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      技術知識

      聚丙烯酰胺驅油機理

      時間:2021-04-04 13:25:52來源:波濤凈水

      聚丙烯酰胺驅油機理:

      1、驅替機理

      聚丙烯酰胺水溶液作驅油劑又叫稠化水驅或增粘水驅。其驅替機理主要是通過減少水油的流度比,減少水的指進,達到活塞式驅替,以提高驅油劑的波及指數,從而提高油層的采收率。

      水與油的流度比指的是水在油層內的流動度被油在油層內的流動度除,即:

      M=(Kω/μω)/(K0/μ0)=λω/λ0

      式中:

      M——水與油的流速比;

      Kω——水的相對滲透率;

      μω——水的粘度;

      K0——油的相對滲透率;

      μ0——油的粘度;

      λω——水的流動度(即流速);

      λ0——油的流動度。

      聚丙烯酰胺是通過增加μω和減少Kω來減少水的流度,從而減少水油流度比。增加μω主要因為聚丙烯酰胺是水活性高分子,而且分子較大,重復鏈節多,如分子量為5×106的聚丙烯酰胺的鏈節數有70422個,鏈節中有親水基團,如-COONa,在水中都是溶劑化了的,使高聚物分子外面形成溶劑化膜,增加了相對移動時的內摩擦力,同時這些親水基團在水中解離,產生許多帶電荷符號相同的鏈節,這些鏈節互相排斥,使聚合物分子更加舒展,因而有更好的增粘能力。

      減少Kω主要是由于聚合物在巖石孔隙結構中的滯流。滯流有兩種形式,一種形式是吸附,吸附是指聚合物通過彌散力、氫鍵等作用力而濃緊在巖石孔隙結構表面上的現象。另一種形式是捕集,捕集是指半徑小于孔隙喉道半徑的無規線團通過“架橋”而留在喉道外的現象。聚合物分子雖被捕集于孔隙的喉道外,但水仍可部分通過此喉道,因此捕集不同于物理堵塞,在聚合物分子的無規線團或其交聯體的半徑大于孔隙的喉道半徑時發生物理堵塞。物理堵塞后,水就不能從喉道通過。由于聚合物在孔隙中滯流,增加了流體在孔隙結構中的流動阻力,所以Kω減少。

      聚丙烯酰胺溶液屬高分子溶液,存在空間網絡結構,有結構粘度,由于高分子溶液流速增加時拆散了網絡結構而使粘度降低,故高分子溶液的流型不屬于牛頓流體而是假塑性流體,這種性質對注增粘水驅動地層油是有益的。因為在向油層注增粘水時,在井筒中由于流速很大,剪切力大,網絡結構拆散,結構粘度消失,有利于減少管內流動阻力,到地層后,流速減小,網絡結構恢復,粘度增高,這樣可以使注入劑與地層油的流度比更加接近于1,接近于活塞式驅替,使注入劑的波及系數增大,可以提高采收率。

      聚丙烯酰胺在水中易水解,又叫部分水解聚丙烯酰胺。部分水解聚丙烯酰胺能選擇性堵水,是因為它的水溶液可以優先進入出水層(因為水層的含水飽和度高,對水的滲透率高),在出水層中,部分水解聚丙烯酰胺的-CONH2和-COOH可通過氫鍵吸附在砂巖表面,而不吸附部分留在空間引起出水層的堵塞,進入油層的部分水解聚丙烯酰胺,由于砂巖表面被油所覆蓋,所以油層不發生吸附,因此不堵塞油層。還有在油水走同一孔道的情況下,也能只堵水不堵油,因為部分水解聚丙烯酰胺上的親水基團-COONa離解,使鏈節帶負電產生靜電斥力,所以留在空間的不吸附部分向水中伸展,因而對水有較大的流動阻力,起到堵水作用,當油通過有吸附部分水解聚丙烯酰胺的孔道時,由于它不親油,分子不能在油中伸展,因而對油的流動阻力很小。在堵水時,部分水解聚丙烯酰胺通常配成100-5000mg/L的溶液使用,處理半徑一般大于12m。

      2、影響因素

      (1)聚丙烯酰胺在水中易水解,又叫部分水解聚丙烯酰胺,分子量可選用1×105-107范圍,一般用5×105-8×106的范圍,分子量太大,分子間力太大,不易溶解,易被剪切降解;而分子量太小,分子間力太小,加上分子鏈太短,影響結構粘度的形成,影響增粘效果。

      (2)聚丙烯酰胺中的-CONH2水解成-COOH和-COONa的百分數叫水解度。部分水解聚丙烯酰胺的水解度應在0.1%-70%的范圍,一般在1%-45%的范圍,最好在5%-30%的范圍。水解度越大,聚合物的-COO-越多,雖有利于增粘和減少吸附,但不利于聚合物的化學穩定性;相反,水解度太小,-CONH2越多,雖有利于聚合物的化學穩定性,但-CONH2易吸附在地層表面,使吸附量大大增加,這也是不利的。

      (3)為減少聚丙烯酰胺的氧化降解,配溶液時先除氧,加入亞硫酸鈉可將水的氧含量降到1mg/L以下。

      (4)水的礦化度對聚丙烯酰胺溶液影響較大,礦化度增加,鹽中的陽離子可在-COO-更近的距離中和它的電性,從而使部分水解聚丙烯酰胺鏈節間的靜電斥力減少,卷曲程度增加,增粘能力下降,現場配溶液用水的礦化度小于5000mg/L。

      (5)控制酸堿度(即pH),pH不能太小,太小有利于-COO-與H+結合成-COOH,同樣可減少鏈節間的靜電斥力而降低增粘能力,實驗中,pH不能小于7。

      (6)為減少聚丙烯酰胺在油層表面的吸附,可用低分子量的部分水解聚丙烯酰胺水溶液作前置液,讓它先吸附在地層表面,從而減少后來注入的高分子最的增粘能力好的部分水解聚丙烯酰胺的吸附,也能達到較好的驅油效果。

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