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技术知识

聚丙烯酰胺驱油机理

时间:2021-04-04 13:25:52点击:0

聚丙烯酰胺驱油机理:

1、驱替机理

聚丙烯酰胺水溶液作驱油剂又叫稠化水驱或增粘水驱。其驱替机理主要是通过减少水油的流度比,减少水的指进,达到活塞式驱替,以提高驱油剂的波及指数,从而提高油层的采收率。

水与油的流度比指的是水在油层内的流动度被油在油层内的流动度除,即:

M=(Kω/μω)/(K0/μ0)=λω/λ0

式中:

M——水与油的流速比;

Kω——水的相对渗透率;

μω——水的粘度;

K0——油的相对渗透率;

μ0——油的粘度;

λω——水的流动度(即流速);

λ0——油的流动度。

聚丙烯酰胺是通过增加μω和减少Kω来减少水的流度,从而减少水油流度比。增加μω主要因为聚丙烯酰胺是水活性高分子,而且分子较大,重复链节多,如分子量为5×106的聚丙烯酰胺的链节数有70422个,链节中有亲水基团,如-COONa,在水中都是溶剂化了的,使高聚物分子外面形成溶剂化膜,增加了相对移动时的内摩擦力,同时这些亲水基团在水中解离,产生许多带电荷符号相同的链节,这些链节互相排斥,使聚合物分子更加舒展,因而有更好的增粘能力。

减少Kω主要是由于聚合物在岩石孔隙结构中的滞流。滞流有两种形式,一种形式是吸附,吸附是指聚合物通过弥散力、氢键等作用力而浓紧在岩石孔隙结构表面上的现象。另一种形式是捕集,捕集是指半径小于孔隙喉道半径的无规线团通过“架桥”而留在喉道外的现象。聚合物分子虽被捕集于孔隙的喉道外,但水仍可部分通过此喉道,因此捕集不同于物理堵塞,在聚合物分子的无规线团或其交联体的半径大于孔隙的喉道半径时发生物理堵塞。物理堵塞后,水就不能从喉道通过。由于聚合物在孔隙中滞流,增加了流体在孔隙结构中的流动阻力,所以Kω减少。

聚丙烯酰胺溶液属高分子溶液,存在空间网络结构,有结构粘度,由于高分子溶液流速增加时拆散了网络结构而使粘度降低,故高分子溶液的流型不属于牛顿流体而是假塑性流体,这种性质对注增粘水驱动地层油是有益的。因为在向油层注增粘水时,在井筒中由于流速很大,剪切力大,网络结构拆散,结构粘度消失,有利于减少管内流动阻力,到地层后,流速减小,网络结构恢复,粘度增高,这样可以使注入剂与地层油的流度比更加接近于1,接近于活塞式驱替,使注入剂的波及系数增大,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选择性堵水,是因为它的水溶液可以优先进入出水层(因为水层的含水饱和度高,对水的渗透率高),在出水层中,部分水解聚丙烯酰胺的-CONH2和-COOH可通过氢键吸附在砂岩表面,而不吸附部分留在空间引起出水层的堵塞,进入油层的部分水解聚丙烯酰胺,由于砂岩表面被油所覆盖,所以油层不发生吸附,因此不堵塞油层。还有在油水走同一孔道的情况下,也能只堵水不堵油,因为部分水解聚丙烯酰胺上的亲水基团-COONa离解,使链节带负电产生静电斥力,所以留在空间的不吸附部分向水中伸展,因而对水有较大的流动阻力,起到堵水作用,当油通过有吸附部分水解聚丙烯酰胺的孔道时,由于它不亲油,分子不能在油中伸展,因而对油的流动阻力很小。在堵水时,部分水解聚丙烯酰胺通常配成100-5000mg/L的溶液使用,处理半径一般大于12m。

2、影响因素

(1)聚丙烯酰胺在水中易水解,又叫部分水解聚丙烯酰胺,分子量可选用1×105-107范围,一般用5×105-8×106的范围,分子量太大,分子间力太大,不易溶解,易被剪切降解;而分子量太小,分子间力太小,加上分子链太短,影响结构粘度的形成,影响增粘效果。

(2)聚丙烯酰胺中的-CONH2水解成-COOH和-COONa的百分数叫水解度。部分水解聚丙烯酰胺的水解度应在0.1%-70%的范围,一般在1%-45%的范围,最好在5%-30%的范围。水解度越大,聚合物的-COO-越多,虽有利于增粘和减少吸附,但不利于聚合物的化学稳定性;相反,水解度太小,-CONH2越多,虽有利于聚合物的化学稳定性,但-CONH2易吸附在地层表面,使吸附量大大增加,这也是不利的。

(3)为减少聚丙烯酰胺的氧化降解,配溶液时先除氧,加入亚硫酸钠可将水的氧含量降到1mg/L以下。

(4)水的矿化度对聚丙烯酰胺溶液影响较大,矿化度增加,盐中的阳离子可在-COO-更近的距离中和它的电性,从而使部分水解聚丙烯酰胺链节间的静电斥力减少,卷曲程度增加,增粘能力下降,现场配溶液用水的矿化度小于5000mg/L。

(5)控制酸碱度(即pH),pH不能太小,太小有利于-COO-与H+结合成-COOH,同样可减少链节间的静电斥力而降低增粘能力,实验中,pH不能小于7。

(6)为减少聚丙烯酰胺在油层表面的吸附,可用低分子量的部分水解聚丙烯酰胺水溶液作前置液,让它先吸附在地层表面,从而减少后来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,也能达到较好的驱油效果。