EOR应用领域聚合物研究进展
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➢ 使缔合作用主要发生在高分子链之间,而不主要发生在 链内
➢ 结合点（缔合链）主要发生在：
➢ 侧链←→侧链 ➢ 主链←→侧链 ➢ 主链←→交链剂（可逆） ←→主链
不能主要发生在： 主链←→主链 ➢ 结合点比例适当 ➢ 必须保持足够的亲水性，保持水溶性
溶液中聚合物分子形成的网状 结构的模型构想
➢ 以长链高分子主链为骨架、侧基为“臂”进行结合； ➢ 长链高分子中有的链节上带有比该链节长得多的可以
具有抗地层细菌、氧化环境、污水杂质的影 响保持粘度的能力。
➢ 成本低
聚合物现状
➢ 高效增粘性基本解决 ➢ 其它性能没有很好解决 ➢ 更没有同时解决
问题的理论分析与研究
➢ 现有理论及其缺陷
非牛顿流体溶液视粘度取决于：
✓
聚合物分子链（束、团）的流体力学
尺寸(M粘)
✓
聚合物分子链（束、团）之间的作用
我国聚合物驱系列配套技术
➢ 聚合物筛选与评价，聚合物流变性与渗流特性研究 ➢ 聚合物驱油提高采收率机理研究 ➢ 注水后期油藏精细描述研究 ➢ 聚合物驱油合理井网、井距设计 ➢ 聚合物驱油数值模拟 ➢ 运用于聚合物驱油的注采技术：分层注入、分层测试 ➢ 防窜及聚合物采出液系统采出工艺技术 ➢ 地面配、注设备的系列配套及应用 ➢ 聚合物驱油经济评价
➢ 研究和研制出能完全达到三次采油技术要求 的聚合物，是国内外本行业共同关注而至今 未能解决又急待解决的技术难题。
化学驱对聚合物的要求
➢ 高效增粘：一般指聚合物浓度1000mg/L的溶液粘度在 40mPa·s以上(标准条件)。
➢ 抗温性：温度升高，粘度不降或下降不多，或在油藏 温度下仍能达到40mPa·s以上。
CaCl2的存在对溶液粘度的影响
抗盐性改善
NaCl的存在对溶液粘度的影响
形成缔合键的侧基； ➢ 主链呈球形，外围有较长的可以相互结合的侧基； ➢ 长链高分子间依靠同时与另一种分子缔合而结合形成
结构； ➢ 不同种类聚合物分子间的缔合； ➢ 低分子缔合形成长链柔式链团（二次结构），再由它
们形成结构（三次、四次结构）； ➢ 星型结构…….
聚合物溶液内部网状结构与溶液流变特 性
该假设的可能结果
➢ 有更高的高效增粘性 ➢ 有足够的悬浮性 ➢ 有良好的剪切稀释特性和抗剪切性 ➢ 可能有好的抗温性、温增稠特性 ➢ 可能有好的抗盐性、盐增稠特性 ➢ 可能对溶解性、溶解速度有负面影响
溶液中聚合物分子形成空间网状结 构的可行性及方式构想
➢ 聚合物分子中可能存在能相互作用（吸引）的基团,它 们以非共价链形式（氢键 、库伦力、疏水基团间行结 合力……）相结合（缔合）
EOR应用领域聚合物研 究进展
2020年4月21日星期二
主要内容
➢问题的提出 ➢问题的理论分析与研究 ➢初步结果 ➢用于化学驱的初步评价 ➢适用我国各类油藏聚合物驱及三元复合驱的 驱替液体系及应用技术研究
问题的提出
➢ 国内外提高采收率的理论与实践证明：
对于适合于聚合物驱和复合驱提高采收率 的油藏，只要其驱替液性能达到设计要求，则可 将其水驱后的采收率再提高10~20% 。
➢ 表观粘度远大于其特性粘数
➢ 临界浓度CC与临界粘度 ➢ 流变模式：非牛顿流型
➢ 触变性 ➢ 静结构强度
CC
C
聚合物溶液内部网状结构与溶液流变特 性
➢ 哈金斯方程：η＝[η]＋K[η]2·C [η]——特性粘数，K——分子链间作用
➢ 粘弹性； ➢ 特殊盐效应：凡盐度增加引起缔合力增强，则可能提高
……….
聚合物驱现状
➢ 聚合物驱没有得到广泛应用ห้องสมุดไป่ตู้其巨大潜力未充 分发挥
➢ 原因：
✓ 驱替液的性能（特别是以粘度为主的流变性 ）未达到设计要求； ✓ 特别是当油藏温度大于70 ℃、矿化度大于 10000mg/L、原油粘度大于20~30mPa.s的油藏。
聚合物驱现状
➢ 至今国内外现有的水溶性聚合物都难以达到 设计要求；
✓
超分子聚集体进一步发展成为布满
❖ 研究了形成此类网状结构的影响因素及控制手段
体系空间的三维网状结构；
；
✓
初步建立起研究此网状结构的研究
❖ 生产出具有这种特性的聚合物。
荧光显微镜观测结果（18-0.75-2, 13.2×）
SEM照片，0.1%18-0.75-1B，4000×
SEM照片，0.1%18-0.75-1B，16,000×
抗盐性，甚至盐增稠； ➢ 特殊热效应：凡温度上升引起缔合力增强，则可能提高
抗温性,甚至热增稠。
初步结果
➢ 初步证实了理论设想，研制出所设想的聚合
物（NAPs）
❖ 证实了所设想的网状结构的存在
❖ 研究✓了这类网分状子结链构间的能形形成成过随程剪，切形而成可机逆理的以缔及
形成合模作式用；；
❖ 得出✓形成此类分网子状链结间构缔的合聚形合成物超分分子子结聚构集特体征；；
问题的理论分析与研究
➢ 现有理论及其缺陷
常用增粘办法：增加 M粘
✓
增加分子量
✓
增加链刚性，增加链伸展程
度(M粘)
必然结果
➢ 高效增粘可以解决 ➢ 抗温性不能很好解决 ➢ 抗盐性不能很好解决 ➢ 抗剪切性不能很好解决 ➢ 剪切稀释性不能很好解决 ➢ 时间稳定性不能很好解决
一种新的理论假设
➢ 利用聚合物溶液中聚合物分子链（束、团）间相互作用 来建立和调整溶液粘度，并对分子链间的作用作如下假 设： ✓ 聚合物溶液中聚合物分子链间适当结合，形成一 均匀布满整个体系的三维立体网状结构（多级结 构）； ✓ 此结构随速梯的增减而可逆变化； ✓ 此溶液体系为结构流体, 有：
化学驱对聚合物的要求
➢ 抗盐性：
✓ 矿化度增加，粘度不降或下降不多， ✓ 或在藏矿化度条件下仍能达到设计要求， ✓ 或可直接用油田污水配制聚合物仍能达到清 水配制的效果。
➢ 抗剪切能力:
✓ 溶液粘度不因剪切而大幅度下降，保持在 设计要求之内。
化学驱对聚合物的要求
➢ 剪切稀释性和粘弹性。 ➢ 长效性:
初步结果
➢ 这类溶液的流变特征得到证实
✓ 样品水溶液的流变性完全达到了预期的结 果
Cp=1500mg/L，Cs=5000mg/L，70-75℃
不同聚合物的粘浓关系对比 （25℃、45s-1）
抗温性改善
➢ NAPS溶液不仅可以比HPAM有更好的抗温性 ，而且的确可以在一定条件下作到温增稠。
抗盐性改善
➢ 结合点（缔合链）主要发生在：
➢ 侧链←→侧链 ➢ 主链←→侧链 ➢ 主链←→交链剂（可逆） ←→主链
不能主要发生在： 主链←→主链 ➢ 结合点比例适当 ➢ 必须保持足够的亲水性，保持水溶性
溶液中聚合物分子形成的网状 结构的模型构想
➢ 以长链高分子主链为骨架、侧基为“臂”进行结合； ➢ 长链高分子中有的链节上带有比该链节长得多的可以
具有抗地层细菌、氧化环境、污水杂质的影 响保持粘度的能力。
➢ 成本低
聚合物现状
➢ 高效增粘性基本解决 ➢ 其它性能没有很好解决 ➢ 更没有同时解决
问题的理论分析与研究
➢ 现有理论及其缺陷
非牛顿流体溶液视粘度取决于：
✓
聚合物分子链（束、团）的流体力学
尺寸(M粘)
✓
聚合物分子链（束、团）之间的作用
我国聚合物驱系列配套技术
➢ 聚合物筛选与评价，聚合物流变性与渗流特性研究 ➢ 聚合物驱油提高采收率机理研究 ➢ 注水后期油藏精细描述研究 ➢ 聚合物驱油合理井网、井距设计 ➢ 聚合物驱油数值模拟 ➢ 运用于聚合物驱油的注采技术：分层注入、分层测试 ➢ 防窜及聚合物采出液系统采出工艺技术 ➢ 地面配、注设备的系列配套及应用 ➢ 聚合物驱油经济评价
➢ 研究和研制出能完全达到三次采油技术要求 的聚合物，是国内外本行业共同关注而至今 未能解决又急待解决的技术难题。
化学驱对聚合物的要求
➢ 高效增粘：一般指聚合物浓度1000mg/L的溶液粘度在 40mPa·s以上(标准条件)。
➢ 抗温性：温度升高，粘度不降或下降不多，或在油藏 温度下仍能达到40mPa·s以上。
CaCl2的存在对溶液粘度的影响
抗盐性改善
NaCl的存在对溶液粘度的影响
形成缔合键的侧基； ➢ 主链呈球形，外围有较长的可以相互结合的侧基； ➢ 长链高分子间依靠同时与另一种分子缔合而结合形成
结构； ➢ 不同种类聚合物分子间的缔合； ➢ 低分子缔合形成长链柔式链团（二次结构），再由它
们形成结构（三次、四次结构）； ➢ 星型结构…….
聚合物溶液内部网状结构与溶液流变特 性
该假设的可能结果
➢ 有更高的高效增粘性 ➢ 有足够的悬浮性 ➢ 有良好的剪切稀释特性和抗剪切性 ➢ 可能有好的抗温性、温增稠特性 ➢ 可能有好的抗盐性、盐增稠特性 ➢ 可能对溶解性、溶解速度有负面影响
溶液中聚合物分子形成空间网状结 构的可行性及方式构想
➢ 聚合物分子中可能存在能相互作用（吸引）的基团,它 们以非共价链形式（氢键 、库伦力、疏水基团间行结 合力……）相结合（缔合）
EOR应用领域聚合物研 究进展
2020年4月21日星期二
主要内容
➢问题的提出 ➢问题的理论分析与研究 ➢初步结果 ➢用于化学驱的初步评价 ➢适用我国各类油藏聚合物驱及三元复合驱的 驱替液体系及应用技术研究
问题的提出
➢ 国内外提高采收率的理论与实践证明：
对于适合于聚合物驱和复合驱提高采收率 的油藏，只要其驱替液性能达到设计要求，则可 将其水驱后的采收率再提高10~20% 。
➢ 表观粘度远大于其特性粘数
➢ 临界浓度CC与临界粘度 ➢ 流变模式：非牛顿流型
➢ 触变性 ➢ 静结构强度
CC
C
聚合物溶液内部网状结构与溶液流变特 性
➢ 哈金斯方程：η＝[η]＋K[η]2·C [η]——特性粘数，K——分子链间作用
➢ 粘弹性； ➢ 特殊盐效应：凡盐度增加引起缔合力增强，则可能提高
……….
聚合物驱现状
➢ 聚合物驱没有得到广泛应用ห้องสมุดไป่ตู้其巨大潜力未充 分发挥
➢ 原因：
✓ 驱替液的性能（特别是以粘度为主的流变性 ）未达到设计要求； ✓ 特别是当油藏温度大于70 ℃、矿化度大于 10000mg/L、原油粘度大于20~30mPa.s的油藏。
聚合物驱现状
➢ 至今国内外现有的水溶性聚合物都难以达到 设计要求；
✓
超分子聚集体进一步发展成为布满
❖ 研究了形成此类网状结构的影响因素及控制手段
体系空间的三维网状结构；
；
✓
初步建立起研究此网状结构的研究
❖ 生产出具有这种特性的聚合物。
荧光显微镜观测结果（18-0.75-2, 13.2×）
SEM照片，0.1%18-0.75-1B，4000×
SEM照片，0.1%18-0.75-1B，16,000×
抗盐性，甚至盐增稠； ➢ 特殊热效应：凡温度上升引起缔合力增强，则可能提高
抗温性,甚至热增稠。
初步结果
➢ 初步证实了理论设想，研制出所设想的聚合
物（NAPs）
❖ 证实了所设想的网状结构的存在
❖ 研究✓了这类网分状子结链构间的能形形成成过随程剪，切形而成可机逆理的以缔及
形成合模作式用；；
❖ 得出✓形成此类分网子状链结间构缔的合聚形合成物超分分子子结聚构集特体征；；
问题的理论分析与研究
➢ 现有理论及其缺陷
常用增粘办法：增加 M粘
✓
增加分子量
✓
增加链刚性，增加链伸展程
度(M粘)
必然结果
➢ 高效增粘可以解决 ➢ 抗温性不能很好解决 ➢ 抗盐性不能很好解决 ➢ 抗剪切性不能很好解决 ➢ 剪切稀释性不能很好解决 ➢ 时间稳定性不能很好解决
一种新的理论假设
➢ 利用聚合物溶液中聚合物分子链（束、团）间相互作用 来建立和调整溶液粘度，并对分子链间的作用作如下假 设： ✓ 聚合物溶液中聚合物分子链间适当结合，形成一 均匀布满整个体系的三维立体网状结构（多级结 构）； ✓ 此结构随速梯的增减而可逆变化； ✓ 此溶液体系为结构流体, 有：
化学驱对聚合物的要求
➢ 抗盐性：
✓ 矿化度增加，粘度不降或下降不多， ✓ 或在藏矿化度条件下仍能达到设计要求， ✓ 或可直接用油田污水配制聚合物仍能达到清 水配制的效果。
➢ 抗剪切能力:
✓ 溶液粘度不因剪切而大幅度下降，保持在 设计要求之内。
化学驱对聚合物的要求
➢ 剪切稀释性和粘弹性。 ➢ 长效性:
初步结果
➢ 这类溶液的流变特征得到证实
✓ 样品水溶液的流变性完全达到了预期的结 果
Cp=1500mg/L，Cs=5000mg/L，70-75℃
不同聚合物的粘浓关系对比 （25℃、45s-1）
抗温性改善
➢ NAPS溶液不仅可以比HPAM有更好的抗温性 ，而且的确可以在一定条件下作到温增稠。
抗盐性改善