高效驱油体系的设计与研究

Acetone
主要研究进展-驱油剂结构与性能的表征
乳化原油性能
高效 空白 三元 HPAM 高效 HPAM 三元 空白
对于正庚烷
1.APAM ； 2.模拟三元体系；3.HPAM；4.空白（盐水和油相混合） 对于电脱 原油
APAM、HPAM浓度1500 mg/L 体系组成：HPAM1500mg/L、SDS3000mg/L、NaOH 1200
2
Hob s(K J/m ol)
0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 0 1 2 3 4 5 6
CAC
Cm
C2
7
8
Concentration surfactant Concentrationof of Double-chained Double-Chained Surfactant
2
主要研究进展-分子设计基本原理的研究
复合驱
聚合物＋表面活性剂＋(碱)
u u u
抗盐/抗温性 差 渗透性差 溶解性差
u u u
抗剪切差 无法用污水配注 界面活性低
油藏中分子运移差别大 协同效应差 表面活性剂成本、界面活性需优化
单一组分的高效聚合物驱油体系
增粘、耐温、抗盐、速溶、抗剪切、界面活性、乳化原油
目标任务完成情况
考核指标 (1) 深 入 认 识高效两亲高分 子驱油剂分子设 计的规律和机理 (2) 在 多 功 能 两亲高分子分子 结构的设计方面 有所突破 完成情况 深入研究了驱油体系分子结构与其各项性能以 及驱油效率之间的关系，得到了一些对新型驱油 体系研制具有指导意义的规律性研究成果。相关 基础工作共发表SCI论文24篇。 在对分子间相互作用、分子聚集行为、驱油体 系相行为等方面进行深入系统研究的基础上，通 过引入高空间位阻、高界面活性、抗氧化、抗生 物降解以及用于调整分子间相互作用的的功能单 体，通过控制分子量、调整亲疏水单体的比例， 实现了多种功能单体的共聚，平衡了分子结构设 计上的多种矛盾，用一种驱油剂分子实现了聚合 物和表面活性剂二者的功能，提高了聚合物的驱 油效率。已申请国际发明专利4项，获授权中国 发明专利1项。
p
主要研究进展-分子设计基本原理的研究
寡聚表面活性剂
星状三聚表面活性剂 线状四聚表面活性剂
星状/线状过渡型四聚表面活性剂
H N O N N N O N N OO N NH
4 Cl–
星状四聚表面活性剂
星状六聚表面活性剂
主要研究进展-分子设计基本原理的研究
S
利用新型两亲分子的聚集能 力和丰富的聚集结构调控大 分子的聚集结构与功能
原料
出料
一级流化干燥效率低 n
设备
包装
n
聚合釜温控准确性差 n 重新设定测温点 n 冷凝盘管的设计 n 瓶颈设备重新选型
n 体系冷凝速率低 n 产能低
主要研究进展-中试产品性能指标
放大产品的各项性能达到预期的各项技术指标，具有优 越的耐温、耐盐、速溶、抗老化性能、高效乳化原油与 高效降低稠油粘度的能力、显著增强的驱油效率
(a) 油田注入流体配置的 1500 mg/L 的驱 油 剂 溶液， 每100 mL 溶液乳化的原油不低于30 mL ，经 90 天稳定性实验，乳化程度保留率60％ (b)在油田现场条件下，溶解时间小于50 min (c) 在 40000mg/L 的 盐浓 度下（含 Ca 、 Mg 离子 1000mg/L），1500 mg/L驱油剂溶液在 45oC温度下的粘度不低于80 mPa，90天老化实 验粘度保留率不低于45% (d)在65oC温度下，渤海油田污水配制的1500 mg/ L驱油剂溶液的粘度达到28 mPa (e)以Warring搅拌器进行剪切实验，剪切保留率不低于 50％;
项目名称：石油开采中的若干关键科学问题 与技术应用示范 课题名称：高效驱油体系的设计与研究
汇 报
u
u
提
纲
项目实施的背景与意义
目标任务完成情况
u
u u u
主要研究进展
发表文章与申请专利的情况 人才培养情况 经费使用情况
项目实施的背景与意义
聚合物驱
超高分子量 聚丙烯酰胺
u u u
CH2 n C=O NH2 CH CH2 CH C=O ONa m
主要研究进展-中试放大试验
n n
单 体
从原料提纯、工艺控制、设备调整等方面反复改进 部分样品顺利完成放大试验，生产规模达到6吨/釜
分类
解决的问题
分子量多分散系数高
采用的主要方法
助剂调节微嵌段尺寸 n 调节振动流化床温 度梯度 n 增设干燥气流孔
聚合釜 筛 分
聚合 产物
溶解性能降低
反应 过程
流化床
n 聚合诱导期长 n 改变引发体系加入 n 聚合反应温升曲线重 方式 现性弱 n 螯合剂使用 原料纯度低、阻聚剂含 量高 n 阴/阳离子交换树脂提 纯 设计螺杆参数
(b)在油田现场条件下，溶解时间小于50 (b)在油田现场条件下，溶解时间不超过 min 1小时 (c)抗盐能力达到40000 mg/L的 (c)抗盐能力达到40000 mg/L的盐浓度 (d)在1500 mg/L的浓度下， 在油田配注条件下粘度不低于80 mPa，90天老化实验粘度保留率不 低于40%；在65oC温度下，油田污水配 制的粘度不低于20 mPa (e)以Warring搅拌器进行剪切实 验(一挡，20秒)，剪切保留率不低于 30％ 盐浓度，即在此盐浓度条件下(含钙、镁离子 1000mg/L),1500 mg/L 驱油剂溶液在45oC温度下的粘度不低于80 mPa，90天老化实验粘度保留率不低于 45% (d)在65oC温度下，渤海油田污水配制的 1500 mg/L驱油剂溶液的粘度达到 28 mPa (e)以Warring搅拌器进行剪切实验， 剪切保留率不低于50％;
主要研究进展-驱油机理的研究
g/L
注入水 条 件下； 浓 度 1000
m
显 微 镜 下 的 原 油 乳 化 效 果
稀油－SDBS PAM
稀油－A
稠油－SDBS 油－APAM
p
稠油-普通PAM
稠
APAM对稀油和稠油都有很好的分散乳化能力
22
主要研究进展-驱油机理的研究
溶液液滴与稠油的接触角接触角越小，表 明溶液越容易润湿表面。 两亲聚合物浓度：400 m 两亲聚合物浓度：1500 m g/L g/L
5
6
机械降 表观粘度保留值 解 （mPa.s） 表观粘度保留值 （mPa.s） 热稳定 性 表观粘度保留率 （%） 静态吸附量（g/g）
34～40
29～34 ≥ 80
65℃，现场水，1750 mg/L 1档20秒剪切, 90天除氧老化 油砂
7
185
主要研究进展-驱油剂结构与性能的表征
油水界面张力
复合物
u
结合胶束结构 溶油相
增
u
增加聚合物刚性 流变性
调整胶束电荷密度 定性
改善
抗盐稳
7
8
factant actant
u
缔合结构
u
u
具有很大的粘度
体系粘度的增加不再依赖于聚合物 的超高分子量 提 高渗透性
主要研究进展-分子设计基本原理的研究
C1
80
'
C2
B-1
'
Hobs (kJ/mol)
60 40 20 0 80 60
目标任务完成情况
考核指标 中试产品达到以下技术指标： (a)以油田注入流体为溶剂，在 1500 mg/L的浓度下，每100 mL高分子溶液乳化原油不低于30 mL， 经90天稳定性实验，乳化程度保留率60 ％ 完成情况 高分子驱油剂中试放大产品达到的技术指标： (a)以油田注入流体为溶剂，在1500 mg/L的浓度下，每100 mL高分子溶 液乳化原油不低于30 mL，经90天稳定性 实验，乳化程度保留率60％
两亲高分子驱油体系与原油的 界面张力(65℃)。 APAM可使 油水界面张力降至10-1 mN/m APAM浓度1500mg/L，60℃下降粘率 可达到91.3%，而30℃下降粘率可达到 92.8%
主要研究进展-驱油剂结构与性能的表征
驱油效率-岩心驱替实验
聚合物 (1750mg/L) 剪切APAM 剪切APP4 剪切YK APAM YK 聚驱后 水驱采 聚驱采 岩心长 岩心直 渗透率 注聚体 水驱采 总采出 出程度 出程度 度(cm) 径(cm) (mD) 积(PV) 出程度 程度(%) (% ) (%) (%) 7.42 2.53 1448 0.5 43.04 8.82 16.49 67.35 7.55 2.51 1369 0.5 44.27 6.59 13.26 64.12 7.47 2.51 1453 0.5 43.12 4.86 13.45 61.43 44.23 9.64 17.89 71.46 7.51 2.49 1526 0.5 7.55 2.51 1334 0.5 44.02 5.54 16.51 66.07
主要研究进展-两亲高分子驱油剂的设计与合成
p
空间序列分布
p
近程/远程结构的调
节 合成影响因素
n
合成方法
n 溶液自由基聚合
n 胶束聚合
n n n n
n
复合引发体系 引发温度 体系pH 单体浓度 搅拌方式 其它助剂
• 系统优化了分子结构、反应方法、反应条件 • 系统研究了这些因素对高分子驱油剂性能的影响
Gemini表面活性 剂
连接基团 长短 氟代程度 刚柔性 亲疏水性
疏水链 碳链长度 不对称性 氟代程度 尾部基团
p
S
亲水头基 电性 反离子 氢键形成能力 与金属离子络合
骨架结构 疏水链位置 氢键基团位置 共轭基团位置 极性基团位置
揭示了全面调控聚集体结构的协同作用机 制 为两亲分子的功能调控奠定了基础
800 ppm APAM
4 wt％NaCl
浓度1500 mg/L
p
APAM溶液中的空间致密网络结构是其在溶液中增 粘、高效乳化原油的基础
主要研究进展-驱油机理的研究
表面吸附结构
具有不同电荷密度PAM-C14-AA的AFM形貌图
(a) (b )
(c)
(a) PAM-C14-AA (5%) %)
(b) PAM-C14-AA (10%)
B-2
100-T%
40 20 0 60 40 B-3
(mV)
20 0 -20 -40 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
CPAHB (mM)
SEM
Cryo-TEM
主要研究进展-功能单体的设计、合成与表征
功能单体设计原则
在高分子链段中引入具有特殊结构的单体，调整高 分子的存在形态、聚集体形成能力和结构、高分子分子内 与分子间的相互作用以及与原油、矿藏分子间的相互作用 ，实现在分子结构层面上对驱油体系性能的调整。
80 70 60 50 40 30 20 10 0
聚驱提 高采收 率 (%) 25.31 19.85 18.31 27.23 22.05
剪切APAM 剪切APP4
剪切YK
APAM YK
主要研究进展-驱油机理的研究
溶液中微观形貌
HPAM部分水解聚丙 烯酰胺
APAM高效驱油体系
400 ppm APAM
引入高空间位阻侧基 提高抗盐、耐温能力 引入具有两亲性质的功能单体 油的能力 调节亲水\疏水单体的平衡 解性 引入增强分子间相互作用的功能单体 引入抗氧化/抗生物降解的功能单体 提高乳化原 改善溶 提高粘弹性 提高稳定性
u
u
u
u u
主要研究进展-功能单体的设计、合成与表征
功能单体结构式-举例
建立了结构丰富的单体库
10
10000 90 8000
稠油降粘效果
12000 100
(mN/m)
(mPa
1
6000
80
4000
30℃
2000
70
0.1
0
60℃
60 0 500 1000 1500 2000
0
500
1000 1500 APAM (mg/L)
2000
APAM concentration (mg/L)
油水体积比1：l
与原油的亲和性
50. 47o
33.02o
30. 09o
19.3 7o
75.93°
97.52°
APAM疏水基伸入油相， 亲水基伸入水相发生定向 吸附，与稠油的亲和性增 强，润湿效果较好。
HPAM（1000mg/L）
模拟注入水
与原油强的亲和性、对原油的高效乳化能力 是高分子驱油剂具有较高驱油效率的重要因素
主要研究进展
p
p
分子设计基本原理的研究
功能单体的结构设计、合成与表征
p
p p p
两亲高分子驱油体系的设计与合成
驱油体系结构与性能的表征 驱油体系驱油机理的研究 驱油体系的中试生产和矿场驱油试验
主要研究进展-分子设计基本原理的研究
S
三聚
聚合物 表面活性剂Fra Baidu bibliotek

四聚
主要研究进展-分子设计基本原理的研究
(c) PAM-C14-AA (20
聚合物吸附膜对环境变化的响应性
Adsorbed with polymer pH 7.0 pH 4.8 56.5 61.3
Ethanol
41.8 46.1
Acetone
57.8 57.1
Hexane
83.7 77.0
n-Hexane
Ethanol
主要研究进展-达到的基本性能
序 号
1 2 3 4
参数
固含量（%） 水解度（mol%） 溶解性（min） 溶液表观粘度(mPa.s)
性能
88～94 25～29 ≤50min 60～70
备注
45℃，现场水，5000mg/L， 机械搅拌（400 r/min） 65℃，现场水，1750 mg/L 65℃，现场水，1750 mg/L 1档20秒剪切