聚表剂溶液的性能和驱油效果实验探索

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  摘 要:为了进一步提高我国原油的采收率,就要求我们能够切实做好油田的含水开发工作,通过对聚表剂溶液的相关实验,对聚表剂溶液在含水量较高时的注入情况以及聚表剂溶液的驱油效果进行了分析。通过此类实验与传统聚合物进行对照发现,聚表剂溶液能够有效的降低界面的张力,并且具有低浓高黏的效果。通过这一实验我们还发现,聚表剂溶液在0.57PV时的驱油效果得到了明显的提高,能够达到11%甚至更高。由于我国大部分油田都存在渗透率过低的情况,希望聚表剂溶液的浓度在600mg/L,粘度能达到30mpa.s,将0.57PV进行段塞的注入,从而达到有效提高原有采收率的效果。
  关键词:聚表剂溶液 采收率 注入段塞 低渗透
  一、引言
  随着社会的发展,油田的开采已经成为了社会发展中不可忽视的问题。现阶段我国的油田驱油中利用聚合物进行驱油的技术已经逐渐被采纳,通过新型技术的应用使得驱油收率提高11个百分点,进一步提高了驱油能力。但是为了更好地适应社会的发展以及油田开采的应用,通过一系列先导性的矿场实验我们发现,聚表剂溶液针对油田中的油层具有更好的驱油效果,但是在利用这种方式进行驱油的过程中,往往会对土层结构产生一系列的影响。根据相关的实验数据证明,通过复合驱能够有效的提高油层的采收率,但由于各种化学物质具有吸附性, 使得驱油工作出现诸多问题。随着科技的不断进步与发展,目前科研工作者通过利用分子间作用力的设计理念,充分利用碳氢之间的骨架制作成了多元的共聚物,这种物质就是今天笔者要与大家进行讨论的聚表剂。聚表剂是一种聚合物,是一种能够实现驱油的化学物质,它除了具有传统聚合物的性质之外还能够实现无碱增溶和原油的乳化。在油田含水量较大的时期,传统的聚合物的使用规模已经大大的降低了,通过聚表剂溶液进一步提高了采收率。在本文中笔者将对聚表剂溶液的性能以及驱油效果进行简单的探讨,希望能够对聚表剂进一步的研究能够有所帮助。
  二、聚合物表面活性剂的现状
  聚合物表面活性剂是一种新型的聚合物,通常又简称为聚表剂。聚表剂是一种新型的化学驱油剂,它的设计原理是研究人员依据分子之间的相互作用原理而设计成功的,其中利用了化学聚合物柔性聚丙烯酰胺碳氢链为结构进行支撑,这种新型的聚合物表面活性剂是综合三元体系以及聚合物等一些化学物质的优缺点,主要是根据官能团在分子间或是分子内部在建立价键的过程中所遵循的规律,通过优选和特别的设计进行挑选,从而选择出优质的的价键,进而和碳氢链相连接形成一种多元的共聚化合物。
  传统聚合物的驱油机理虽然也有一定的好处,但是随着社会的不断发展这种传统形式的驱油机理已经远远的不能满足社会的需要。因此科研工作者在不断地研究新型的驱油原理,这种聚表剂共聚物在驱油的效果上与其他的驱油渗透机理有着不同的原理,首先就是这种聚表剂在很大强度上可以增溶乳化原油的能力,这种新型的聚表剂的能力是一般的聚合物所不具有的。在乳状液的形成过程中,会形成大量的驱油,并且这些油会残留在储油层中使原油发生性质上的改变,这种改变最终导致了各种性能的力也在不断的发生着变化,例如:附着力、驱动力以及毛管力等,这种残留下来的原油没有重新的转变为新开始时的状态的能力,也就是说不能从不流动状态重新的转变成流动状态。其次,这种新型的聚表剂有着普通的聚合物的优点,所以在一定程度上也在不断的用各种方式提高波及体积,例如:在一定程度上改变水流的速度之比;在一定程度上增加原油之间的剪切力,可以增加部分的压力梯度。
  最后,在亲油模拟实验中,这种新型的聚表剂在驱油的时候会会沿着器壁从而与油膜桥相接处并发生反应,形成一种油丝。当在微观的世界中进行研究的时候我们可以看到驱油剂的乳化作用,水驱油后在储油层中的一些残留的油脂在状态上发生了一定的改变,这样更能提高原油的采集效率。
  目前,在我国聚表剂的使用还处于一种研究的初级阶段,为了更好地适应并且能够在一定程度上提高驱油的采集收率,只能继续的加大研究的力度。
  三、聚表剂溶液的种类
  聚合物表面活性剂是一种新型的聚表剂,在国内外所采用的聚合物表面活性剂可以分为三类:两性聚合物、耐温的抗盐单体、梳形聚合物三种类型,随着社会的不断发展,人们对于原油的采集收率也在不断的要求提高,并且科技人员也在不断的研究新的方式来研发新型的聚合物。这种聚合物与普通的聚合物有着许多的不同之处,但是在某些方面又各自有着自己不同的特点,他们之间各有特色,并且又在不同的环境中适应着复杂的油储环境。
  1.两性聚合物
  两性聚合物的性能特点
  在聚合物表面活性剂的分子链的表面同时的引入阴阳离子基团,将聚合物表面活性剂放入具有一定盐度的环境中,由于盐水中的阴阳离子之间具有一定的吸引力,所以此时的盐水就对分子中阴阳离子之间的引力进行了一定的屏蔽与削弱的效果。在淡水的环境下这种聚合物的分子很难进行分离,因此加入聚合物表面活性剂就可以使这种聚合物分子比在淡水中有更好的舒展性,在宏观上进行分析就可以看出聚合物在盐水中的粘度在逐渐的降低。当聚合物在淡水的环境下,其中的阴阳离子基团之间的相互作用力会使聚合物分子的结构发生扭曲。
  2.耐高温抗盐聚合物
  耐高温抗盐聚合物是一种共聚物,这种共聚物具有很好的耐高温抗盐性,这种耐高温抗盐单体的特点是将不宜进行水解、耐高温又能克服基团的水解基团引入到HPAM的分子链中,从而形成不同程度的共聚物。在我国随着社会的不断进步与经济的不断发展,也在不断地研究耐高温抗盐单体,这种耐高温抗盐单体与聚合物能形成一种弹性的流动性凝胶,这种凝胶在流动的过程中能够堵塞比较大的孔道,从而有效的增加低压水井的注入压力,从而在一定程度上减少驱替相的渗透率,实现深度的驱替相遇调剖的结合,这种方式不但可以在一定程度上增加高油层驱替介质的粘度,并且能够很好地降低聚合物与耐高温抗盐单体的指进现象,与此同时,也在扩大波以及体积。   3抗盐聚合物
  一般情况下聚丙烯眈肢的抗盐性能太差,所以在用淡水配制溶液的过程中要积极地预防粘度的下降,这样才能在油田产出污水的时候,防止污水回流到反应装置中,这样才能防止空气的污染。大量的科研人员在不断地研究下,从分子的结构着手,终于研究出了一种梳形结构的抗盐聚合物,从而能够分析出聚丙烯如何克服不能耐高温、耐盐的机理。
  将抗盐聚合物加入到聚丙烯的分子链中,这样亲水基与亲油基就都在梳形抗盐聚合物的高分子测量中形成了,在这种溶液中亲水基团与亲油基团之间的分支产生分子作用力而相互排斥,这种抗盐聚合物在盐水环境中,分子之间的亲油基团和分子内卷曲减少,这时的高分子链在水中就排列成为了一种梳子的形状,同时也在不断的增强盐水的稠度。
  4.疏水缔合聚合物
  疏水缔合聚合物是一种由于被引进了少量的疏水性基团而形成的一种新型的亲水型大分子链。疏水缔合聚合物是一种新型的聚表剂溶剂,它有着其他聚表剂溶剂所没有的的特性,例如:
  在水溶液的环境中,大分子链上的疏水基团是一种不喜欢水的基团,在水的溶液中就会由于彼此之间的憎水作用,许多的憎水基团相互的结合在一起,这样大分子链之间就会相互的缔合,成为一种高分子的流体,这种作用很好的增强了液体之间的粘性。
  5.共混聚合物
  共混聚合物是一种有研究学者新研究出来的一种新型的聚合物,这种共聚混合物是由两种或是两种以上的分子结构构成的一种聚合物。在一般的情况下两组分子之间并没有任何价键之间的联系,共聚混合物在混合的过程中是一种吸热的过程,其中的一种混合物溶解在另一种混合物之中,形成一种非均相的混合体系。这种共聚混合物所具有的特点是:
  这种共聚型混合物可以将不同种类之间的聚合物采用化学或是物理学中的方式将他们相互的融合起来,这样不仅大大的降低了新型混合物在开发的过程中,所需要的费用并且大大的降低了费用的成本。并且在一定程度上可以改善聚合物的性能,形成了一种新型的共聚混合物。
  四、聚表剂溶液的特性
  1.聚表剂的粘度变化
  在图1中可以看出,普通聚合物在浓度小于600mg/L左右的时候,粘度几乎是不变的,但是当浓度大于600mg/L的时候,随着聚合物或是聚表剂浓度的增加,聚合物或是聚表剂的粘度随着浓度的增大逐渐的升高,并且在粘度增大的过程中,聚表剂的粘度明显的逐渐的高于聚合物的粘度,这种情况在聚合物或是聚表剂的浓度大约在1000mg/L的时候,表现的特别的明显。例如:当聚合物或是聚表剂的浓度大约在1650mg/L的时候,聚表剂的浓度大约是220mPa.s,而分子量为1500×104、2500×104的普通聚合物的粘度分别是500mPa.s、110mPa.s。
  图1 聚合物与聚表剂粘度与浓度的关系图
  2.聚表剂的稳定性
  在图2中可以看出,聚表剂在45摄氏度的时候,在恒温的条件下放置一段时间之后的粘度随时间变化的关系曲线。随着时间的增长聚表剂的粘度在逐渐的下降,并且随着时间的延长分子量为1500×104、2500×104的聚合物的粘度也在逐渐的下降,但是分子量为1500×104、2500×104的粘度数值仍然是比聚表剂低的。
  图2 聚合物与聚表剂的粘度随时间变化的关系图
  3.乳化能力
  在实验室中配制不同浓度的混合物与聚表剂,并将其与大庆石油中的油层的原油一起预热到45摄氏度左右,然后按照1:1的比例进行混合,用手来回震动的摇晃50次,然后将混合后的液体在45摄氏度的恒温箱中保存24小时,不同浓度的普通的聚合物已经与石油发生了混合,没有明显的分层现象。但是不同浓度的聚表剂却与石油有着明显的分层现象。这种分层现象的产生就是说明聚表剂或是混合物是否与石油之间进行了乳化,随着浓度的升高,乳化的能力不断地增强。
  五、聚表剂表面活性剂的驱油机理
  新型的聚表剂是一种很有效的表面活性剂,与传统的聚合物驱油聚合物有着不同的反应机理,传统的聚合物的驱油理论被人们认为如下:
  在溶液中增加水的粘稠度,在油中更多的注入大量的水,增加水在油层中的波及体积,从而在一定的程度上减少孔隙介质对水的渗透率。但是如果想要在一定的程度上增加原油的采收率,利用传统的聚合物是具有相当大的难度的,因为,传统的聚合物驱油剂并不能的改变油层的驱油效率,人们普遍的认为水驱与聚合物驱在油层的孔隙中所残留的液体体积上相同的。实际上是聚合物在溶液中调整了吸水的剖面,并且在一定程度上扩大了水淹的体积。在水驱的条件下,注入溶液中的水沿着不同的渗透层往下流,在每一个层面上都有不均匀的现象产生,在比较高的渗透性的水层中水推进的速度大大的提高,但是在低的渗透层就大大的相反了,因为注入的水的粘度要比油的粘度小,这就在一定的程度上加剧了推进的不均匀的程度,这也导致了在较低的渗透岩层中的油不能被充分的开采出来。
  六、结论
  随着社会的发展与人们生活水平的提高,科技也在变得越来越高级、先进,因此,在一些聚合物的制作上也在不断的进行着探索,聚表剂是一种活性聚合物,可以利用一些物理或是化学的作用而将石油进行驱化,从而更好地进行石油的开采。在本篇文章中人们已经通过实验的方式获得了比较好的聚表剂来投入生产使用,从而也加大了在石油的开发过程中聚表剂的使用,并对聚表剂溶液的性能与驱油效果进行了深层次的分析,使得聚表剂在矿场的应用有了更加有价值的意义。
  参考文献
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