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第三次采油用的高分子凝胶

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第三次 采油 高分子 凝胶
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第3期 精细石油化工 、 f{ 第三次采油用的高分子凝胶 .庄银凤朱仲祺 (郑州大霉 程 :; 45凝胶处理技术能显著提高石油产量。文章对第三次采油用有机高分子凝胶体系进行了讨论。 关键词:高分子{ 第毛多 毫 霄 均, 1前言 利用地层内的自然压力生产石油的第一 次栗油和以注水或注气法生产石油的第二次 采油总共仅能采出油田贮存的三分之一左右 的原油。而注入水溶性高分子溶液的第三次 采油(又称聚合物驱油)则大大改善了采油的 效果。其中尤以水溶性高分子在多孔性介质 中形成凝腔,堵塞高渗透通道或断层,使聚合 物驱油的效率进一步提高。凝胶处理较之一 般的聚合物驱油成本低。开发和研究第三次 采油用的高分子凝胶的工作已有近二十年的 历史,在国外非常活跃。研究内容有凝胶体系 的化学和物理特性,凝胶体系在多孔性介质 中的就地凝胶化,以及用凝胶过程的数学模 型预计凝胶体系在多孔性岩石中的就地凝胶 化行为等。目前我国绝大多数油田尚处在第 一次采油阶段。本文拟对已开发的主要的有 机高分子凝胶体系进行讨论。 F l~n r g n r,~I a in he c4 in a~in ur~~r 维普资讯 :就地交联(聚合物与交联剂反 应形成凝胶)和就地聚合(单体聚合形成凝 胶)。 2就地交联生成凝胶 最早开发,也是最常用的聚合物是部分 水解的聚丙烯酰胺(然后是聚糖(例 如黄原胶类生物高分子)。有二十多种不同的 金属离子能促进它们交联。其中最常用的交 联剂是)和)化台物 )与部 分水解的聚丙烯酰胺就地反应形成凝胶后可 使多孔性岩石的渗透性下降1000倍。 聚丙烯酰胺的水解度以5 ~10 为宜,浓 度为0.5 ~3 (w)。金属离子一丙烯酰胺的 凝胶化对凝胶溶液的防止凝 胶生成太快,用铈酸铝和铝酸钠作交联剂时, 调节时,选择不同的还原剂,使)以不同 的速度还原为活泼的),可获得不同的 就地凝胶化时间。用亚硫酸氢钠作还原剂凝 胶化时间最短;用硫脲作还原剂可得到长凝 胶化时间(室温下凝胶化时间达数月)。逐步 溶解胶状)H) 可延缓交联,使注入液在 交联前渗入更深的地层。凝胶化时间随剪切 力的增加而减少,因此不能用实验室静态下 的凝胶化时间来预计实际处理油井时的凝胶 化时间。 除金属离子外,还可使用有机交联剂。聚 丙烯酰胺(100~2000甲醛[酰胺基: 甲醛一1,0.1~5.0(可在 ~10.5,30~90"丙烯酰胺上的 活泼位置(酰胺基)可与酚醛体系(升温活化 组分)发生交联,还可与脲醛树脂、三聚氰胺一 甲醛树脂等体系交联。聚丙烯酰胺、聚糖和纤 维素衍生物(2000至少含两个正电荷 氨原子的有机含氮化合物(5~300在 3下凝胶化。又如聚二烯 丙基酰胺一环氧氯丙烷是一种阳离子型树脂。 它已成功地用于部分水解的聚丙烯酰胺、黄 原胶类、纤维素、瓜耳胶等阴离子型聚合物以 及聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮 等非离子型聚合物的交联。这类凝胶具有较 高的强度。其储能模量为30~50 聚丙烯酰胺或聚糖虽然在大多数油田条 件下可有效地用于聚台物驱油,但是只局限 于较低的温度和硬度,因为酰胺基水解后产 生羧酸根,而羧酸根可与油田中存在的钙、镁 离子反应,使聚丙烯酰胺沉淀。聚糖凝胶则会 发生热降解而遭破坏。与部分水解的聚丙烯 酰胺相比能抗剪 切降解,通常在岩石表面吸附较少。然而黄原 胶类较贵,易发生生物降解。为提高聚合物的 热稳定性,油田操作时常添加抗氧化稳定剂, 如硫脲、连二亚硫酸钠、乙酸胍、亚硫酸钠、2一 巯基苯并噻唑钠等。考虑到)有毒,对 环境污染严重,应注意开发无铬的金属离子一 聚合物凝胶体系。 为了减步酰胺基的水解,提高聚丙烯酰 胺的热稳定性和在盐水中的溶解性,合成了 一些丙烯酰胺类的共聚物“ 。其中丙烯酸钠 和2一丙烯酰胺基一2一甲基丙烷磺酸盐 (N,一然对剪切敏感;丙烯酰胺(一2P)的共聚物虽然提高了热 稳定性(在海水和120℃下,共聚物经受住了 六年的老化试验),却增加了高聚物在多孔性 介质中的滞留(这是不希望的)。研究的其它 丙烯酰胺类共聚单体有2一磺化乙基甲基丙 烯酸盐,双丙酮丙烯酰胺、丙烯酰胺基一烷基一些共聚物为无 规共聚物或嵌段共聚物,其成本远高于部分 水解的聚丙烯酰胺。为了降低共聚物的成本, 又研制了一些接枝共聚丙烯酰胺,例如丙烯 酰胺与淀粉、葡萄糖和木质素接枝共聚。 3就地聚合生成凝胶 水溶性高分子溶液粘度很大。而活泼单 体的水溶液粘度低,极易用泵快速输送至远 离油井的地方。注入活泼单体的水溶液使其 维普资讯 ,对聚合物驱油更为有效。 活泼单体[如2 ~5 (w)的丙烯酰胺] 和自由基聚合引发剂等相遇,可就地发生聚 合反应。如果不用双官能单体,所得的聚丙烯 酰胺会慢慢地溶于注入的水中,增加注入水 的粘度。加入适量活泼双官能单体,例如N, 在高渗透区生成交 联聚合物。倘若双官能单体的两个官能团活 性不同,则此外无需加任何共聚单体,例如 2一羟乙基丙烯酸盐既可通过碳碳双键迅速聚 合,又可通过羟基夺取氢原子而慢慢地交联。 如果用活性差些的单体(如丙烯酸2一羟乙 酯)与活性差些的聚合引发剂,可使聚合在较 高温度下进行。在油田中就地进行溶液聚合, 其操作简便,成本低,还可避免固体聚丙烯酰 胺溶解费时以致含有不溶性颗粒和聚丙烯酰 胺发生高剪切降解等问题。当然,用就地聚合 方法也可制得各种丙烯酸类的共聚物,以达 到预期的目的。 前已述及,用酚醛体系作为交联剂,可使 部分水解的聚丙烯酰胺交联,生成凝胶 不用 酚醛树脂,而加入酚类和甲醛作为活泼单体, 使之就地缩合聚合,也能使聚丙_烯酰胺生成 凝胶,用于第三次采油。对间苯二酚一甲醛凝 胶体系(研究表明,此体系可在无盐或 低盐(总盐含量<1 ),用 磺甲基问苯二酚甲醛凝胶体系(抗盐、抗硬度能力较好,可在较宽的 围内应用。就地凝胶化后,岩心的渗透率由约600至0.1酚类化合物和甲醛凝胶体系 相类似,用脲素和甲醛、三聚氰胺和甲醛、磺 化丹宁提取物和甲醛等,作为活泼单体,不另 加聚合物,也可就地缩台聚合,生成凝胶。 在第三次采油中,高分子要在地下经受 许多种环境条件的影响,例如含量,硬 度、温度、多孔度、粘土、岩石组成等。而实际 上就某一高分子凝胶体系而言,要想能同时 满足各种条件的要求是很困难的。所以迄今 为止还没有找到最适宜的高分子凝胶体系。 近年来,人们的注意力放在研制于恶劣条件 下(高温,高含盐、高硬度)仍能正常使用的高 分子凝胶体系。令人欣慰的是,高分子的设计 为研制适合特定油田环境的高分子凝胶体系 提供了有效的途径。 参考文献 1 L. i~t0~ m l ~ 991,32 (2),269~270 (收穑目期 1993s ⅡE oⅡ a/Al~he by by n in 普资讯
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