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Cr~(3+)聚合物凝胶性能特征及其应用效果研究

姜维东  
【摘要】: 近年来,国内大庆、胜利和河南等油田进行了聚合物驱工业化应用,取得了明显增油降水效果。但实际应用过程中,由于长期开发导致油藏非均质性加重,层间和层内矛盾日趋严重,注入液在高渗透层内低效或无效循环现象加剧,同时稠油油藏,高温高矿化度海上油藏的开采比例逐年增加,普通聚合物驱很难进一步满足实际需求。此外,随着聚合物驱逐渐向非主力油藏转移,现有聚合物主要是针对主力油层设计和生产的,聚合物分子尺寸较大,与非主力油层孔隙尺寸难以匹配,目前很多油田是采用对现有聚合物机械剪切方法改变聚合物分子结构,以获取较小分子尺寸的聚合物,这样不仅增加了聚合物注入工艺难度,而且造成了高品质聚合物资源浪费。 国内外学者在聚合物溶液和Al~(3+)聚合物凝胶黏度性能及其影响因素、分子流体力学直径、微观形态结构和性能特征评价方法等方面进行了大量研究工作,取得了重要认识。但现有研究工作与油藏岩石孔隙结构特征相联系的不多,且针对Cr~(3+)与聚合物分子形成的“分子内”聚合物凝胶的成胶条件和渗流特性等方面的研究工作还不多见。分析造成这些现象的原因,主要是对聚合物和聚合物凝胶分子构型及其渗流特性机理缺乏深入了解。因此,开展Cr~(3+)聚合物凝胶分子构型及其渗流特性基础理论研究,可以纠正目前仅依靠黏度指标来评价聚合物凝胶成胶效果的片面做法和聚合物凝胶黏度愈高愈好的认识误区,指导新型高效聚合物凝胶产品的开发,具有十分重要的理论意义和应用价值。本文在现有研究成果基础上,利用仪器检测、岩心流动实验和理论分析方法,从宏观和微观两个角度出发,研究了部分水解聚丙烯酰胺与Cr~(3+)形成的聚合物凝胶分子流体力学直径、形态结构和渗流特性,研究了多孔介质对Cr~(3+)聚合物凝胶成胶效果的影响,研究了形成“Cr~(3+)分子内”聚合物凝胶的化学组成和成胶条件,进行了Cr~(3+)聚合物凝胶调剖(驱)物理模拟实验,并对海上油田Cr~(3+)聚合物凝胶调驱矿场试验效果进行了分析。研究结果表明,通过改变溶剂水电解质浓度、聚合物和Cr~(3+)浓度和温度等成胶条件,可以形成具有不同分子构型的Cr~(3+)聚合物凝胶。在高温、高电解质浓度和低Cr~(3+)浓度等条件下,交联反应主要发生在同一分子内不同支链间,形成“分子内”聚合物凝胶分子构型,具有“局域性”网状分子结构,分子流体力学直径略高于相同浓度聚合物分子流体力学直径。与相同浓度聚合物溶液相比,“Cr~(3+)分子内”聚合物凝胶成胶前后黏度几乎保持不变,但阻力系数和残余阻力系数较大,且残余阻力系数大于阻力系数,表现出独特的渗流特性。在低电解质浓度、高聚合物浓度和高Cr~(3+)浓度条件下,聚合物分子与Cr~(3+)的交联反应主要发生在不同分子链间,形成“分子间”聚合物凝胶分子构型,具有“区域性”网状分子结构,分子流体力学直径明显高于相同浓度聚合物分子流体力学直径。矿场试验结果表明,Cr~(3+)聚合物凝胶调驱可以取得较好的增油降水效果。


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