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三次采油技术是在二次水驱技术基础上的进一步创新,通过物理和化学的方法进行原油的驱替。聚合物驱以聚丙烯酰胺(PAM)和部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)为主,因其具有成本低、来源广泛和良好的增黏性能等优点,在油田上应用广泛。但随着油藏的进一步开采,油藏条件较为苛刻,如高温高压高矿化度,现有的PAM和HPAM很容易发生降解而失去驱替能力,不能满足实际工程需要。近年来研究发现,在PAM或HPAM的主链中引入不同的基团能够有效地改善和增强聚合物的驱替性能,如两性离子基团的反聚电解质效应增强抗盐性,苯环的刚性使聚合物主链更加舒展从而能够改善聚合物的耐温抗剪切性能,疏水基团的疏水缔合效应能够显著地增强聚合物的增黏性和黏弹性,聚合物的驱替性能得到明显提升。本论文拟采用丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、疏水单体和两性离子功能单体在水溶液中通过氧化还原体系引发自由基共聚制备三组不同的聚合物,以期获得在高温高矿化度条件下能够有效地驱替原油的三次采油用聚合物驱油剂,主要研究内容如下:(1)疏水单体N-烯丙基-2-苯氧乙酰胺(NAPA)是以苯氧乙酸、氯化亚砜和烯丙基胺(AP)反应制备合成;苯磺酰胺疏水单体N-烯丙基-4-甲基苯磺酰胺(TCAP)和N,N-双烯丙基-4-甲基苯磺酰胺(TCDAP)是由对甲苯磺酰氯(MBSC)分别和烯丙基胺(AP)、二烯丙基胺(DAP)反应制备合成;两性离子功能单体3-(3-甲基丙烯酰胺丙基二甲氨基)-丙基-1-磺酸盐(MDPS)是由N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺(DMAPMA)和1,3-丙基磺内酯反应制备合成,通过红外(FT-IR)和核磁(1H-NMR)光谱对所合成的单体进行结构表征,证明所合成的单体与目标功能单体一致。(2)以过硫酸铵和亚硫酸氢钠为引发体系,采用水溶液中自由基共聚,制备了三组甜菜碱型疏水缔合聚合物P(AM/AA/NAPA/MDPS)、P(AM/AA/TCAP/MDPS)和 P(AM/AA/TCDAP/MDPS),对三组聚合物进行红外(FT-IR)、核磁(1H-NMR)表征分析聚合物分子结构、稀释法测定聚合物的特性黏数以及热重(TGA)分析聚合物的热稳定性能。通过单因素法分别得出三组共聚物的最佳合成条件:P(AM/AA/NAPA/MDPS):m(AM):m(AA):m(NAPA):m(MDPS)=7:3:0.05:0.20,溶液 pH=7,反应温度 50℃,引发剂加量 0.5wt%,反应时间 6 h;P(AM/AA/TCAP/MDPS):m(AM):m(AA):m(TCAP):m(MDPS)=7:3:0.10:0.05,溶液 pH=7,反应温度 45℃,引发剂加量 0.5wt%,反应时间 5 h;P(AM/AA/TCDAP/MDPS):m(AM):m(AA):m(TCDAP):m(MDPS)=6 4:0.01:0.10,溶液 pH=7,反应温度 50℃,引发剂加量0.6wt%,反应时间8 h。最佳合成条件下的三组聚合物P(AM/AA/NAPA/MDPS)、P(AM/AA/TC AP/MDPS)和 P(AM/AA/TCDAP/MDPS)的特性黏数分别为 890.14 mL/g、663.49 mL/g 和 893.05 mL/g。(3)考察甜菜碱型疏水缔合聚合物溶液的增黏性、耐温及老化性、抗剪切性、黏弹性以及抗盐性,得出:P(AM/AA/TCDAP/MDPS)的增黏性优于P(AM/AA/NAPA/MDPS)和 P(AM/AA/TCAP/MDPS);25℃下固定剪切速率500 s-1时,三组聚合物溶液的抗剪切性能均优于HPAM溶液;温度升高至120℃时,三组聚合物溶液的耐温性能同样均优于HPAM溶液,表现出良好的耐温性能;固定应力1 Pa时,聚合物的储能模量和耗能模量均高于HPAM,表现出较好的黏弹性;在 10000 mg/LNaCl、2000 mg/LCaCl2 和 2000 mg/LMgCl2 中,三组聚合物溶液的表观黏度值同样高于HPAM溶液,表现出很好的抗盐性。(4)通过扫描电镜(SEM)研究了三组聚合物的微观形貌,与HPAM相比,三组聚合物的表现出多层立体致密的网状结构,且分子链之间的紧密性很大,网状结构的孔洞较小且被缠绕的分子链掩盖,分子链缠绕程度很深,表现出很有序的结缔,其中P(AM/AA/TCDAP/MDPS)的网状结构最紧密,立体结构层数最多,网状结构的镶嵌的孔洞最小,而HPAM明显地表现出松散的网状结构。(5)在65℃时,室内模拟岩心驱替实验研究三组聚合物溶液以及HPAM溶液的流度控制能力和原油采收率,与HPAM溶液相比,三组聚合物溶液都表现出较强的流度控制能力和较高的原油采收率。