低界面张力羧酸型PAM的制备及性能研究-毕业论文.doc
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1、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所有的字母数字符号,包括参考文献部分,都是罗马字体,问问别人罗马字体是哪个,从头开始挨个刷,包括参考文献部分。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
2、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
3、驱油效率。关键词:采油,聚合物驱,聚丙烯酰胺,粘度Study on Preparation and Properties of Low Interfacial Tension Carboxylic Acid Type PAMABSTRACTOil production has an oil recovery, the two oil recovery, the three oil recovery. An oil recovery is the use of the original oil production, it means that any of the characteristic
4、s of the injection. A production using natural reservoir energy (such as a layer of elastic energy, the volume of water potential energy and gas evolution) are used to drive the oil. The two oil recovery refers to the characteristic of a general fluid (such as water and gas) after the oil recovery.
5、The three oil recovery is the two oil recovery, which is characterized by the injection of special fluids. This paper mainly studies the application of polymer in the three oil recovery. Polymer flooding is a method of displacing oil by using polymer solution as an oil displacement agent. Polymer fl
6、ooding is a chemical flooding, also called polymer solution flooding, polymer enhanced water flooding and so on.Polymer flooding is an independent displacement method, but it can also be used as an auxiliary oil displacement method. When it is used as an auxiliary oil displacement method, it can be
7、applied to other enhanced oil recovery methods (such as surface active agent flooding and alkali drive). When polymer competition for mobility control and to protect it in front of the other to improve oil recovery method of segment thypin smoothly through the strata, give full play to the other enh
8、anced oil recovery method of oil displacement effect. Polymer flooding is the best method of the two oil recovery in the early stage of water injection.This paper focuses on the research of hydrophobically associating water soluble polymer synthesis and application, with long fatty chain hydrophobic
9、 monomer acrylic acid octadecyl (ODA), and acrylamide (AM), acrylic acid (AA) by free radical copolymerization method was a new hydrophilic associating polyacrylamide water soluble polymers. The optimum synthesis conditions were determined. The relationship between the viscosity of the polymer and t
10、he reaction temperature, the time and the shear rate as well as the oil displacement efficiency were studied.Key words: oil production, polymer flooding, 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
11、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%的太多的字体没改了,我就不一 一给你找了,你自己挨个从头刷地下原油,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
12、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、
13、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(PA M)不溶于
14、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
15、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0.85mm0.2mm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
16、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
17、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,疏水基链段越长,则*越小,粘度上升的较快6,因此,要发生疏水缔合作用,疏水晓基链必须具有一定的长度。但疏水链达到一定长度后,即使链长度进一步増加,其分子间缔合效应也不会显著増加,反而会导致共聚物的溶解性变差,这可能是因为疏水链段过长时,增加了分子内缔合的趋势。随着疏水基含量
18、的増加,共聚物粘度随浓度的变化很明显,浓度高于*时更加显著7疏水基摩尔分数小于10时,聚合物以分子间缔合为主;疏水基摩尔分数为1050时,分子间和分子内缔合同时存在,但聚合物链束缔合较为疏松;疏水基摩尔分数大于50时,只存在分子内缔合,此时聚合物分子形成单一的分子胶束,如同一密实球状物。1.3.3聚合物浓度的影响聚合物浓度对于疏水缔合聚合物在水溶液中形成有效的三维网络作用非常重要,因而决定了在不同聚合物浓度下,疏水缔合聚合物的溶液性能不同。当聚合物溶液浓度低于临界聚集浓度*时,大分子主要存在形式为分子内缔合,大分子链卷曲,聚合物的流体力学体积减小,溶液粘度较低,粘度随浓度増大而增加的幅度也比较
19、小8。临界缔合浓度*为转折点,聚合物浓度高于*以后,大分子链之间主要通过疏水缔合作用聚集,并形成以分子间缔合为主的超分子结构的动态物理交联网络,增大了流体力学体积,表现为粘度的突增,即具有较好的増粘性9。1.3.4剪切速率的影响剪切速率不同,可对聚合物溶液产生剪切变稀和剪切增稠两种不同效果63剪切速率较低时,会破坏聚合物分子内缔合,分子链伸展,分子间缔合也随之增多,粘度增大;但剪切速率増大到一定程度时,分子间缔合也被破坏,导致粘度下降。溶液在低剪切速率下,其粘度不依赖于剪切速率,属于牛顿型流体。在高剪切速率时,PAM分子链结构受剪切应力的作用,发生解取向且物理交联结构遭到破坏而发生解缔合,为此
20、粘度降低,表现出显著的假塑性。疏水缔合聚合物还有一个有趣的现象是剪切作用去除后溶液粘度不仅得不到恢复,而且有所增加10。即剪切的可逆性。原因可能有以下两方面:首先低剪切速率下分子间缔合形成动态三维网络结构可重新形成;再者剪切打开了分子内缔合链,进行了分子间缔合,使疏水微区的有序化程度增大,从而提高了溶液粘度。1.3.5 温度的影响温度可同时对分子结构中的疏水基团和亲水基团产生影响11。由于某些疏水基之间的相互作用是吸热反应,温度升高有利于疏水基团之间的相互作用,会増强缔合作用,同时升温作用还会加剧离子基团的热运动,加强静电作用,使得分子链伸展,这些均有利于溶液粘度的上升,可以称之为正效应;但升
21、温会加剧了疏水基团的热运动,并且可改变疏水基周围的水层结构,疏水基团周围水分子热运动也会増加,从而削弱疏水缔合作用,同时减弱亲水基团的水化作用,引起分子链收缩,这些都导致粘度的下降,称之为负效应。正负效应的共同结果决定温度对溶液性能的影响12。1.3.6电解质的影响无机盐类电解质对聚合物溶液粘度的作用机理包括以下几个方面:一是去溶剂化作用,增加溶剂的极性;二是对离子型聚合物发生的压缩双电层作用,外加无机盐的加入会破坏聚合物分子内部正负电荷之间的相互作用,使得分子链结构变得更为舒展。电解质会产生分子内缔合,使粘度降低;而在聚合物浓度稍高时加入小分子电解质,大量自由水会转变为盐离子的水化水,増强了
22、溶液极性,聚合物分子表面的水化层被破坏,増强了分子间缔合,粘度升高。无机盐对共聚物的聚集行为有双重作用。一方面是低盐浓度下的分子聚集体的解缔合作用,产生分子链的扩张。另一方面是高盐浓度下,溶液极性增强,分子间的疏水缔合作用增强,形成尺寸较大的分子聚集体。1.3.7极性的影响聚丙烯酰胺分子链中阳离子基团相对于阴离子基团数目较多,净电荷较多,极性较大,而H20是极性分子,根据相似相溶原理,聚合物水溶性较好,特性黏度较大;随着矿物质含量的增加,正的静电荷部分被阴离子包围形成离子氛,从而与周围正的静电荷结合,聚合物溶液极性减小,黏度减小;矿物质浓度继续增加,正、负离子基团形成分子内或分子间氢键的缔合作
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