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《中国石油大学(华东)》 2016年
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丙烯酰胺冻胶堵剂脱水机理研究

陈立峰  
【摘要】:丙烯酰胺冻胶是油田调剖堵水作业中广泛应用的堵剂体系。然而,受温度、无机盐等环境因素的影响,冻胶会产生脱水的现象。脱水使得冻胶封堵能力显著下降,导致油田调剖堵水有效期缩短。因此,探明冻胶脱水机理,并建立抑制冻胶脱水的方法,是延长油田调剖堵水有效期从而提高采收率的关键。考察了部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)—铬冻胶、丙烯酰胺/丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚物(AM/DAC)—酚醛冻胶的脱水规律。结果表明,在一定范围之内,高分子量、高酰胺基含量的丙烯酰胺聚合物有利于冻胶的稳定;提高交联剂/聚合物的用量比、升高温度、增大矿化度使得冻胶脱水率升高;少量的钙离子可抑制HPAM冻胶脱水。通过差示扫描量热法分析了成胶液和冻胶中水相的存在状态,结果表明,在成胶及脱水过程中,冻胶中结合水质量分数减小、自由水质量分数增大,由此认为,冻胶脱水的实质是冻胶中结合水转化为自由水、继而自由水从冻胶中脱出的过程。脱水过程中冻胶中水相存在状态发生转化的根本原因是交联体系亲水性的降低,而交联密度增大以及聚合物降解是降低交联体系亲水性的重要原因。交联密度受交联中间体形成速度的影响较大,当交联中间体形成速度较快时,体系交联速度较大,交联密度增大迅速,交联体系亲水性降低较快,使得冻胶易脱水;而聚合物的降解程度可用聚合物流体力学半径表征,受氧化降解、盐敏效应等因素的影响,冻胶中聚合物流体力学半径减小,亲水能力下降,导致整个交联体系亲水性降低。发现了冻胶脱水抑制剂—有机膦酸盐(POP),由此形成了HPAM耐温冻胶、AM/DAC耐温耐盐冻胶、AM/AMPS耐温耐盐冻胶3种新型丙烯酰胺冻胶体系。探明了POP抑制冻胶脱水的作用机理:POP与HPAM、AM/DAC可发生交联反应,使得聚合物溶液粘度、流体力学半径、重均分子量增大,因而聚合物降解得到抑制;同时,POP使得聚合物第二维里系数增大,抑制了交联体系中结合水的减少,因此POP增强了聚合物的亲水性。此外,POP通过抑制交联中间体(Cr多核羟桥络离子)的形成,降低冻胶的交联速度,使得过交联得到抑制,因此交联体系亲水性降低减慢,冻胶脱水率降低。
【学位授予单位】:中国石油大学(华东)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TE39

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