改性纳米SiO_2/AA/AM共聚物提高波及效率的可行性研究

【摘要】聚合物驱是一种相对成熟的提高原油采收率方法。由于驱油聚合物本身性能以及油藏条件等客观因素的影响,聚合物驱在均质性较好的油藏能够取得较理想的效果,但随着油藏非均质性增强,聚合物驱提高波及效率的能力大幅降低。因此,为了提高强非均质油藏的原油采收率,需要进一步增强聚合物提高驱替液波及效率的能力。随着聚合物驱油技术的发展,驱油聚合物的结构逐步从线性向支化、超支化方向拓展。超支化聚合物具有较强的抗剪切能力,能够在多孔介质中建立较高的阻力系数和残余阻力系数,在提高驱替液波及效率方面具有较大的潜力。目前,主要用有机物作为超支化聚合物的内核,所合成的超支化聚合物支链较少。增加内核的代数有利于增加超支化聚合物支链条数,但同时也增大了超支化聚合物的分子尺寸,从而使超支化聚合物的注入性变差。因此,有机物作为超支化聚合物内核难以在满足注入性要求的前提下有效增加支链条数。针对上述问题,提出将纳米二氧化硅(Si02)引入到驱油聚合物中,将其改性后与丙烯酸(AA)及丙烯酰胺(AM)共聚,合成出一类具有较多支链、超支化结构的改性纳米SiO2/AA/AM共聚物。根据分子结构设计,该类共聚物的分子链更柔顺,具有更强的形变恢复能力和抗剪切能力,在满足注入性要求的同时,能够在多孔介质中建立较高的阻力系数和残余阻力系数,并能够有效改善平面非均质性以及层间非均质性。因此,该类共聚物可以有效提高驱替液的波及效率。论文首先研究了纳米Si02表面可控改性方法,为将纳米Si02引入到驱油聚合物中提供可能性。为了便于测定纳米Si02表面改性程度,选择用带有氨基的硅烷偶联剂3-氨基丙基三甲氧基硅烷对纳米Si02表面进行改性。通过测定改性前纳米Si02表面羟基含量和改性后表面氨基含量可以确定改性程度；再将带有碳碳双键的顺丁烯二酸酐与经过3-氨基丙基三甲氧基硅烷改性后的纳米Si02反应,在纳米Si02表面接上具有反应活性的碳碳双键,使其能够参与聚合反应。通过控制反应温度、时间、溶剂以及原料加量,实现了纳米Si02表面可控改性。利用热重分析、元素分析、红外及核磁等表征手段证实了改性产物的结构。通过聚合物的分子结构设计,将改性纳米SiO2与AA和AM共聚,从而将纳米Si02引入到驱油聚合物中。采用正交试验-单因素试验相结合的方法,确定了改性纳米SiO2/AA/AM共聚物的合成条件：单体总质量浓度为25.7%,丙烯酰胺与丙烯酸的质量比为3.35,引发剂加量为单体总质量的0.20%,温度为40.4℃,pH为7.4;并用改性程度为28%和36%的改性纳米Si02合成出了两种共聚物。改性纳米SiO2/AA/AM共聚物的增黏性能、耐温性能以及抗盐性能可以满足聚合物驱的要求。改性纳米SiO2/AA/AM共聚物具有较强的抗剪切能力,随着剪切强度增大,其黏度保留率的降低幅度比部分水解聚丙烯酰胺的小。改性纳米SiO2/AA/AM共聚物的分子链具有更好的柔顺性、黏弹性以及形变恢复能力。共聚物的溶解时间在2h左右,过滤因子小于1.5,在渗透率高于0.7D的多孔介质中满足注入性要求。改性纳米SiO2/AA/AM共聚物能够在多孔介质中建立较高的阻力系数和残余阻力系数,能够有效建立渗流阻力。物模实验表明该类共聚物能够提高驱替液的注入压力、改善平面及层间非均质性,从而有效提高驱替液的波及效率。对改性纳米SiO2/AA/AM共聚物提高驱替液波及效率的作用机理进行了分析,认为共聚物的特殊分子结构使其抗剪切能力、柔顺性以及黏弹性等得到提高,不仅增强了共聚物提高驱替相黏度的能力,也增强了共聚物降低水相渗透率的能力。因此,改性纳米SiO2/AA/AM共聚物可以在非均质多孔介质中建立更高的渗流阻力,从而有效提高驱替液的波及效率。
【作者】覃孝平；
【导师】叶仲斌；赖南君；
【作者基本信息】西南石油大学，油气田开发工程，2014，博士
【关键词】提高原油采收率；聚合物驱；波及效率；纳米SiO2；可控改性；

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