chapter2提高采收率原理

1、第二章第二章 聚合物溶液驅(qū)油聚合物溶液驅(qū)油1.聚合物：由大量結(jié)構(gòu)相同的簡單分子經(jīng)共價鍵聚合而成的高分子量的化合物。如：聚丙烯酰胺。2.單 體：組成聚合物的簡單分子。例：組成聚丙烯酰胺的丙烯酰胺分子。一、基本概念第一節(jié)第一節(jié) 聚合物的類型及性質(zhì)聚合物的類型及性質(zhì)CH3CH2CONH2CH2CHOCNH2n3.鏈 節(jié)：聚合物長鏈上重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元。4.聚合度：鏈節(jié)的個數(shù)。一、基本概念第一節(jié)第一節(jié) 聚合物的類型及性質(zhì)聚合物的類型及性質(zhì)CH2CHOCNH2n 即聚合物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，包括鏈節(jié)的化學(xué)組成、單體的連接方式。它決定著聚合物的物理、化學(xué)性質(zhì)。分子構(gòu)型分子構(gòu)型線型支鏈型網(wǎng)型(可發(fā)展為體型)（1）線

2、型或支化度較小的聚合物，物性較柔軟，能夠溶解；（2）體型聚合物不能溶解。5、聚合物分子構(gòu)型A.線型分子構(gòu)型B.支鏈型分子構(gòu)型C. 網(wǎng)型分子構(gòu)型分子構(gòu)型 特點：特點：有別于構(gòu)型，構(gòu)象的轉(zhuǎn)變屬于物理現(xiàn)象，主要由熱運動引起的，而構(gòu)型的轉(zhuǎn)變則必須通過化學(xué)反應(yīng)改變分子鏈上的結(jié)構(gòu)。由于分子中化學(xué)鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)所形成的各種立體形態(tài)(空間結(jié)構(gòu))。影響構(gòu)象的因素影響構(gòu)象的因素聚合物的構(gòu)型聚合物分子所處的環(huán)境線型聚合物分子的構(gòu)象千變?nèi)f化，又稱為線型聚合物的柔曲性。線型聚合物分子的構(gòu)象千變?nèi)f化，又稱為線型聚合物的柔曲性。6、分子的構(gòu)象1）分子間力大； 2） 構(gòu)象多(多指線型聚合物)3）多分散性7、與低分子的區(qū)別指同種類

3、型的聚合物是由大小不同的同系分子混合而成，它不象低分子有固定的分子量。即：聚合物分子的聚合度是變量。多分散性：多分散性：二、聚合物的性質(zhì)二、聚合物的性質(zhì)1、聚合物的平均分子量2、聚合物的溶解性1. 聚合物的平均分子量（1） 數(shù)均分子量（2） 重均分子量（3） Z均分子量（4） 粘均分子量（5） 分子量間的關(guān)系nMiiiiiiinNNMNNMNM分子量為Mi的聚合物摩爾數(shù)；分子量為Mi聚合物的摩爾分?jǐn)?shù)。測量方法：冰點下降法 沸點升高法 滲透壓法 端基法（1 1）數(shù)均分子量）數(shù)均分子量wMiiiiiiiiiiiwwwMwMNMNwMwM2分子量為Mi聚合物的重量；分子量為Mi聚合物的重量分?jǐn)?shù)。測量

4、方法： 光散色法 光擴散法（2 2）重均分子量）重均分子量zM322iiiiiiiiiiiiiiZ Mw MN MM zZw MN MZw M測量方法：超速離心沉淀法（3 3）Z Z均分子量均分子量vM1110 .512iiviivwvwNMMNMMMMM與 粘 度 相 關(guān) 的 常 數(shù) ；時 ，時 ，線 型 分 子 ：；棒 型 分 子 ：。測量方法：利用測量粘度的方法。（4 4）粘均分子量）粘均分子量2.聚合物的溶解性 存在三個運動單元：溶劑小分子聚合物鏈節(jié)聚合物分子運動速度較快；速度較快，但鏈節(jié)兩端受限制；運動速度較慢。 由于聚合物分子運動速度較慢，且大分子間相互糾纏，聚合物分子不能很快溶于

5、溶劑中。而溶劑小分子運動速度較快，首先進入聚合物線團內(nèi)，與聚合物大分子表面產(chǎn)生溶劑化作用，形成溶劑化層，使聚合物的體積漲大，此過程稱為溶漲過程。隨著大分子間距離的增大，分子間引力減小，最后脫離聚合物線團，溶于溶劑中。配制過程：A.聚合物的分子構(gòu)型聚合物的分子構(gòu)型 線型分支型網(wǎng)型。B.溶劑的性質(zhì)溶劑的性質(zhì) 水質(zhì)礦化度越高，硬度越大，越不易溶解。D.溫度溫度 溫度增加可減少分子間的內(nèi)聚力， 有利于溶解。C.平均分子量平均分子量 分子量越小，越有利于溶解。E.雜質(zhì)的影響雜質(zhì)的影響1. 聚丙烯酰胺它是由丙烯酰胺單體聚合而成：nCH2CHCONH2CH2CHOCNH2n聚合分子量變化范圍由100萬幾千萬

6、不等。3. 聚合物驅(qū)常用聚合物部分水解聚丙烯酰胺部分水解聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺長鏈上的部分酰胺基轉(zhuǎn)化為羧基：聚丙烯酰胺長鏈上的部分酰胺基轉(zhuǎn)化為羧基：nCH2CHCONH2CH2CHOCNH2xNaOH水解度：酰胺基轉(zhuǎn)化為羧基的百分?jǐn)?shù)，CH2CHC OONay1. 聚丙烯酰胺特點：特點：1.屬于人工合成的聚合物；屬于人工合成的聚合物；2.長鏈由長鏈由C-C鍵連接，分子鏈極易變化，構(gòu)象鍵連接，分子鏈極易變化，構(gòu)象多，具有柔曲性；多，具有柔曲性；3.水溶液中發(fā)生水解，是陰離子型聚合物；水溶液中發(fā)生水解，是陰離子型聚合物；稱為部分水解聚丙烯酰胺，簡稱稱為部分水解聚丙烯酰胺，簡稱HPAM；4.抗鹽能力差；

7、抗鹽能力差；5.抗剪切的能力也差；抗剪切的能力也差；6.抗細菌的能力強?？辜毦哪芰?。2. 黃原膠黃原膠 ( Xanthan Gum )糖類分子經(jīng)過發(fā)酵過程聚合而成，分子量在200500萬左右，其分子結(jié)構(gòu)為：特點：1.屬于生物合成的聚合物；2.長鏈由氧環(huán)碳鍵連接，分子鏈不易變化，棒型結(jié)構(gòu)，具有剛性；3.屬于非離子型，帶有較少的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)；4.抗鹽能力強；5.抗剪切的能力也強；6.抗細菌的能力差。一、聚合物溶液的流變性一、聚合物溶液的流變性二、聚合物溶液的視粘度二、聚合物溶液的視粘度三、聚合物溶液的穩(wěn)定性三、聚合物溶液的穩(wěn)定性第二節(jié)第二節(jié) 聚合物溶液的性質(zhì)聚合物溶液的性質(zhì) 1. 作用在流體上的力

8、3.聚合物溶液的流變模式指流體在外力場作用下發(fā)生流動和變形的一種特征。 2. 流體類型一、聚合物溶液的流變性一、聚合物溶液的流變性力剪切力：流體在等徑的剪切力：流體在等徑的毛管中流動，半徑愈大毛管中流動，半徑愈大的液面，剪切應(yīng)力愈大。的液面，剪切應(yīng)力愈大。在剪切應(yīng)力的作用下，在剪切應(yīng)力的作用下，液層以不同速率流動；液層以不同速率流動；拉伸力；流體通過收縮、發(fā)散的喉道時，流拉伸力；流體通過收縮、發(fā)散的喉道時，流線收縮流動單元在徑向上變細，軸向上伸長，線收縮流動單元在徑向上變細，軸向上伸長，從而產(chǎn)生拉伸流動。通常小分子不產(chǎn)生拉伸從而產(chǎn)生拉伸流動。通常小分子不產(chǎn)生拉伸流動，而高分子聚合物可產(chǎn)生此運動

9、。流動，而高分子聚合物可產(chǎn)生此運動。r剪切應(yīng)力作用下，產(chǎn)生剪切流動，除去外力后產(chǎn)生的變形不恢復(fù)原來的狀態(tài)，為粘性流體。拉伸應(yīng)力作用下，產(chǎn)生拉伸流動，并發(fā)生彈性變形，除去外力后產(chǎn)生的變形，可恢復(fù)到原來的狀態(tài)，為彈性流體。流體無粘流體（理想流體）無粘流體（理想流體）牛頓流體牛頓流體非牛頓流體非牛頓流體粘性非牛頓流體粘性非牛頓流體粘彈性流體粘彈性流體剪切應(yīng)力與剪切速率成正比（為常數(shù)）tg牛頓流體牛頓流體01nKn1nKn粘性非牛頓流體粘性非牛頓流體冪律流體：冪律流體：1nak1nKn室內(nèi)實驗結(jié)果剪切速率剪切速率測測量量粘粘度度原油原油水水聚合物溶液聚合物溶液 粘彈性流體粘彈性流體tttF彈性物體在一

10、定的時間內(nèi)，施加一定的力。彈性物體的形變粘彈性物體的形變粘彈性粘彈性（二） 影響粘度的因素（一） 聚合物溶液粘度二、聚合物溶液的視粘度二、聚合物溶液的視粘度聚合物溶液粘度與濃度有關(guān)：32312(1.)wpppa Ca Ca C（一）聚合物溶液粘度（一）聚合物溶液粘度粘度mPa.s聚合物濃度，mg/L=5s-1=100s-1 特性粘度：0limlimpwccocpwc濃度趨近于零時，聚合物溶液黏度減去溶劑黏度，除以溶劑黏濃度趨近于零時，聚合物溶液黏度減去溶劑黏度，除以溶劑黏度與聚合物濃度的乘積。度與聚合物濃度的乘積。（一）聚合物溶液粘度（一）聚合物溶液粘度:表示單個聚合物分子對溶液粘度的貢獻；表

11、示單個聚合物分子對溶液粘度的貢獻； 特性粘度：0limlimpwccocpwc（一）聚合物溶液粘度（一）聚合物溶液粘度C圖5.1 聚合物溶液特性粘度CwpwpC M k 特性粘度特性粘度KMvM（4 4）粘均分子量）粘均分子量（二）影響粘度的因素（二）影響粘度的因素水解度越大，黏度越大。水解度越大，黏度越大。NaCl的濃度（%）35%水解度15%水解度未水解11000101000.00010.011110未水解15%水解度35%水解度CaCl2的濃度（%）0.00010.011100粘度mPa.s聚合物濃度，mg/L=5s-1=100s-1地面配置聚合物溶液的粘度能否在驅(qū)油過程中得到保持，此性

12、質(zhì)為聚合物溶液的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性的好壞，直接影響到驅(qū)油效果。降解：聚合物溶液分子斷鏈，黏度下降的現(xiàn)象。1、剪切降解2、化學(xué)降解3、溫度降解4、生物降解三、聚合物溶液的穩(wěn)定性三、聚合物溶液的穩(wěn)定性 定義：在剪切應(yīng)力和拉伸應(yīng)力作用下，聚合物分子鏈發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。 存在條件：（1）地面設(shè)備（閥門）； （2）井下條件（孔眼、水嘴）； （3）砂巖（孔吼）。1 1、剪切降解、剪切降解定義：氧攻擊聚合物分子長鏈上的薄弱環(huán)節(jié)，發(fā)生氧化，從而使分子長鏈斷裂，分子量降低。 條件：有氧存在。如地面配置聚合物溶液時，如果在空氣中暴露時間過長就會發(fā)生聚合物老化，即化學(xué)降解。2 2、化學(xué)降解、化學(xué)降解 定義：聚合物的化學(xué)鍵

13、受熱時發(fā)生分子鏈斷裂，分子量降低的現(xiàn)象。 條件：地層溫度高于裂解溫度。 通常聚合物的裂解溫度都高于地層溫度。溫度降解不是主要因素。3 3、溫度降解、溫度降解 定義：微生物對聚合物產(chǎn)生作用，生成沉淀或分子鏈被剪斷。4 4、生物降解、生物降解條件：注入水中含有細菌，如硫酸鹽還原菌、鐵菌等。實驗研究表明：聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的流度實際上比預(yù)測的小。從聚合物溶液的流度定義分析：pppkppkp由于粘彈性聚合物滯留一、聚合物溶液在孔隙介質(zhì)中的滯留一、聚合物溶液在孔隙介質(zhì)中的滯留二、聚合物溶液在孔隙中的流變性二、聚合物溶液在孔隙中的流變性三、聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的粘彈性三、聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的粘彈

14、性第三節(jié)第三節(jié) 聚合物溶液在孔隙介質(zhì)中的作用特點聚合物溶液在孔隙介質(zhì)中的作用特點四、聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的流動參數(shù)四、聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的流動參數(shù)1.吸附滯留2.機械捕集3.水力滯留滯留一、聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的滯留一、聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的滯留1.吸附滯留概念概念：吸附是一個特定組分在界面上的富集。此界面可以是兩種液相間界面、氣固界面，也可以是液固界面機理機理：吸附機理可分為物理吸附、化學(xué)吸附兩種。物理吸附是指界面和被吸附物質(zhì)之間存在較弱的結(jié)合作用力，如靜電力等。化學(xué)吸附是指吸附劑與吸附質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 研究方法研究方法：實驗法 （1）靜吸附，（2）動吸附； 國外，道米杰茲（D

15、ominguez)曾用不吸附HPAM的聚四氟己烯粉做成非膠結(jié)的人造巖心，讓聚合物溶液流過它，結(jié)果K、都下降了。此現(xiàn)象產(chǎn)生原因之一：機械捕集作用，即大分子在小孔隙入口處的動過濾作用，是由于孔隙尺寸分布不均而引起的。2.機械捕集水力滯留：是因溶液的流速或流動方向改變引起的滯留。3.水力滯留靜吸附靜吸附：將巖石顆粒置于聚合物溶液中，吸附達到平衡時單位質(zhì)量砂粒吸附聚合物的量， 。實驗方法實驗方法：將巖石顆粒在溶液中靜置72小時，用離心機將溶液與顆粒分離，測溶液濃度，濃度損失即為吸附量。GVccw/)(0VG單位重量巖石吸附聚合物量，聚合物溶液的初始濃度，吸附后溶液的初始濃度，溶液的體積，巖石顆粒重量。

16、4、靜吸附oc0cwcgmg /gmg /影響靜吸附因素:(1) 巖石的礦物組成影響：CaCO3粘土石英。(2) 聚合物濃度增加,吸附增加,后趨于平緩。吸附量聚合物濃度吸附達到飽和(3) 溶液含鹽量增加,吸附量增加(HPAM)。（4）水解度增加，吸附量下降；分子量增加， 吸附量降低。(HPAM)動吸附動吸附：聚合物溶液通過孔隙介質(zhì)時產(chǎn)生的吸附。實驗方法實驗方法：做巖石驅(qū)替實驗，測出口濃度。5、動吸附（1 1）隨特性粘度增加而減小。 Mk 分子量上升，線團密度下降，吸附量降低 。圖中曲線平緩段相當(dāng)于靜吸附段，超過某一濃度后分子纏結(jié)增加，體積增加，大分子堵塞小孔隙。（2 2）聚合物濃度增加，吸附量

17、急劇增大。動吸附量聚合物濃度二、聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的流變性二、聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的流變性5 . 0)2(431wknnvnK1n1nK三、聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的粘彈性三、聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的粘彈性1）含鹽量：滲透率相同，高鹽量使聚合物粘彈性增大。2）地層滲透率：滲透率越高，粘彈性愈小。彈性模量G ， 粘性模量G四、聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的流動參數(shù)四、聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的流動參數(shù)1.不可入孔隙體積2.阻力系數(shù)3.殘余阻力系數(shù) 油層中聚合物分子不能進入的孔隙體積為不可進入孔隙體積（Inaccessible Pore Volume），簡稱IPV。IPV聚合物分子量巖石的滲透率孔隙度

18、及孔隙大小分布 IPV一般為孔隙體積的15%35% ，若小孔隙被油飽和，一定程度降低了聚合物溶液的驅(qū)油效果。1.不可進入孔隙體積不可進入孔隙體積定義：水通過巖心時的流度與聚合物溶液通過巖心時的流度比值。ppwwRpwpwPkFkP 意義：反映了聚合物溶液降低驅(qū)動介質(zhì)流度的能力。2.阻力系數(shù)阻力系數(shù)定義：聚合物溶液通過巖心前、后鹽水流度的比值。w iw iw aw aR Rw aw iw aw ikPFkP 意義：描述聚合物溶液降低多孔介質(zhì)滲透率的能力。3.殘余阻力系數(shù)殘余阻力系數(shù)1.固含量：聚合物干粉除去水分后固體物質(zhì)的含量，用 % 表示。 第四節(jié)第四節(jié) 聚合物常規(guī)性能測定聚合物常規(guī)性能測定2

19、 . 顆 粒 分 布 （ 粒 度 ） 0 . 1 5 1 m m 占 9597%。3.水解度: 2530%4.特性粘度：L/mg 。第四節(jié)第四節(jié) 聚合物常規(guī)性能測定聚合物常規(guī)性能測定5.溶解速度： 2h 。 7.殘余單體含量：反應(yīng)中未轉(zhuǎn)化的原料和中間產(chǎn)品。 6.不溶物含量：在規(guī)定的條件下，聚合物中沒有完全溶解的部分所占的百分?jǐn)?shù)。測定方法：過濾稱重法，=0.02 m2 ；F. 地層粘土含量: 低；G. 地層水的礦化度: 不應(yīng)太高。E. 地層溫度: 70 ；（2）選擇聚合物）選擇聚合物A. 良好的增粘能力；B. 良好的溶解性能；C. 低滯留量，小于20g/g；D. 良好的化學(xué)穩(wěn)定性；E. 抗鹽能力

20、強；F. 良好的注入能力；來源廣，價格低。（3）油藏描述）油藏描述油藏描述是指對油藏構(gòu)造（砂體的連通性和非均質(zhì)性）、原油的分布、某些地質(zhì)特征如斷層、頁巖、水層的存在，以及在油層中的位置和影響聚合物驅(qū)油的巖石性質(zhì)描述。油藏描述的準(zhǔn)確程度，對高成本的聚合物驅(qū)油方法應(yīng)用具有重要的意義。（4）室內(nèi)研究）室內(nèi)研究A.溶解性能B.增粘能力C.短期老化效應(yīng)D.微孔可濾性E.巖心可濾性F.剪切穩(wěn)定性A. 滯留和滲透率下降G.靜吸附實驗B. 在多孔介質(zhì)中的流變性C. 運移參數(shù)的測定（5）數(shù)值模擬）數(shù)值模擬數(shù)值模擬粗評研究數(shù)值模擬粗評研究：簡化的地質(zhì)模型基礎(chǔ)上進行聚合物驅(qū)油效果初步評價。同時，對聚合物溶液段塞的粘度、大小，不同聚合物滯留量影響，聚合物降解速度等進行研究。水驅(qū)歷史擬合水驅(qū)歷史擬合：建立精細的地質(zhì)模型，用此模型可得到良好的水驅(qū)歷史擬合結(jié)果，為詳細的聚合物驅(qū)數(shù)值模擬奠定基礎(chǔ)。詳細的數(shù)值模擬詳細的數(shù)值模擬：為聚合物驅(qū)開發(fā)方案的制定提供科學(xué)依據(jù)，并進行聚合物驅(qū)的效果評價。（6）聚合物