中低温成胶的耐高温聚合物凝胶研制与性能评价

发布时间：2020-09-03 13:52

　　我国稠油油藏一般分布在中低温砂岩地层,由于油藏的非均质性较强,在蒸汽驱油前需要进行调剖作业。常用的调剖剂一般分为两类:一类在低温下性能良好,但无法耐受高温而发生脱水或降解;另一类高温稳定性良好但低温条件下难以成胶。现有的凝胶调剖剂无法实现对稠油油藏的有效调剖,亟需研究一种中低温成胶、高温稳定的新型凝胶调剖剂。本论文为实现凝胶调剖剂的中低温成胶和高温热稳定,研发了HPAM-G01复合交联体系、HPAM-PR有机交联体系和AM-G02新型交联体系,通过控制变量法研究了不同类型和质量分数的聚合物、交联剂、交联助剂、添加剂以及pH值等因素对成胶性能的影响。采用凝胶目测代码法、流变仪评价了耐高温凝胶的强度与耐温性能,并通过扫描电镜(SEM)研究了凝胶的微观结构。实验结果表明,HPAM-G01复合交联体系优选配方为:0.8%w S001+0.15%w G01+0.2%w Z01/0.4%w Z02+0.05%w KA,该配方在70℃下成胶时间为12 h,成胶后的凝胶粘度在1.5 s~(-1)剪切速率下达17000 mPa·s,在140℃高温下可稳定90天。该凝胶是以弹性为主的粘弹性胶体,微观上具有三维网状结构,孔洞直径为20~40μm。HPAM-PR有机交联体系优选配方为:0.8%w S001+0.8%w PR(F/P=4)+0.25%w T01+0.05%w KA,该配方在70℃下成胶时间为13 h,成胶后的凝胶粘度在1.5 s~(-1)剪切速率下达18000 mPa·s,140℃下稳定90天。该凝胶是以弹性为主的粘弹性胶体,具有三维蜂窝网络结构,孔洞直径约为20μm。AM-G02新型交联体系优选配方为:5.6%w AM+0.35%w G02+0.04%w KB(pH=4),该凝胶在70℃下成胶时间为20 h,成胶后的凝胶粘度在1.5 s~(-1)剪切速率下达30 Pa·s,在160℃下可稳定存在90天。该凝胶是以弹性为主的强粘弹性胶体。凝胶的微观结构为三维蜂窝式网络结构,孔洞直径约为15μm,在孔洞内部还存在微型交联网络,微孔直径约0.5μm。
【学位单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ427.26;TE357.44
【部分图文】：

示意图,交联机理,示意图,成胶

耐高温凝胶调剖技术发展迅速，但在综合性能上表现交联剂的原因成胶温度过高，在低温下无法成胶；另高的分子活化能导致的成胶过快。胶交联体系无机交联体系金属离子凝胶体系在油田生产中通常用作调剖堵水剂烯酰胺中的羧酸根和高价金属离子通过配位键发研究报告最多的是乙酸铬交联剂，络合或游离状态的分子上的羧酸根发生交联反应，形成三维网状结构强凝胶。DiGiacomo[24]基于 Cr3+的顺磁性，通过 C13 三价铬离子凝胶进行了表征，验证了上述交联反应机

柠檬酸铝,配位,结构示意图

中国石油大学（北京）硕士专业学位论文柠檬酸铝[27-29]是另一种常用的金属离子交联剂，其成胶反应主要分为两个步骤。首先，水解后的 Al3+与 HPAM 上的一个-COO-通过配位键结合形成配合物，然后该配合物再结合第二个-COO-，以此方式无限交联反应以形成空间网状结构凝胶，其交联配位的分子结构如图 1.2 所示。柠檬酸铝交联体系的抗老化性能较差，凝胶强度与稳定时间成反比[30]。近年来，由于 Ti4+和 Zr4+低毒且可耐高温，也是当前研究的热门金属离子交联剂[31, 32]。

效果图,主剂,成胶,效果图

本实验主要筛选不同相对分子质量和水解度的丙烯酰胺类聚合物，包括 S001、S010、YQ402、AN905、AN125、FA920，其基本特性见表 2.1。分别在烧杯中配制质量分数为 1%的不同主剂溶液，加入 0.2% Z01 和 0.4% Z02 的有机交联剂，分别置于 140℃烘箱中成胶，考察其成胶强度及高温稳定性，凝胶强度观察结果见表2.4。在 140℃烘箱中反应 24 h，成胶效果如图 2.1 所示。表 2.4 相同质量分数的不同聚合物成胶强度评价表(140℃)Table 2.4 Adhesive strength evaluation table for same concentrations of different polymers(140℃)恒温时间 YQ402 AN125 AN905 FA920 S010 S0015h E F F G G H24h B C D D G H15d A B B B F H30d A A B B D G60d A A A B B G

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