驱油用功能聚合物溶液特性与分子模拟
随着国内石油勘探和开发的深入,易开采浅层油气资源已近枯竭,石油开采向低渗、特低渗和页岩地层等非常规油气藏方向发展,面对如此复杂的地下环境,对化学驱油剂的性能提出了更高的要求。近年来,对化学驱油剂的研究很多,但很难有一种能同时满足地下高温、高盐环境,并兼具增粘效果和表面活性的驱油用功能型聚合物。由于驱油用功能聚合物既具有增粘效果,又具有耐温、耐盐、抗剪切性能以及表面活性,成为一种多效合一的化学驱油剂而备受关注。<br>  本论文采用耗散颗粒动力学模拟(DPD)和分子动力学模拟(MD)等分子模拟方法,与溶液粘度、表/界面张力、环境扫描...
随着国内石油勘探和开发的深入,易开采浅层油气资源已近枯竭,石油开采向低渗、特低渗和页岩地层等非常规油气藏方向发展,面对如此复杂的地下环境,对化学驱油剂的性能提出了更高的要求。近年来,对化学驱油剂的研究很多,但很难有一种能同时满足地下高温、高盐环境,并兼具增粘效果和表面活性的驱油用功能型聚合物。由于驱油用功能聚合物既具有增粘效果,又具有耐温、耐盐、抗剪切性能以及表面活性,成为一种多效合一的化学驱油剂而备受关注。
  本论文采用耗散颗粒动力学模拟(DPD)和分子动力学模拟(MD)等分子模拟方法,与溶液粘度、表/界面张力、环境扫描电子显微镜、红外光谱分析、岩心渗透等实验方法对驱油用功能聚合物RH-4和RH-6的增粘性、耐温性、耐盐性、抗剪切性、表面活性、驱油效果进行了研究,并与目前最常用的聚合物驱油剂—部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)进行了对比。考察了分子结构、环境条件对驱油用功能聚合物RH-6性能的影响,旨在为驱油用功能聚合物作为高效驱油剂的分子设计和现场应用提供理论指导。
  本论文主要分为三个部分:
  (1)采用耗散颗粒动力学(DPD)模拟和实验相结合的方法研究了驱油用功能聚合物RH-6的分子结构、水溶液增粘机理以及耐盐性能,并与部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)进行了对比。利用耗散颗粒动力学方法(DPD)模拟了PAM、HPAM、RH-6在水溶液中的溶解状态,研究了分子链结构对聚合物分子行为的影响,分析了不同浓度的HPAM和RH-6溶液的增粘性,模拟了NaCl溶液对RH-6粘度的影响;通过实验比较了HPAM和RH-6溶液的增粘性、耐盐性及两种聚合物溶液的微观结构。研究结果表明:驱油用功能聚合物RH-6的摩尔分数大于0.03(对应0.6g/L的聚合物浓度)时,水分子扩散系数显著降低,浓度超过0.6g/L后RH-6聚合物溶液的增粘效果远高于相同浓度的HPAM;盐溶液中RH-6能形成三维网状结构,具有很好的抗盐能力。
  (2)采用分子动力学(MD)模拟和实验研究了Na+、Mg2+、Ca2+、Cr3+和Fe3+对驱油用功能聚合物RH-6的粘度影响及机制。实验结果表明:NaCl、MgCl2、CaCl2、CrCl3、FeCl3对RH-6粘度影响大小排序为FeCl3> CrCl3> CaCl2> MgCl2>NaCl。通过分子动力学模拟发现,Na+、Mg2+、Ca2+三种离子中Na+的水合能力最低,Ca2+和Mg2+能进入羧酸根的第一层水合层,而Na+仅能进入羧酸根的第二层水合层。Na+、Mg2+、Ca2+对驱油用功能聚合物RH-6的粘度影响程度为Ca2+>Mg2+> Na+。Fe3+和Cr3+能与RH-6聚合物形成稳定的配合物,此配合物极易从溶液中析出,不溶于水,而且Fe3+比Cr3+具有更强的配位能力。
  (3)对驱油用功能聚合物RH-4和RH-6的驱油性能和驱油效果进行了研究,并与相同浓度的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)进行对比。研究结果表明:当聚合物溶液的浓度超过1g·L-1后驱油用功能聚合物的粘度高于HPAM,而且在高温条件下具有比HPAM更好的耐温性能;三种聚合物不管是在无机盐(NaCl、MgCl2和CaCl2)溶液中,还是在高价无机盐(CrCl3和FeCl3)溶液中,三种聚合物的抗盐性能大小为RH-6>RH-4>HPAM;驱油用功能聚合物RH-6具有剪切恢复功能,在72h后,驱油用功能聚合物的粘度能恢复到初始剪切时的175%;功能聚合物RH-6和RH-4具有较高的表/界面活性(0.5g/L时溶液的表面张力就比HPAM溶液低46%左右,界面张力比HPAM低37%),比HPAM的阻力系数和残余阻力系数均高(1g/L时阻力系数比HPAM溶液高70%,残余阻力系数比HPAM高41%),可同时改善波及系数并提高洗油效率,是一种比较理想的驱油剂。
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作者: 吴凯飞
学科专业: 材料工程
授予学位: 硕士
学位授予单位: 南京工业大学
导师姓名: 姚晓 米艳敏
学位年度: 2017
语 种: chi
分类号: TE39