测数据进行了修正。使用大炮恒温浴的温度控制。一式三份记录在每个浓度使用秒表和一个0.2秒的准确性。在每个浓度,降低粘度( )和固有粘度( )测定聚合物通过时间的解决方案,然后,他们策划对聚合物溶液的浓度。外推法被用来获得拦截( )。然后,hpd的固有粘度计算使用以下方程: 在哪里 是固有粘度,mL / g; 是y轴截距;和 是聚合物溶液的初始浓度,g / mL。

2.5。粘度在不同浓度

建立了hpd和HPAM溶液不同浓度(聚合物稀溶液被母液稀释,下面的一样),和表观粘度的解决方案由Brookfield DV-III流变仪测定25°C。

2.6。流变学测试

聚合物溶液的流变特性是其解决方案属性密切相关。他们的解决方案的综合体现microphase结构和功能。因此,流变性质是反复利用研究的调查是否聚合物溶液驱油的要求在之前的研究。HAAKE RheoStress 6000旋转流变仪(热费希尔科学/马萨诸塞州沃尔瑟姆)被用来研究的流变特性保护局(1500 mg / L)和HPAM (1500 mg / L)解决方案在30°C。

2.7。稳定性实验

注入到地层时,聚合物溶液可以受到不同类型的剪切,如管道和形成的剪切。华林搅拌器(LB20EG实验室搅拌机)是用来模拟注入的剪切过程。不同浓度的HPAM和hpd剪30年代(5000 r / min) (24]。聚合物的粘度测定后30分钟。

温度上升的石油或天然气井/储层深度增加,从而使聚合物的粘度洪水代理显著下降。布鲁克菲尔德DV-III流变仪是用来测量hpd的表观粘度的解决方案(1500 mg / L)与HPAM相比(1500毫克/升)的解决方案。然后,耐热性和耐盐反复测试温度和盐度的增加。

2.8。物理模拟实验

填砂模型模型的物理模拟实验测试能力保护局建立阻力系数(RF)和残余射频(RRF),测量注入能力和概要文件的控制。单一均匀的核心是出现在填砂模型模型直径2.5厘米,长度为50厘米。模型的渗透率是在2.0到-3.0之间μm2通过与一些石英砂填料,由盐酸溶液和蒸馏水洗几次。在物理模拟实验中,核心与5000 mg / L氯化钠盐水饱和。然后,1500 mg / L聚合物溶液注入到核心的压力是稳定的。后来,水注入核心直到再次成为稳定的压力25,26]。聚合物溶液的射频和RRF计算使用方程(2)和(3),分别如下: 在哪里 和 阻力系数和残余阻力系数的聚合物溶液,分别; 和 聚合物注入和注水的渗透性,μm2; 和 是注入聚合物的粘度和水,mPa·s;和 和 前后的渗透率注入聚合物,μm2。

填砂模型的渗透率模型确定了用达西定律如下: 在哪里 是填砂模型的渗透率模型,μm2; 注入流体的粘度,μm2; 内填砂模型模型的横截面积,厘米吗2; 是液体的流速,毫升/秒; 压差,atm;和 的长度是填砂模型模型,厘米。

一个两层的模型有两个平行均匀具不同渗透率岩心在洪水也利用实验模拟储层的非均质性。每个核心都有直径2.5厘米,25厘米的长度。两层的渗透率是在1.2 - -1.8和0.4 - -0.6的范围内μm2,分别。在洪水的测试中,这两个核心和5000 mg / L氯化钠盐水饱和。然后,原油(表观粘度为58.2 mPa·s 60°C)注入核心饱和,直到没有盐水流入从结束的两个核心。衰老(24小时)后,盐水注入核心饱和油含水达到95%。盐水洪水后,0.3孔隙体积( )聚合物溶液的注入两层模型。然后,后续水继续被注入到含水达到95%。所有的实验都在60°C。石油的注射速度、盐水和洪水代理是3毫升/分钟。的三次采油聚合物解决方案计算使用方程(5)如下: 在哪里 是聚合物溶液的采油,%; 洪水过程的总复苏,%;和 的采油注水过程中,%。图1显示了洪水测试中使用的设备。


图1
一维三次采油填砂模型。1:ISCO泵;2:重油;3:聚合物溶液;4:氯化钠溶液;5:阀门;6:一维填砂模型;7:压力采集系统;8:恒温箱;9:样品装置; 10: computer.

3所示。结果与讨论

3.1。红外光谱分析

HPDN和hpd的结构经红外光谱(如图2)。红外光谱,某些群体的化学结合了乐队在或接近相同的频率,不管其他分子的结构。中确定的主要官能团的光谱HPDN包括h伸缩振动(3408厘米−1饱和的)和C = O变形(1675厘米−1)。在2945年达到顶峰,2921厘米−1表示ch的存在2——组和峰值C双键的伸缩振动出现在1660厘米−1。正如所料,红外光谱证实了不同单体的共聚物HPDN的存在。峰值在630、1045和1198厘米−1表示存在的磺酸基团。HPDN的红外光谱和保护局表示,磺酸组成功地连接到聚合物链。


图2
红外光谱HPDN和hpd。
3.2。1核磁共振分析

的1核磁共振光谱hpd在图所示3。化学位移值为5.96 ppm被分配到nh的质子2。碳碳双键的质子出现在5.59 ppm,和ch的质子2——在α-安置到磺酸组出现在5.57 ppm。化学位移值在3.41和3.39 ppm附近可以分配给ch的质子2-氮杂环。广泛的信号在2.11 ppm可以归因于亚甲基质子。附近的位移值分配给甲基1.11 ppm。其他变化值为1.11,3.57和4.70 ppm的质子被分配到H2O和乙醇。因此,1核磁共振光谱保护局表示,磺酸团体和DNDA成功连接到高分子链。


图3
1核磁共振光谱保护局。
3.3。环境扫描电镜(整体)的图像

整体是用来研究hpd的形态学和HPAM溶液浓度的1500 mg / L。如图4的观测精度(a)和(b)是20μm, (a)和(b)的放大5000倍。网络结构可以很容易地观察到,hpd链接和更好的空间网络结构表现出强于HPAM由于协会的行动。网络结构可以防止进一步的分子链的降解,因此更多的剪切,温度和盐抗性。

(一)
(一)
(b)
(b)
图4
结构的HPAM (a)和保护局(b)的解决方案。
3.4。的固有粘度保护局

固有粘度测量按照先前的实验计划,和hpd的结果是388.15 mL / g。图5表明, 和 保护局有良好的线性关系 。的 通用聚合物减少的减少 ,和 增加而减少 。的 保护局减少线性下降 ,类似传统聚合物的粘度行为报告的解决方案。


图5
之间的关系 或 和相对粘度。
3.5。流变特性的聚合物

流变特性研究了利用HAAKE RheoStress 6000旋转流变仪(如图6)。hpd的水溶液本身显示粘度比HPAM溶液在相同浓度,表明hpd的解决方案有一个完美的属性保留粘度和强大的非牛顿行为。


图6
表观粘度与剪切速率之间的关系。
3.6。稳定性实验

浓度hpd的表观粘度的影响和HPAM解决方案确定(如图7)。随着聚合物溶液浓度的增加,表观粘度的增加,和hpd的粘度低于HPAM在1500 mg / L。与此同时,随着聚合物溶液浓度的增大,hpd溶液的表观粘度急剧增加。在低浓度、聚合物主要是分子内协会的协会。当浓度大于CAC时,分子间协会成立了一个短暂的网络结构,可以增加聚合物的水力半径。与浓度的进一步增加,分子间协会形成分子间的结构。因此,hpd溶液的表观粘度厚得多。关键协会浓度大约是500 mg / L(如图7)。


图7
表观粘度与浓度之间的关系。

温度对聚合物溶液的影响研究(图8)。总的趋势表明一个表观粘度随着温度降低。这种现象可能是由于温度的影响。大量关联团体聚集在一起形成可逆的超分子结构通过强大的范德墙的交互,以及聚合物链相互缠绕形成氢键相互作用的溶液(27,28]。然而,分子间的相互作用是不稳定,特别是在高温下,导致了明显的减少。然而,在任何温度下,hpd的粘度高于HPAM,证明保护局发现更好的耐温性。


图8
表观粘度和温度之间的关系。

如表所示1剪切后,粘度保护局高于HPMA,特别是高浓度的解决方案,主要是由于保护局分子间的疏水协会。解决方案是在高剪切率时,大部分的网络结构和超分子聚合分手。然而,当剪切条件撤销,分子链形成新的协会聚合和网络结构。由于分子量大,分子链长,长在高剪切条件下,HPAM分子链可能会分成很多小段。因此,表观粘度大大降低了。上述结果表明,hpd的剪切阻力。

表1
数据保护局和HPAM剪切强度测试。

盐,如氯化钠、CaCl2,MgCl2,大量的水库的形成通常导致高盐度水,洪水聚合物的一个至关重要的问题。盐水浓度和表观粘度之间的关系如图9- - - - - -11。保护局表现出比HPAM在任何盐度较高的粘度,从而证明保护局盐水更宽容。结果还显示,hpd拥有耐盐结构。可能的机制是,疏水基团生成关联结构与盐溶液极性的增加,尤其是分子,能够温和的粘度下降引起的分子链卷曲。与此同时,引入salt-insensitive磺酸集团骨干可以组装更多的结合水分子削弱无机盐的脱水,造成可观测的耐盐碱能力增强(21,29日]。


图9
氯化钠浓度对聚合物溶液的表观粘度。表观粘度的测试是布鲁克菲尔德DV-III流变仪在7.34 s−1。

图10
MgCl效果2浓度对聚合物溶液的表观粘度。表观粘度的测试是布鲁克菲尔德DV-III流变仪在7.34 s−1。

图11
CaCl效果2浓度聚合物溶液的表观粘度。表观粘度的测试是布鲁克菲尔德DV-III流变仪在7.34 s−1。
3.7。粘弹性的保护局

图12显示了聚合物的粘弹性保护局和HPAM。弹性模量(G )保护局是低于HPAM在低频;随着频率的增加,出现大幅增加的趋势。当频率高于2.3赫兹,粘性模量高于HPAM保护局。损耗模量(G的比较 )保护局和HPAM表明他们增加频率的增加,前高的趋势。因此,hpd代表更好的粘弹性。


图12
模量和频率之间的关系。
3.8。物理模拟实验分析

类似保护局和HPAM溶液的浓度和填砂模型模型被用于实验的物理刺激。如图13注射压力被记录,然后,射频和RRF计算。保护局溶液流过沙滩包时,射频等于200.5和复位触发器等于27.9,而注射HPAM溶液后,射频等于42.4和RRF等于6.8。这项发现暗示保护局是更好地建立流动阻力来控制比HPAM在聚合物驱,从而扩大波及系数,提高最终的复苏。


图13
注入压力和注入孔隙体积之间的关系。

如图14采油改变注入水或聚合物溶液时的两种不同的均质核(初始含油饱和度为71.2%),这是用来模拟储层的不均匀性。实验结果表明,保护局和HPAM洪水可能会增加采油,和hpd洪水相比表现的更好。第一次注水复苏的两个实验分别为40.1%和41.3%,含水达到95%。然后,洪水代理和随后的水注入核心。在同等条件下,hpd的最终复苏和HPAM洪水分别为59.9%和55.4%,分别和三次采油分别为19.8%和14.1%,分别。首先注入地层时,聚合物溶液进入层渗透率高。然后,油水流动比率下降,注入压力上升,迫使更多的位移代理访问低渗透性层包含大部分未开发的石油。因此,原油采收率得到了改善和提高洗油效率。上述现象可能表明保护局具有较强的剪切强度,耐热性,盐耐受性和高于HPAM的稠化能力。


图14
采油和注水孔隙体积之间的关系。

4所示。结论

这项工作介绍一种新型聚合物保护局洪水聚合物。研究水溶性聚合物的属性显示良好的粘度性能,和粘度与浓度的增加急剧增加,特别是当水溶液的浓度比CAC厚。随着温度的增加,聚合物粘度降低,而HPAM的范围是比这小得多,因此显示伟大的耐温性。与此同时,hpd的粘度是在任何分享率相对较高。考虑疏水基团和磺酸组织嵌入到聚合物骨干,这部小说聚合物有更多的舒张压比咸水HPAM链段和网络结构。此外,hpd代表更好的锚固能力,尤其是在高频率。仿真实验表明,保护局执行更好地建立流动阻力控制在聚合物驱,和石油复苏增长19.8%低于5000 mg / L氯化钠盐水60°C。这些发现表明,小说终缔合聚合物可以是一个理想的候选人作为三次采油化学满足高温、高密度的水库。

数据可用性

列出所有数据的手稿。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由四川科技项目(应用基础研究)(2018 jy0515),开放石油和天然气的国家重点实验室的基础地质和开发(成都理工大学)(PLC20180103),开放油气田应用化学工程四川省重点实验室(YQKF202010)。