聚丙烯酰胺甜菜堿復合體系流變性能研究

聚丙烯酰胺甜菜堿復合體系流變性能研究

自1996年聚合物驅油工業(yè)以來，油田的聚驅規(guī)模不斷擴大。聚合物驅油可以擴大波浪體積，提高驅油效率，比水驅油提高采收率約12個百分點，但聚驅后約50%的原油仍留在地下。如何提高聚合物驅油效率在確保油田的可持續(xù)發(fā)展中起著重要作用。對于聚合物驅油后的進一步提高采收率進行了研究，郭尚平等研究了聚合物驅油后表面活性劑驅油的進一步提高采收率，但存在比屋頂?shù)偷男阅芎筒ㄐ蜗禂?shù)的缺點。王剛等人利用新開發(fā)的甜菜堿兩層表面活性劑進行了可視化模型的擠油試驗。研究了聚合物驅油后剩余油的作用，提高了擠油效率。陸相國等人研究了聚合物驅油后三元復合驅油的可行性。采用物理模擬方法，對聚合物驅油后進一步提高波體積、提高采收率的影響進行了評價。趙福林等提出了聚合物驅油后剩余油的二次利用、深度調整剖面和高效洗油效率的模型。徐婷、熊盛春等采用了先進的模型，模擬了孤島田的油藏條件，并研究了提高聚合物驅油后采收率的方法。郭東紅等人發(fā)現(xiàn)了結合聚合物驅油前后收集的一系列致密采樣數(shù)據(jù)，總結了聚合物驅油后剩余油的分布特征，并分析了聚合物驅油后地下驅油的提取機制。韓培輝等人對聚合物驅油前后收集的閉合采樣數(shù)據(jù)進行了總結，總結了聚合物驅油后油層剩余油的分布特征，探索了聚合物驅油后驅油后驅油的提取方法。根據(jù)聚合物驅油技術的發(fā)展要求和適應性，劉鶴提出了相應的技術方向，主要包括高效擠油、精細擠孔和水平井泵送三個方面的八個技術方向。這些結果表明，聚合物驅油后的固定裝置、提高采收率的方法，以及不同粘度彈性的非堿驅油系統(tǒng)的驅油效果。筆者應用新研制的在無堿條件下可形成超低(10-3mN/m)界面張力的兩性甜菜堿型表面活性劑,利用可視化的仿真孔隙模型驅油實驗,研究了不同黏彈性的聚合物/表面活性劑二元體系對刻蝕仿真巖心中聚驅后殘余油的作用機理,及提高聚驅后殘余油采收率的可能性及其幅度,進一步完善了聚合物/表面活性劑二元體系提高采收率的機理.1表面活性劑濃度對聚合物/表面活性劑二元體系黏度和儲能模量的影響應用HARKE150流變儀研究了聚合物/羧基甜菜堿型兩性表面活性劑二元體系的流變性,實驗結果見圖1—圖2.圖1為表面活性劑質量濃度為1.0g/L時,聚合物質量濃度分別為2.0g/L、1.0g/L、0.5g/L的聚合物/表面活性劑二元體系的黏度曲線和儲能模量曲線.由圖可見,聚合物質量濃度越大,相同剪切速率和角速率下二元體系的黏度和儲能模量也越大.圖2為聚合物質量濃度為1.0g/L,表面活性劑質量濃度分別為0.0g/L、0.3g/L、1.0g/L、2.0g/L、20.0g/L的聚合物/表面活性劑二元體系的流變曲線.由圖可見,加入表面活性劑后,聚合物/表面活性劑二元體系的黏度略有下降,當表面活性劑質量濃度較低時,二元體系的黏度下降幅度不大,儲能模量基本不變;當表面活性劑增加到20.0g/L時,二元體系的黏度下降較大,儲能模量下降.2油擠出試驗及其結果分析2.1實驗用表面活性劑利用玻璃刻蝕的巖心模型進行驅油實驗,通過圖像采集系統(tǒng)將驅油過程的圖像轉化為計算機的數(shù)值信號,采用圖像分析技術研究聚合物表面活性劑二元復合體系的驅油過程,并計算采收率.實驗設備、流程及實驗步驟見文獻.實驗用油為大慶油田的脫氣脫水原油配制的模擬油,在實驗溫度下的黏度為10mPa·s;表面活性劑為羧基甜菜堿型的兩性表活劑;大慶注劑廠生產的聚丙烯酰胺(HPAM),相對分子質量分別為500×104、1700×104、3800×104,實驗用水為礦化度為3.7g/L的模擬鹽水.在可視化驅油實驗中,水驅后驅油用的聚合物質量濃度為1.0g/L,相對分子質量為1700×104;聚合物表面活性劑二元復合體系中的HPAM的質量濃度分別為0.5g/L、1.0g/L和2.0g/L,羧基甜菜堿的質量分數(shù)為0.2%,與模擬油的界面張力分別達到10-2mN/m、10-3mN/m.2.2油擠出二型驅油系統(tǒng)的粘度彈性對聚縮式擠出后的采收率的影響2.2.1元體系驅油效果分析設定水驅20PV和注入化學劑量20PV,是為了保證出口含水為100%及保證巖心中的剩余油全部為殘余油,研究注入的化學劑對水驅后、聚驅后殘余油的作用效果.實驗中聚驅所用聚合物相對分子質量均為1700×104,質量濃度為1.0g/L,與二元體系的聚合物相對分子質量相同.圖3和圖4分別給出了界面張力為10-2mN/m和10-3mN/m,聚合物相對分子質量為1700×104、質量濃度分別為0.5g/L、1.0g/L和2.0g/L的二元體系驅替聚驅后殘余油的圖片.表1給出了相應的采收率值.可以看出,用聚合物溶液驅替水驅后殘余油的采收率可以提高10%以上,聚驅后再用聚合物/表活劑二元體系對此聚驅后殘余油繼續(xù)驅替,無論是對聚合物驅未波及到的連續(xù)油區(qū),還是對束縛在孔隙中的殘余油,二元體系都具有很好的驅替效果.在相同界面張力數(shù)量級條件下,不同質量濃度的二元體系均可以提高聚驅后的殘余油采收率.隨著二元體系聚合物質量濃度的增大,二元驅的采收率提高值和最終采收率都增大.界面張力為10-2mN/m的不同黏彈性的二元體系對聚驅后殘余油的采收率分別提高9.04%、14.97%、21.01%,聚合物濃度為2.0g/L的二元體系的最終采收率達到了83.8%.界面張力為10-3mN/m的不同黏彈性的二元體系對聚驅后殘余油的采收率分別提高12.26%、21.55%、40.02%,聚合物質量濃度為2.0g/L的二元體系的最終采收率達到了97.03%,殘余油基本被驅替干凈,達到了非常理想的驅油效果.對比圖3和圖4可以看出,在界面張力達到10-2mN/m,聚合物質量濃度為2.0g/L的二元體系在聚驅后的采收率與界面張力達到10-3mN/m時聚合物質量濃度為1.0g/L的二元體系在聚驅后的提高采收率的幅度相當,也就是說,注入壓力允許的條件下,界面張力不一定要達到超低,適當增加聚合物溶液的質量濃度,也可以達到界面張力超低時的效果.2.2.2元體系驅油效果分析同樣,改變HPAM的相對分子質量,聚合物質量濃度不變,用界面張力為10-2mN/m數(shù)量級的二元體系對水驅后再聚驅之后的殘余油進行驅替,分析聚驅后不同相對分子質量的二元體系對聚驅后殘余油的作用效果.圖5給出了水驅后聚驅再用二元體系驅油的驅油效果圖片.二元體系的界面張力仍為10-2mN/m數(shù)量級,二元體系的聚合物溶液的相對分子質量分別為500×104、1700×104、3800×104,相應的采收率值見表1.由圖5和表1可見,隨HPAM相對分子質量的增加,聚驅后二元體系驅的采收率增加,當相對分子質量為3800×104時,聚驅后二元體系仍可提高采收率18.2%.上述分析表明,無論是改變聚合物溶液的相對分子質量還是改變聚合物溶液的質量濃度,在相同的界面張力條件下,二元體系都可以提高水驅后再聚驅之后的殘余油采收率.質量濃度越高、分子量越大,二元體系驅油的采收率增幅也越大.這就表明,二元體系的黏彈性越大,對殘余油的作用就越大,提高采收率的幅度也越大.3聚合物的界面張力(1)實驗用的兩性表面活性劑體系與油的界面張力可以達到超低,活性劑體系對無堿二元體系的黏度和體系彈性的影響非常小.(2)隨著二元驅油體系中聚合物相對分子質量的增加和質量濃度的增加,即二元體系的黏彈性增加,聚驅后二元驅的采