海上油田加快疏水缔合聚合物溶解方法研究

海 洋 石 油

O FFSHO RE O IL

2007年6月

文章编号:1008-2336(2007) 02-0042-04

海上油田加快疏水缔合聚合物溶解方法研究

王 颖, 叶仲斌, 舒 政, 蒲 军

(油气藏地质及开发工程国家重点实验室 西南石油大学, 四川成都610500)

摘 要:因为疏水侧基的存在, 具有优异性能的疏水缔合聚合物溶解性较差, 成为海上油田聚合物驱技术大规模应用的瓶颈, 因而有必要对加速疏水缔合聚合物的溶解方法进行研究。室内实验证实疏水缔合聚合物的溶胀与溶解有明显的界限。疏水缔合聚合物干粉溶解的关键在于加速溶胀胶团中的疏水缔合聚合物分子向溶剂水中的分子扩散运动。由费克定律可知, 对疏水缔合聚合物来说, 溶解速度主要由固液比界面所支配, 缩小溶胀胶团尺寸, 就可以成指数倍增加溶胀胶团的表面积。所以溶胀胶团的尺寸越小, 溶解越快。在室内通过使溶胀胶团在一定流动压差下强制过筛网, 即用机械方法缩小溶胀胶团的尺寸, 可以显著加快其溶解速度, 使溶解时间缩短, 这为海上油田矿场进行疏水缔合聚合物配制工艺的改进提供了依据。

关键词:海上油田; 疏水缔合聚合物; 溶解速度中图分类号:T E357. 46; T E53 文献标识码:A

水溶性疏水缔合聚合物作为一种新型的耐温耐盐聚合物有望克服聚丙烯酰胺(HPAM) 耐盐差的缺点而应用于强化采油。

聚合物在水溶液中溶解性能的好坏是其最终能否应用于油气开采的重要条件[2]。由西南石油大学研制的代号为AP-P4的疏水缔合聚合物是在部分水解聚丙烯酰胺(HPAM) 的亲水主链上引入少量(摩尔浓度一般低于2%) 疏水侧基所形成的一类新型水溶性聚合物。目前已在渤海绥中36-1油田、大港羊三木油田和中原文卫油田等分别进行了聚合物驱、深部调驱和多元复合驱, 取得了一定效果。但因为疏水侧基的存在, 使AP-P4的溶解性差, 大大制约了其在海上油田的应用。陆上油田可以通过增加熟化罐的个数和容积解决聚合物溶液的配制问题, 但海上平台空间、面积和承重有限, 适合陆上配聚的庞大工艺系统是海上油田聚合物驱技术大规模应用的瓶颈, 因而有必要针对海上油田的生产实际, 开展海上油田加快疏水缔合聚合物溶解速度研究, 以便提高海上油田疏水缔合聚合物的应用效果。

[1]

1 疏水缔合聚合物AP-P4的溶解机理研究

大量溶解实验发现[3], 因为疏水侧基的存在, 缔合聚合物的溶解特性与部分水解聚丙烯酰胺不完全相同。

选用疏水缔合聚合物AP-P4和超高分子量聚丙烯酰胺M O4000进行对比试验, 样品的基本参数见表1。实验采用称重法, 即测量盐水(见表2) 中溶胀胶团的重量随时间的变化, 其对比结果见图2。

表1 样品基本参数

Tab. 1The foundation parameters of samples 聚合物M O4000A P-P4

固含量87. 9088. 20

水解度/mol%27. 125. 3

分子量/10623. 412. 5

水不溶物, %0. 1090. 130

从图1可以看出, 随着时间的增加, 缔合聚合物的溶解过程经历了两个界限较明显的阶段, 即缔合聚合物的溶胀和溶解阶段。在无外力作用时, 溶解速度是很慢的。这是由于疏水缔合聚合

基金项目:国家863计划项目 海上油田提高采收率公共技术平台研究 (项目编号2004AA617040) 资助。收稿日期:2006-11-14; 改回日期:2006-12-18

作者简介:王颖(1978 ) , 女, 2001年毕业于西南石油学院油气储运工程专业, 目前为该院在读硕士, 主要从事油气藏工程及提高采收率

第27卷 第2期王颖, 等 海上油田加快疏水缔合聚合物溶解方法研究

表2 模拟SZ36-1注入水水质

Tab. 2The injection water components in SZ 36-1Oilf ield

43

离子组成/(mg L

-1

)

K ++Na +

2551. 91Mg 2+228. 9Ca 2+569. 0Cl -5470. 7SO 42-36. 6HCO 3-190. 6CO 32-0

总矿化度9048.

快溶解, 关键在于如何加速溶胀胶团中的缔合聚合物分子向溶剂水中的分子扩散运动。由费克扩散定律:

J 1=Aj 1=-AD

-10

2

c 12

聚合物中的扩散系数值[5]介于固体(约为10cm /s) 和液体(约为10cm /s) 之间, 很低, 且可以强烈的随溶质浓度而变化。随溶解的进行, 溶液中的疏水缔合聚合物浓度增加, 则溶液

图1 聚合物已溶胀重量与溶胀时间的关系Fig. 1T he relationship betw een swell weight and time

-5

黏度增加, 分子扩散系数降低。

对熟化罐中的溶胀胶团的受力分析知:搅拌的效果对提高粒子表面的传质系数的作用不大, 溶解速度主要由固液比界面积所支配[6], 因此可以通过增加固液比界面积来加速溶解。

缩小溶胀胶团的粒径, 即成指数倍的增加颗粒表面积, 可以成指数倍的加速分子扩散运动, 从而实现加速溶解。

物分子链上的疏水基是非极性基团, 它的存在使疏水缔合聚合物的分子间除了范德华力和氢键外, 还有疏水缔合侧基之间的作用力, 即疏水缔合作用力, 因而增加了疏水缔合聚合物分子间的内聚力。且它与水分子之间只有范德华引力, 这种作用力比水分子之间的相互作用弱得多, 因而不能有效地取代与水分子以氢键相互作用的另一水分子位置而形成疏水基与水分子的结合。这种分子相互作用的特性在宏观上就表现为疏水缔合聚合物的溶解性差。而MO4000却明显不同, M O4000的溶胀与溶解间没有明确的界限, 这是由于聚丙烯酰胺分子间除了很弱的氢键力相互作用外[4], 没有其它相互作用, 渗透压差和分子热运动足以克服这种作用, 因此它实际上是溶胀进行到一定程度后, 分子同时向溶剂中扩散而溶解。

由此可知, 影响缔合聚合物干粉溶解的关键在于溶胀胶团中的聚合物分子扩散速度。那么加

2 缔合聚合物加速溶解室内方法研究

我们在室内采用机械方法, 将溶胀胶团分割成更小的尺寸, 验证是否可以达到加速溶解的目的。2. 1 实验装置

实验装置示意图见图2。2. 2 实验步骤和方法

(1) 按10000mg/L 聚合物有效浓度, 将定量的粒径范围在0. 42~0. 84mm 的AP-P4干粉颗粒加入45 的绥中36-1模拟地层水中,

在

图2 溶胀胶团过滤实验流程

Fig. 2T he flow diagram of swell g ranule ex periment

44 海 洋 石 油

行过滤, 收集过滤后的流体;

2007年6月

150r/min 的搅拌速度下恒温静置10min; (2) 在不锈钢管中间隔约10cm , 先垫上孔径0. 84m m (或0. 42mm 、0. 25m m 、0. 178mm 、0. 15mm) 的钢丝筛网3组, 钢丝筛网下垫上多孔板, 孔眼直径为6mm;

(3) 将上述聚合物母液倒入中间容器中, 上端连接高压氮气, 密封聚合物溶液上端部分;

(4) 向中间容器中通入0. 5M Pa 压缩氮气强

(5) 拆开流程, 用一定量的绥中36-1模拟地层水反复冲洗钢丝筛网和钢管, 收集冲洗下来的溶液, 和过滤后的流体混合, 使聚合物有效浓度为5000mg/L;

(6) 将过滤后的溶液在恒温水浴中搅拌, 记录完全溶解所需要的时间。

整个实验结果见表3所示。

表3 聚合物溶胀母液继续搅拌至溶解所需时间与筛网尺寸的关系

Tab. 3The relationship between dissolution time which is required after filter and the size of screens 序号123456

母液浓度/(mg L ) [***********]005000

-1

溶胀时间/min [1**********]0

过滤筛网尺寸/mm 0. 840. 420. 250. 1780. 15

过滤后搅拌时间/min 109

[1**********]

实际的溶解时间/min [**************]

溶解完全后稀释成目标液1500mg/L 的黏度/(mPa s )

30. 9

31. 133. 332. 534. 033. 7

限;

3 结果与讨论

从表3可以看出, 随着钢丝筛网孔径的缩小, 也就是说随着胶团被分割得越小(由于存在胶团通过孔眼拉伸流动时的变形及过滤后胶团间有重新粘联的可能, 不能将筛网孔眼直径与切割后胶团直径等同) , 疏水缔合聚合物溶解完全所需搅拌时间越来越短, 从纯粹搅拌溶解需150分钟, 到经过孔径为0. 15mm 的筛网过滤切割后, 完全溶解只需70分钟, 缩短80分钟。并且, 用不同孔径的筛网切割后, 完全溶解获得的聚合物溶液黏度差异不大, 说明实验条件下的剪切没有导致聚合物分子链断裂降解。

上述实验证实了通过机械办法缩小溶胀胶团尺寸来加快疏水缔合聚合物溶解速度是可行的, 为矿场上疏水缔合聚合物溶液配制工艺的改进提供了依据。

(2) 缔合聚合物的总体溶解速度与溶胀胶团大小关系密切, 溶胀胶团尺寸越小, 溶解越快;

(3) 室内实验证实通过缩小溶胀胶团尺寸可以实现疏水缔合聚合物的加速溶解, 且为矿场上疏水缔合聚合物的配制工艺改进提供了依据。

符号注释:

A 为扩散发生的截面积, m 2; C 1为浓度; Z 为距离, m; D 为扩散系数, 取决于物质本性的常数。

参考文献:

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4 结论

(1) 缔合聚合物的溶胀与溶解有明显的界

(下转第87页)

第27卷 第2期

油田化学, 2002, 19(1):39-42.

崔新栋, 等 活性微球堵剂的研究与应用

87

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Research and application of active micro -sphere plugging agent

Cui Xindong, Dong Lixin

(Oil Pr oduction T echnology I nstitute of X ianhe Oil Production Plant , Shengli O ilf ield L td. , Dongy ing 257068)

Abstract:To solve the problem of the remaining oil production in complexed fault block reservoir of Xianhe oil zone, a set of active m icro -sphere plugg ing agents have been also developed using the method of latex or micro -latex preparation. The research and application of active micro -sphere plugging ag ent have been also carried out. Based on lots of lab experiments, physical and chemical parameters of the active micro -sphere

are evaluated including original size, shape and form , expansibility, stability, plugg ing results, etc. Applicability is also evaluated by modeling the reservoir conditions. As a result, micro -spheres of different ranks used for different permeability in Xianhe complexed fault block reservoir are chosen as a micro -sphere system that adapts to the reservoir characteristic w ell. In the end, field test of deep stereo profile control is carried out. In conclusion, deep stereo profile control w ith active micro -sphere can be actually realized of low concentration, little dose and injection on line, which increases sw ept area and volume of injected w ater, then reaches the aim of EOR.

Key words:active microsphere; deep stereo profile control; fault block reservoir; plugging agent (上接第44页)

A study on accelerating the solubility of hydrophobically

associate polymer for offshore oilfield

Wang Ying, Ye Zhongbin, Shu Zheng, Pu Jun

(T he State K ey L abor atory of O il &Gas Reserv oir Geology and Exp loitation

Southwest Petroleum Univer sity , Chengdu 610500)

Abstract :For the ex istence of hydrophobic group, the solubility of hy drophobically associate polymer becomes difficult, w hich is the bottleneck for w idespreading polymer flooding in offshore oilfield. So it is necessary to study how to accelerate the solubility of hydrophobically associate poly mer from technology. Laboratory ex periments indicate that there is obv ious division betw een the solubility and bulge of hydrophobically associate polymer. The crucial effect on its dissolution rate is how to fasten the molecular diffusion from the bulge to w ater. According to the Fick s law, the overall dissolution rate of hydrophobically associate polymer is dominated by contact surface between the bulge and w ater. The sm aller the bulge size, the quicker the dissolution. Ex perimental results show that the dissolution time is shorten by making the bulge granule overpassing screens under certain pressure. This method prov ides evidence for accelerating polymer dissolution for offshore oilfield.

Key words:offshore oilfield; hy drophobically associate polymer; dissolution rate