优秀毕设低界面张力羧酸型PAM的制备及性能研究.docx

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优秀毕设低界面张力羧酸型PAM的制备及性能研究

低界面张力羧酸型PAM的制备及性能研究

摘要

采油有一次采油，二次采油，三次采油之分[1]。

一次采油是指利用油层原有的能量采油，它意不注入任何流体为特征。

一次采油可利用天然油层能量（如有层的弹性能，水的位能和气体析出的容积能）对油进行驱动。

二次采油是指一次采油后的采油，这种采油通常注入一般流体（如水和气）为特征。

三次采油是指二次采油后的采油，这种采油是以注入特殊流体为特征。

本文主要研究聚合物在三次采油中的应用。

聚合物驱是指以聚合物溶液作为驱油剂的驱油法。

聚合物驱属于化学驱，也叫聚合物溶液驱，聚合物强化水驱等[2]。

聚合物驱是一种独立的驱油法，但也可以作为辅助驱油法。

当它作为辅助驱油法时，它配合其他提高采收率方法（如表面活性剂驱，碱驱）适用。

这时聚合物段赛用于流度控制，以保护它前面的其他提高采收率方法的段赛平稳地通过地层，充分发挥其他提高采收率方法的驱油作用。

由于聚合物驱最好在注水的早期阶段进行，因此聚合物驱也是一种二次采油法。

本文着重研究疏水缔合水溶性高分子的合成和应用，以长脂肪链疏水单体丙烯酸十八酯（ODA）,与丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）通过自由基共聚法制得一种新型亲水缔合聚丙烯酰胺水溶性聚合物。

确定了最适宜的合成条件，研究了聚合物的粘度与反应温度，时间和剪切速率之间的关系以及驱油效率。

关键词：

采油，聚合物驱，聚丙烯酰胺，粘度

StudyonPreparationandPropertiesofLowInterfacialTensionCarboxylicAcidTypePAM

ABSTRACT

Oilproductionhasanoilrecovery,thetwooilrecovery,thethreeoilrecovery.Anoilrecoveryistheuseoftheoriginaloilproduction,itmeansthatanyofthecharacteristicsoftheinjection.Aproductionusingnaturalreservoirenergy（suchasalayerofelasticenergy,thevolumeofwaterpotentialenergyandgasevolution）areusedtodrivetheoil.Thetwooilrecoveryreferstothecharacteristicofageneralfluid（suchaswaterandgas）aftertheoilrecovery.Thethreeoilrecoveryisthetwooilrecovery,whichischaracterizedbytheinjectionofspecialfluids.Thispapermainlystudiestheapplicationofpolymerinthethreeoilrecovery.Polymerfloodingisamethodofdisplacingoilbyusingpolymersolutionasanoildisplacementagent.Polymerfloodingisachemicalflooding,alsocalledpolymersolutionflooding,polymerenhancedwaterfloodingandsoon.

Polymerfloodingisanindependentdisplacementmethod,butitcanalsobeusedasanauxiliaryoildisplacementmethod.Whenitisusedasanauxiliaryoildisplacementmethod,itcanbeappliedtootherenhancedoilrecoverymethods（suchassurfaceactiveagentfloodingandalkalidrive）.Whenpolymercompetitionformobilitycontrolandtoprotectitinfrontoftheothertoimproveoilrecoverymethodofsegmentthypinsmoothlythroughthestrata,givefullplaytotheotherenhancedoilrecoverymethodofoildisplacementeffect.Polymerfloodingisthebestmethodofthetwooilrecoveryintheearlystageofwaterinjection.

Thispaperfocusesontheresearchofhydrophobicallyassociatingwatersolublepolymersynthesisandapplication,withlongfattychainhydrophobicmonomeracrylicacidoctadecyl（ODA）,andacrylamide（AM）,acrylicacid（AA）byfreeradicalcopolymerizationmethodwasanewhydrophilicassociatingpolyacrylamidewatersolublepolymers.Theoptimumsynthesisconditionsweredetermined.Therelationshipbetweentheviscosityofthepolymerandthereactiontemperature,thetimeandtheshearrateaswellastheoildisplacementefficiencywerestudied.

Keywords:

oilproduction,polymerflooding,polyacrylamide,viscosity

1绪论

1.1研究的目的及意义

能源是一个国家社会发展的动力源泉，决定着一个国家的经济发展、竞争实力和综合国力。

作为重要的能源、优质的化工原料和重要的战备物资，被称为黑色金子的石油及天然气是世界各国必不可少的主要能源和物资，其开发和合理利用受到各国的普遍重视。

我国虽然石油资源丰富，但大部分都是稠油。

由于稠油黏度高、密度大，流动性很差，给其开采和输送带来了很大困难，因此开发稠油对于解决石油资源短缺的矛盾有重大意义。

原油的采收率很低，一次采油可采出10%～25%的地下原油，二次采油可采出15%～25%地下原油，即一次采油和二次采油只采出25%～50%地下原油[3]。

通过开发流动性改进剂解决稠油生产过程中的流动性难题，具有重要的价值。

聚合物驱明显提高了石油采收率的效果，是石油开采中后期最重要的一环。

一般认为，聚丙烯酰胺可起到了调解注入水的流变性、增加驱动液粘度、改善水驱波及效率等重要作用。

但是，由于介质孔隙等地质条件和地下水中离子成分与含量的差异，对聚丙烯酰胺的分子形态、分子量等提出了不同要求。

聚丙烯酰胺产品综合性能的好坏将直接影响聚合物驱的技术经济效果。

目前，在油田作业中，聚合物驱油技术在各大油田中已大面积推广应用，成为油田可持续发展的重要措施，是提高采收率的重要手段之一。

具有低界面张力特征的聚合物在具备流度控制能力的同时,能够显著提高驱油效率,在组分相对单一的前提下同时实现驱油和洗油的作用。

本课题引入能显著降低界面张力的功能单体，制备一种羧酸阴离子型聚丙烯酰胺，考察其低界面张力性能及驱油性能，确定聚合物合成配方，同时，评价该聚合物驱体系在油层中的注入能力、吸附性能、驱油效果，通过岩心实验确定聚合物驱提高采收率幅度。

本课题选用丙烯酸十八酯长脂肪链烯丙基单体为疏水性功能单体，以丙烯酰胺,丙烯酸等为主要原料，通过自由基共聚法制备长酯链改性疏水缔合聚丙烯酰胺驱油剂。

制备一种羧酸阴离子型聚丙烯酰胺，考察其驱油性能，确定聚合物合成配方，同时，评价该聚合物驱体系在油层中的注入能力、吸附性能、驱油效果，通过岩心实验确定聚合物驱提高采收率幅度。

1.2聚丙烯酰胺简述

聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺（AM）单体经自由基引发聚合而成的水溶性线性高分子聚合物，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的摩擦阻力，按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类型。

聚丙烯酰胺（PAM）不溶于大多数有机溶剂，如甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、脂肪烃和芳香烃，有少数极性有机溶剂除外，如乙酸、丙烯酸、氯乙酸、乙二醇、甘油、熔融尿素和甲酰胺。

但这些有机溶剂的溶解性有限，往往需要加热，否则无多大应用价值。

在适宜的低浓度下，聚丙烯酰胺溶液可视为网状结构，链间机械的缠结和氢键共同形成网状节点;浓度较高时，由于溶液含有许多链一链接触点，使得PAM溶液呈凝胶状。

PAM水溶液与许多能和水互溶的有机物有很好的相容性，对电解质有很好的相容性，对氯化胺、硫酸钙、硫酸铜、氢氧化钾、碳酸钠、硼酸钠、硝酸钠、磷酸钠、硫酸钠、氯化锌、硼酸及磷酸等物质不敏感。

聚丙烯酰胺目数：

目数是指物料的粒度或粗细度,目数是单位面积上的方格数.一般定义是指在1英寸乘以1英寸的面积内有多少个网孔数,即筛网的网孔数。

如600目是每平方英寸有600个方网孔，聚丙烯酰胺的目数20目～80目，即0.85mm～0.2mm之间，这是颗粒状的聚丙烯酰胺的目数大小，粉状聚丙烯酰胺的目数大小可控制在100目左右，目数越大的聚丙烯酰胺越容易溶解，单凭聚丙烯酰胺目数的大小是无法衡量产品的好坏的。

随着我国聚丙烯酰胺（PAM）行业运行需求市场的不断扩大以及出口增长，我国聚丙烯酰胺（PAM）行业运行迎来一个新的发展机遇。

1.3丙烯酰胺溶液性质的影响因素

聚丙烯酰胺的结构因素（分子量、疏水集团含量、排布等）、溶液宏观性质因素（浓度、溶液组成）、剪切速率、温度等均会对聚合物性质产生影响。

下面对这些影响进行简要的讨论分析。

1.3.1聚合物分子量的影响

一般情况下，溶液粘度会随着聚合物分子量的增大而增大。

Kevelam通过研究发现，在亚浓溶液区，聚合物溶液的表观粘度与相对分子质量满足关系式：

且、大于1，此时表明聚合物的相对分子质量对聚合物的表观粘度有较大的贡献。

由于分子间缔合必须在一定的聚合物浓度以上才能发生，因此聚合物浓度低于临界缔合浓度时，分子间缔合不可能影响溶液流变性，此时溶液粘度主要受聚合物分子量影响，分子量大则溶液粘度也大[4]。

但是聚合物分子质量越大，疏水基团的含量就会减少，同时分子量的增大会降低聚合物在溶液中的溶解度，因此分子量过大会限制聚合物的应用。

1.3.2疏水基团的影响

疏水基团对溶液性质的影响因素有疏水基种类、长短、含量及其序列分布。

强疏水基团的引入有利于疏水缔合作用的产生[5]。

芳环类疏水基一般比烷控类疏水基疏水缔合作用更强，这是因为苯环具有平面和可极化的结构，能诱导产生范德华分子间作用力；氣碳链比同长度的碳氨链更易于缔合。

疏水基的长度对其疏水性影响较大，疏水基链段越