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超高分子量聚丙烯酰胺的合成及在三次采油中的应用研究

程杰成  
【摘要】: 随着化学驱室内研究、矿场试验和应用的深入,逐渐发现关于聚合物驱 是否能够提高驱油效率;怎样选择聚合物分子量;如何进一步提高部分水解 聚丙烯酰胺(HPAM)的分子量;怎样进一步完善、发展HPAM溶液流变特 性和渗流特性的数学表征,以更好地指导聚合物驱方案优化和动态预测等一 些理论和实践问题亟待解决。 本文用现代分子模拟技术,采用量子化学计算方法确定了合成双官能度 过氧引发剂的原料;通过选择催化剂,合成了双关能度引发剂2,5-二甲基己 二基(2,5)过氧化氢(DIOOH)。研究出的合成方法将文献中需要专门制备 的60-70%H_2O_2为原料改为工业的30%的H_2O_2,原料易得,操作安全,产物 与反应物易于分离,副产物少,质量稳定,收率与原工艺相当,重演性好, 适于工业化。 采用双官能度过氧引发剂DIOOH组成的氧化-还原引发体系引发聚合丙 烯酰胺,可以得到分子量高达2500-3000万、溶解性较好的超高分子量聚丙 烯酰胺(PAM)。本引发体系与单官能度氧化还原引发体系相比具有用量低、 反应平稳的特点。在优化的聚合条件下,具有较好的重演性。研究了PAM水 解工艺,在优化的水解条件下,对超高分子量PAM水解得到了预期水解度的 溶解性好、特性粘度达30d1/g以上的HPAM。合成的HPAM的增粘性和驱油性 能明显好于一般方法生产的HPAM,在相同的提高采收率幅度下,聚合物的用 量可降低40%以上。 本文从微观到宏观的顺序研究了部分水解聚丙烯酰胺的驱油机理,证明 了HPAM可以通过粘弹性和改变岩石的润湿性而提高驱油效率,从而修正了仍 在广泛沿用的聚合物驱不能提高驱油效率的传统观点。 采用不同分子量的聚合物和不同孔隙大小的岩心进行室内驱油模拟实 验,研究了聚合物分子量对聚合物溶液粘度、阻力系数和残余阻力系数、采 收率以及机械降解的影响。研究了油层孔隙结构参数与分子量的相互关系对 聚合物注入性能的影响。结果表明,聚合物分子愈大,阻力系数、残余阻力 大连理工大学博士学位论文’ 系数、采收率愈大;尽管分子愈大,机械降解愈大,但在大庆油田的实际条 件下,剩余粘度大。将岩心孔隙半径中值(他)与聚合物分子在水溶液中的 均方回旋半径(巳)联系起来,首次建立了R。与巳比必须大于5的聚合物驱 分子量选择标准。矿场聚合物驱结果证明了结论的正确性。 较系统地研究了聚合物驱油过程中HPAM结构参数、聚合物溶液性质、多 孔介质的性质以及渗流条件等因素对渗透下降系数(R。)的影响;建立了R。 与HPAM特性粘数、聚合物浓度、岩心渗透率三参数间关系的预测数学模型, 以及Rk分别与聚合物水解度、溶液矿化度、温度、注入速度等单因素间关系 的数学模型。这些模型在较宽范围内的预测结果与实测结果吻合较好。 超高分子量的HPAM的合成方法具有很好的工业化前景。聚合物驱油机 理、分子量对驱油效果的影响和聚合物的结构参数和物化条件对渗透率下降 系数影响的研究,丰富发展了聚合物驱油理论,并对进一步提高聚合物驱油 技术经济效果具有重要意义。


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