驱油用水溶性疏水缔合聚合物AP-P4性能及应用

7
1.3 增粘性
表 3 污水水质参数表
离子组成
K+Na+
Mg2+
Ca2+
Cl-
SO42-
HCO3-
CO32-
总矿化度 TDS， 6499 9048.0
港西（mg/L）
1905
30 228.9
39
1109
0 36.6
3146 190.6
0 0
渤海（mg/L） 2551.91
10000 -1 表观粘度,mPa.s（7.34s)
16
1.7 剪切稳定性
1000
KY 粘度,mPa.s 3630S
100
AP-P4
10
1 0 200 400 600 800 1000 1200
孔隙流速 m/d
图9 1000mg/l聚合物溶液保留粘度与孔隙流速关系曲线 聚合物溶液保留粘度与孔隙流速关系曲线 实验条件和方法:模拟注水井炮眼地层的孔隙流速 一般范围在 之间)， 实验条件和方法 模拟注水井炮眼地层的孔隙流速(一般范围在 模拟注水井炮眼地层的孔隙流速 一般范围在100~400m/d之间 ，测定 之间 不同孔隙流速条件下的聚合物溶液经过高速泵注入岩芯（渗透率为 不同孔隙流速条件下的聚合物溶液经过高速泵注入岩芯（渗透率为1.0um2，长4cm，直 ， 与孔隙流速的关系。 径1.4cm）后流出聚合物溶液的粘度（港西污水 ℃,7.34s-1）与孔隙流速的关系。 ）后流出聚合物溶液的粘度（港西污水,63℃
注入性 吸附 阻力系数及残余阻力系数 驱替实验
现场应用实例
调剖堵水 海上油田注聚
结论
2
1 背景
开发耐盐耐温聚合物是聚合物驱技术发展的要求; 开发耐盐耐温聚合物是聚合物驱技术发展的要求; 有多种途径和思路, 有多种途径和思路,水溶性疏水缔合聚合物是具有潜力 的耐温耐盐驱油用聚合物,上世纪80年代开始,一直没 的耐温耐盐驱油用聚合物,上世纪80年代开始, 80年代开始 取得实用工业化化产品; 取得实用工业化化产品; 西南石油学院经过近20年的研究, 西南石油学院经过近20年的研究,最近成功开发出具有 20年的研究 良好抗温抗盐性能的工业化驱油用水溶性疏水缔合聚 合物干粉产品,并已投入现场实际应用. 合物干粉产品,并已投入现场实际应用.
KY聚合物溶液只有在高频下 低剪切 才 聚合物溶液只有在高频下(低剪切 聚合物溶液只有在高频下 低剪切)才 显现以弹性为主的流变行为
f=0.1(1/s) f=0.464(1/s) f=2.154(1/s) f=0.215(1/s) f=1(1/s)
经过400m/d的岩心剪切后 基 的岩心剪切后,基 经过 的岩心剪切后 本显现以粘性性为主的流变行为
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老化时间增加,粘度持续增大 研究时间范围内 老化时间增加 粘度持续增大(研究时间范围内 粘度持续增大 研究时间范围内); AP-P4在此老化温度下具有良好的老化稳定性 在此老化温度下具有良好的老化稳定性; 在此老化温度下具有良好的老化稳定性 聚合物分子链基本没有热降解， 聚合物分子链基本没有热降解，而分子间缔合随老化 时间的增加不断加强(在此温度下和时间范围内 时间的增加不断加强 在此温度下和时间范围内). 在此温度下和时间范围内
21
2、驱替性质 、
22
2.1 可注入性
高粘结构溶液是否导致注入压力过高? 高粘结构溶液是否导致注入压力过高
?
23
一般规律,粘度越 一般规律 粘度越 高,注入压力越大 注入压力越大
30
注入压力，MPa 注入压力，
25 20 15 10 5 0
KY APAP-P4 3630S
粘度高很多,注入压力 粘度高很多 注入压力 反而明显低,注入速度 反而明显低 注入速度 越大,差别越显著 越大 差别越显著
10
特殊规律:温度
900 800 表观粘度 表观粘度，mPa.s 700 600 500 400 300 200 100 0 20 40 60 80 100
粘度
高浓度的2价离子与聚合物分子间发 生了某种特殊相互作用，温度升高有 利于这种作用，增强了缔合聚合物分 子间的缔合，溶液表观粘度显著增加。
图5 聚合物AP-P4溶液粘度与温度的关系 （渤海配聚污水,7.34s-1）
10
1000
孔隙流速,m/d 孔隙流速,m/d
图13
1500mg/l聚合物溶液注入压力 1500mg/l聚合物溶液注入压力 与注入速度V P与注入速度V的关系
6
对缔合聚合物溶解性的几点认识
驱油水溶性疏水缔合聚合物干粉的溶解是个难题; 驱油水溶性疏水缔合聚合物干粉的溶解是个难题 水溶性疏水缔合聚合物干粉是可以溶解的,调整合成和干燥工艺技术 水溶性疏水缔合聚合物干粉是可以溶解的 调整合成和干燥工艺技术 能得到满足工程应用溶解速度要求的产品 推荐在高母液浓度（ 和较高温度（ 推荐在高母液浓度（>5000mg/L)和较高温度（>35℃,油田回注污水 和较高温度 ℃ 油田回注污水 水温基本能满足)下溶解聚合物 能保证 小时溶解. 水温基本能满足 下溶解聚合物,能保证 小时溶解 下溶解聚合物 能保证2小时溶解
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1.6 老化稳定性
10000 Apparent Viscosity,mPa.s
1000 表观粘度,mPa.s
1000
100
Aging Time,Day 100 0 20 40 60 Fig7 AP-P4溶液粘度与老化时间的关系,聚 合物浓度1500mg/L,NaCl浓度20000.0mg/L
Aging Time,Day 10 0 20 40 60 Fig8 AP-P4 溶液粘 度与 老化 时间 的关 系 ，聚合 物浓 度150 0mg/L, CaCl2 浓 度 1000mg/L
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1.4 耐温性(与分子结构 水质组成有关 与分子结构\水质组成有关 与分子结构 水质组成有关)
常见规律: 温度
1000 表观粘度,mPa.s
粘度
100
10 40 60 80 100
温度(temperature,℃)
溶液粘度与温度的关系（ 图4 AP-P4溶液粘度与温度的关系（7.34s-1)，矿化度 溶液粘度与温度的关系 ，矿化度19334mg/L,离子组成比 离子组成比 与表2 中同。 例 与表 中同。
驱油用水溶性疏水缔合聚合物 AP-P4性能及应用 AP-P4性能及应用
中国工程院院士) 罗 平 亚 (中国工程院院士) 博士) 郭 拥 军 (博士)
西南石油学院油气藏地质及开发工程国家重点实验室
目录 背景 AP-P4溶液性质 溶液性质
溶解性 增粘性 抗盐性 耐温性 老化稳定性 剪切稳定性 溶液粘弹性 AP-P4的驱替性质 的驱替性质
3
1、溶液性质 、
4
1.1、 AP-P4分子结构、参照聚合物理化参数 、 分子结构、 分子结构
图1 缔合聚合物分子结构示意图（R为疏水侧链,碳原子数在12-20间不等）
表 1 样品基本参数 聚合物名称 3630s(法国) KY（中国） AP-P4（西南石油学院） 固含量,% 89.44 87.90 88.20 水解度, mol% 23.5 27.1 25.3 分子量×106 19.8 23.4 About 10 水不溶物 % 0.292 0.240 0.230
经过1200m/d的岩心剪切后 的岩心剪切后, 经过 的岩心剪切后 仍显现以弹性性为主的流变行为 流速，m/d 流速，
流速，m/d
图 12 AP-P4 （ 1500mg/L ）孔隙流速与 线
G'/G" 的关系曲
按1.7中介绍的实验方法和条件预先对 1.7中介绍的实验方法和条件预先对 聚合物溶液进行岩心高速过滤剪切, 聚合物溶液进行岩心高速过滤剪切,然后测 定岩心流出溶液的粘弹性
100
10
1 10 100 1000
CaCl 2 浓度,mg/L
10000
图6 1500mg/L AP-P4溶液粘度与CaCl2浓度的关系
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AP-P4溶液粘度随温度和矿化度的变化规律与 溶液粘度随温度和矿化度的变化规律与HPAM 溶液粘度随温度和矿化度的变化规律与 有差别,可能出现热增粘和盐现象 这不仅与聚合物分子 有差别 可能出现热增粘和盐现象,这不仅与聚合物分子 可能出现热增粘和盐现象 结构有关,而且与水的离子组成密切相关 根据具体的水 结构有关 而且与水的离子组成密切相关.根据具体的水 而且与水的离子组成密切相关 质组成，设计特定分子结构， 质组成，设计特定分子结构，可以获得温增稠和盐增 稠的缔合聚合物. 稠的缔合聚合物
AP-P4聚合物溶液在所有频率下均显现 聚合物溶液在所有频率下均显现 f=0.1(1/s) f=0.147(1/s) 以弹性为主的流变行为(G’/G’’>1) 以弹性为主的流变行为
f=0.215(1/s) f=0.464(1/s) f=1(1/s) f=0.316(1/s) f=0.681(1/s) f=1.468(1/s)
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2）相位角δ分析 AP-P4溶液粘弹性 1.8 相位角 分析 AP-P4分析。 溶液粘弹性 tanδ=G”/G’
2 G’ /G” 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
0 800 1000 1200 1500 流速， 流速 ， m / d KY( 1500mg 图 11 KY ( 1500 mg / l ) 孔隙流速与粘弹性比值的关系曲线 50 100 200 300 400 600
569.0 5470.7
1000
100 3630 10 AP-P4 KY
1 0 1000 2000 3000 4000
聚合物浓度Cpol.(mg/L)
图2 港西污水(50℃)聚合物溶液粘/浓关系
8
粘度表观 ， mPa . s( 8 .54 s )
1000 KY 100 3630s AP-P4 10
按1.7中介绍的实验方法和条件预先对聚合物溶液进行岩心 1.7中介绍的实验方法和条件预先对聚合物溶液进行岩心 高速过滤剪切, 高速过滤剪切,然后测试岩心流出溶液的粘弹性
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弹性为主的流变行为可能有利于驱油
4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 50 100 200 300 400 600 800 1000 1200 G’/G /G /G”
5
1.2、 溶解性 、
表 2 缔合聚合物 AP-P4 在不同矿化度盐水中的溶解时间
矿化度 6000.0 12000 22000 30000 350000 40000
溶解时间
0.6
1.0
1h20min
1h45min
2h
2h40min
实验条件：恒温35℃，恒速搅拌溶解不同矿化度5000mg/L聚合物母液。 实验条件 其中矿化度为40000.0mg/L的模拟盐水组成为:Na2SO4:0.928g/L; CaCl2: 1.248g/L;NaCl:36.592g/L;MgCl2.6H2O:1.652g/L。（其它矿化度水配制时盐的组成与 此比例相同）
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1.5 耐盐性
1000
常见规律:盐度
表观粘度,mPa.s
粘度
100
AP-P4-1500mg/L KY－2000mg/L
特殊ห้องสมุดไป่ตู้律:盐度 粘度
10 0 10000 20000 30000 NaCl浓度,mg/L 40000
图5 不同聚合物溶液粘度与NaCl浓度的关系
12
1000
表观粘度,mPa.s
17
下降区
1000
粘度,mPa.s
平台区
3630S KY AP-P4
下降区
100
单调下降
10
1 0 200 400 600 800 1000 1200 1400
孔隙流速,m/d 图10 1500mg/l聚合物溶液保留粘度与孔 隙流速关系曲线
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可能的机理
<50m/d，流动导致大的超分子网状结构逐渐被破坏，粘度明显下 ，流动导致大的超分子网状结构逐渐被破坏， 降; 50-800m/d, 孔隙流速下的剪切不足以使缔合聚合物断链，因此仍 孔隙流速下的剪切不足以使缔合聚合物断链， 能维持其网状结构，因而溶液保留粘度基本不变。 能维持其网状结构，因而溶液保留粘度基本不变。 当孔隙流速超过800m/d后，缔合聚合物的分子链开始发生剪切降 后 当孔隙流速超过 解，溶液中只能形成更小的网状结构，因此溶液粘度又开始下降。 溶液中只能形成更小的网状结构，因此溶液粘度又开始下降。
-1
1 400 900 1400 1900 ， mg / L
聚合物浓度Cpoly.
图 3
渤海配聚水（高硬度）聚合物溶液粘度与浓度关系
相对参照聚合物,AP-P4在高盐度产出污水中具有更好的增 相对参照聚合物,AP-P4在高盐度产出污水中具有更好的增 ,AP 粘能力,特别是高硬度水中优势更为明显. 粘能力,特别是高硬度水中优势更为明显.