基于主客体作用的低黏度流度控制用聚合物研究

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为了提高聚合物溶液在油层深部的流度控制能力,国内外学者研发了一系列以提高聚合物溶液在油层中有效黏度为目的的驱油用聚合物,从而提高采收率。为了提高聚合物溶液黏度,一般采用提高溶液浓度的方法,但受近井地带剪切作用,聚合物溶液黏度损失较大,流度控制能力减弱。针对该问题,本文通过结合树枝状大分子和主客体作用的结构优势,设计并制备了一种含主客体结构的聚合物,并优化了聚合物的合成条件。聚合物溶液性能测试表明,合成出的聚合物在盐溶液中黏度与HPAM相近,但具有良好的耐温抗盐和抗剪切性能,在聚合物溶液黏度较低的前提下,具有较好的流度控制能力。论文以改性的3代树枝状骨架大分子聚酰胺-胺(PAMAM)作为骨架单体,以β-环糊精制备的单6-丙烯酰胺胺-β环糊精(ACD)作为主体单体,以1-金刚烷胺制备的6-丙烯酰胺基己酰胺-金刚烷(AHA)作为客体单体,采用水溶液自由基聚合法将改性后的树枝状骨架大分子单体、丙烯酰胺、主体单体、客体单体四元共聚合成共聚物PAMAM/AM/ACD/AHA,通过红外表征确定了各单体和共聚物的结构与预期相符。通过实验确定了共聚物的合成最优条件:聚合浓度为20%,骨架单体浓度为0.03%,主客体单体总浓度为0.5%,主客体单体摩尔比为1:1,引发剂加量为0.3%,反应温度为20℃。进一步研究了共聚物PAMAM/AM/ACD/AHA的溶解性、增黏性、耐温性、抗盐性、抗剪切性、流变性和微观结构。结果表明,在矿化度为9374.12mg/L的条件下,部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)和共聚物的基本溶解时间分别为1.7h和7.8h,共聚物溶解性较差,形成的溶液黏度较低,浓度为1750mg/L的共聚物溶液黏度为13.3mPa·s,且具有良好的抗剪切性能。共聚物在高温和高矿化度下具有较好的耐温抗盐性能。流变性结果表明聚合物表现为剪切稀释性和黏弹性。通过岩心流动实验,研究了溶液浓度、多孔介质渗透率和注入速度对共聚物PAMAM/AM/ACD/AHA在一维填砂模型中流度控制能力的影响。结果表明,在65℃和模拟盐水的条件下,浓度为1750mg/L的共聚物溶液在渗透率500mD填砂模型中的注入性较差,在渗透率2000mD的填砂模型中建立的阻力系数为44.34,残余阻力系数16.31,相同条件下HPAM的残余阻力系数为2.79。当渗透率级差为5:1时,共聚物溶液能在高渗透层中建立流动阻力,增加低渗透层的分流率。随着注入速度的增大,共聚物溶液建立的阻力系数增大,残余阻力系数减小。总体而言,共聚物溶液能在较低黏度的同时具备较好的流度控制能力。
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