耐温耐盐聚合物AM-GO-AA的合成与驱油性研究

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石油是各国经济发展的重要资源基础。针对我国石油能源开发现状进行分析可知,我国油田已普遍进入到中后期采油阶段,此阶段主要运用的采油技术为强化采油技术,在该技术中运用最多的是化学驱中的聚合物驱。在油田生产中,使用频率最高的聚合物是部分水解聚丙烯酰胺(HPAM),通过对其理化性能进行分析可知,在高温高盐油藏环境下,HPAM聚合物的分子链很容易发生断裂,聚合物溶液粘度大幅降低,使得驱油效果并不理想。为了适应油藏的高温高盐环境,需要对聚合物的耐温耐盐性能做出改善,这是目前石油开采所面临的最大技术问题。为了解决上述问题,本文从分子结构着手,合成一种耐温耐盐的聚合物驱油剂。以氧化石墨烯(GO)、丙烯酰胺(AM)和丙烯酸(AA)为原料,亚硫酸氢钠为引发剂,采用自由基水溶液聚合法,合成一种耐温耐盐的疏水缔合聚合物,即AM-GO-AA。本文系统研究了GO的质量分数、AM:AA的质量比、引发剂质量分数、溶液p H值和反应温度对聚合物的特性粘数和表观粘度的影响,然后进行相关的正交实验,进一步研究不同实验条件对聚合物溶液粘度的影响。合成的适宜条件为:GO质量分数是0.1%,AM:AA质量比是7:2,引发剂质量分数为0.1%,溶液p H为7.2,反应温度控制在45℃。在正交实验中,对聚合物影响最大的因素是AM:AA质量比,其次为GO质量分数、引发剂质量分数、反应温度、p H值。采用傅立叶红外光谱(FTIR)和核磁共振氢谱(~1HNMR)对合成的聚合物AM-GO-AA进行结构表征。从红外谱图中可以得知,聚合物含有酰胺基、亚甲基、酯基和苯环等结构;核磁共振氢谱图上出现了甲基、酰胺基以及环上的双键和羟基的特征化学位移值,表明实验合成的聚合物为目标产物AM-GO-AA。研究聚合物的溶液性能,包括其增粘性、耐温性和耐盐性等。实验表明:在相同的聚合物浓度下,AM-GO-AA溶液拥有比HPAM溶液更高的粘度,且AM-GO-AA的临界缔合浓度为3.5g/L;在相同温度下,AM-GO-AA溶液拥有比HPAM溶液更高的粘度;在相同的无机盐浓度下,AM-GO-AA拥有比HPAM溶液更高的粘度,且AM-GO-AA聚合物的耐一价阳离子(Na+)的性能优于二价阳离子(Ca2+、Mg2+)。聚合物AM-GO-AA拥有比HPAM更好的性能,说明该聚合物有广泛的盐度和温度范围。研究聚合物AM-GO-AA的注入性能,在渗透率为50ⅹ10-3um~2的多孔介质中,聚合物注入性能较差;在渗透率范围为250-1500ⅹ10-3um~2的多孔介质中聚合物较好的注入性能,表明聚合物AM-GO-AA适用于中、高渗层。研究聚合物建立流动阻力的能力,实验结果表明:随着多孔介质的渗透率不断增大,聚合物.AM-GO-AA的动态滞留量减小,且AM-GO-AA的动态滞留量始终比HPAM大;随着渗透率的增大,聚合物AM-GO-AA的阻力系数和残余阻力系数减小,说明在低渗透率的多孔介质中建立流动阻力能力更强。
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