我国有丰富的中低渗透油层资源,但由于受目前理论与技术的限制,采收率仅有 20%左右,因此,中低渗透油藏有巨大的采油潜力。化学驱是注水开发油藏到中后期的 必经阶段,而聚合物驱则是化学驱技术中使用较多且有成功先例的驱油技术之一。聚合 物驱中最重要的一类聚合物部分水解聚丙婦骄胺(HPAM),常用于流度控制和渗透率调 整。但线性的HPAM在用于中低渗透油藏时,由于中化渗透油藏自身的孔隙细小、结 构复杂、流体在其中渗流时,受相界面的作用强烈使得聚合物存在注不进、采不出 的困境。本文针对中低渗透油藏对聚合物的特殊要求从功能单体的制备和改性出发,重 新设计聚合物的分子结构,并研究其在中低渗透油藏的可行性,主要包括W下几点: 1.根据中低渗透油藏低孔、低渗的特点,设计聚合物的分子结构为星形结构,使 其在低浓度时有较好的抗剪切能力和增黏效果。 2.改性纳米Si〇2功能单体的制备及表征,主要包括使用娃焼偶联剂对纳米Si〇2 表面的搔基进行改性后再与马来酸巧反应増加改性单体的活性。优化出了制备单体的最 佳反应条件为:溶剂为甲苯,反应温度为80’C,反应时间为12小时。同时采用热重、 红外和核磁等方法对两种单体进行了表征。 3.改性纳米SiCVAA/AM共聚物驱油剂的制备,采用正交-单因素-正交的方法确 定了最优的合成条件:单体总质量浓度为26%,丙稀酣胺丙巧酸质量比为8.2:1.8,引发 剂加量为单体总质量的0.2%,反应温度40’C,pH=7.4,改性纳米Si〇2功能单体加量为 单体总量的0.3%。并使用红外、核磁等方法对聚合物进行了表征,测定了聚合物的分 子量约为1100万到1300万,水动力学半径为150nm到200nm,同时采用扫描电镜证实 聚合物呈明湿的H维网状结构。 4.聚合物有较好的増黏性能及耐温性能:65°C时,lOOOmg/L的聚合物溶液黏度为 300mPa^左右,从20’C上升到90°C时黏度保留率在%0%W上。聚合物有良好的抗剪 切性能及流变性能:吴茵剪切和多孔介质剪切实验均表明,在65’C下,lOOOmg/L的聚 合物溶液在高剪切速率(11500r/min、80.8ml/min)时黏度保留率在77.9%1^上。对聚合物 在中低渗透油藏(50~500)xl0‘3叫n2的注入性和阻力系数(Rf)及残余阻力系数(艮FF)进行了 研究,结果表明lOOOmg/L的聚合物Polymer-20在K=30〇xl〇’3p_m2左右的油藏的注入压 力小于0.6MPa,在K=10〇xl(rVm2的油藏的注入压力小于3.0MPa即聚合物在中低渗透 油藏有较好的注入性。聚合物Polymer-20在中低渗透油藏能够增加水相黏度同时降低流 度比,提商了聚合物在中低渗透油藏的波及系数,起到流度控制的作用。改性纳米 Si〇2/AA/AM聚合物驱油剂的适用范围为K=(1005〇0)xl〇-3叫n2。 实验表明共聚得到的改性纳米SiCVAA/AM聚合物驱油剂有良好的耐温抗剪切性 能。由于聚合物有较好的注入性和流度巧制能力,所在中低渗透油藏有一定的可行性。 关键词:聚合物驱油剂,改性纳米Si〇2,中低滲透油藏,可行性Abstract Ourcountryhasrichresourcedofmediumandlowpermeabilityreservoirs,butdueto thelimitationoftheoryandtechnology,recoveryefficiencyonly20%,therefore,inthe productio打oflowpermeabilityreservoirshashugepotential.Chemicalfloodingisakeystage inthelaterperiodofwaterfloodingreservoirs.AndPolymer日codingismoreandoneof successfulprecedentfloodi打gtechnologyinchemicalflooding.Partiallyhydrolyzed polyacrylamide(HPAM)is化emostimportantPolymersinpolumerflooding,oftenusedfor 打owcontrolandpermeability.ButwhenusethelineHPAMinlowpermeabilityreservoirs withlowpermeabilityreservoirsofporeinwhichsmall,complicatedstructure,fluidseepage, thestrongroleofthephaseinterfacemakePolymere义ist打otinject,notout.Forthe specialrequirementsofPolymeri打theLowpermeabilityreservoirs,thispaperfromthe preparationandmodificationoffunctionalmonomer,redesignofthePolymermolecular structure,andstudiesitsfeasibilityinandmid-lowpermeabilityreservoirs,includingthe foUowing: 1.Baseonlowpermeabilityreservoirsoflowpermeabilityreservoirs,designthe molecularstructureofPolymerisstarstructure;makesurei打lowCO打ccntr过tionhas泣better ability1:0iresistshearandviscouseffect. 2.Preparationandcharacterizationofmodified打anoSi〇2functionalmonomer,mainly includingusethesilanecoupli打gagentmodi贷cationthehydroxylonthesurfaceof打ano-Si〇2 andreactwithmaleicanhydride化i打cr＊easing化eactivityofmo出fiedmo打omer.Optimi之ethe optimumreactionconditio打sformo打omer:tolueneasthesolvent,reactiontemperatureis80 〇 C,:re泣ctiontimeis12hours.CharacterizationofthemonomersbyThermogravimetric analysis(TGA),Infraredspectrum。民)andNuclearmagneticreso狂ance(IhNMR). 3.Thepreparatio打ofPolymerModifiednano-Si〇2/AA/AM,usi打gtheorthogonal-single factor-orthogonalmethodtodeterminetheoptimalsyntheticconditions;totalmonomer concentrationis26%,AM;AA=8.2:1.8,amountofinitiatoris0.2%,reactio打temperatureis 40°C,pH=7.4,modi巧ednanoSi〇2flmctio打almonomer'squantityof0.3%ofthetotal monomers.AndcharacterizationthePolymerbyInfraredspectrum(IR)andNuclearmagnetic 化so打ance(＊HNMR);determi打cthemolecularweightofPolymerisabout11millionto13 millionandhydrodynamicradiusis150nmto200mn,atthesametimeconfirmethe three-dimensionalnetworkstructureofPolymerbyscanningelectronmicroscopy(SEM). 4.Theevaluatio打ofPolymerModifiednan〇Si〇2/AA/AM,Polymerhasgoodincrease viscosityabilityandheatresi巧ance:thelOOOmg/LPolymersolution,sviscosityisabout 300mPa-sat65°Cand化ePolymersolutioii,sviscosityrententionrateisabove74.0%whenthetemperaturefrom20°C化90°C.Polym巧hasgoodshearresistanceandrheological properties:WuYinshearandperforationshearexperimentsshowthatunder65°C,1000 mg/LPolymersolutionathighshearrate(11500r/min,80.8ml/min),theviscosityretention rateisabove77.9%.Studyontheinjection,theKsistancefactor(Rf)andresidualKsistance factor(Rff)ofPolymerinthelowpermeaWlityKservoirs口0500);theresultsshow 化atthe1000mg/LPolymer-20inthemid姐epermeabilityreservoir(K=30〇xl〇-3|xm2),the injectionpressureislessthan0.6MPa;Inlowpermeabilityreservoir(K=10〇xl〇-Jim),the injectio打pressureislessthan3.0MPa;sothePolymerhasgoodinjectionperformanceinlow permeabilityreservoirs.Polymer-20canincreasewaterphaseviscosityandgreatlyreducethe permeabilityofwaterphaseinporousme化a化reducethemoWlityratio,greatlyimprovethe sweepefficiencyofPolym巧inlowpermeabilityKservoi巧,andhave也eeffectofmoWli巧 control.ThepermeabilityscopeofapplicationforthePolymermodifiednanoSi〇2/AA/AMis from100x1〇-3叫化500x10-3^2 Experimentsshowthat化ePolym巧modifiednano-Si〇2/AA/AMhasgoodshear resistance,goodheat-resistantandrheologicalproperties.AtthesametimethePolymerhave betterperformanceofinjectionandmobilitycontrolab化ty,sohasgoodfeas^Uityinlow permeabilityreservoirs. Keywords:Polymeroil化splacementagent,modi行ednanoSi〇2,Lowpermeabilityreservoirs, 耗as化化ty目录 第1章绪论 1 1.1引胃1 1.2中低渗透油藏开发现状及遇到的问题 2 1.3中低渗透油藏提高采收率现状 3 1.3.1注气法3 1.3.2微生物采油法 3 1.3.3层内爆炸增产技术 3 1.3.4震动波法 4 1.3.5电动力学方法 4 1.3.6化学法4 1.4聚合物提高中低渗油藏采收率可行性研究 6 1.5存在难点7 1.6本文主要研究内容 8 1.7技术路线及研究思路 8 1.8本文创新点9 第2章改性纳米二氧化枉单体的制备 10 2.1引胃10 2.1.1纳米二氧化桂的化学改性 10 2.1.2纳米二氧化珪的主要应用领域 12 2.2改性纳米二氧化娃功能单体的制备 13 2.2.1纳米二氧化娃表面桂泻基数量的确定 13 2.2.2纳米二氧化桂表面珪装基的改性 15 2.2.3纳米二氧化桂表面娃蒼基改性程度的确定(氨基的测定) 16 2.2.4溶剂对改性程度的影响 18 2.2.5反应温度对改性程度的影响 19 2.2.6不同反应时间对改性程度的影响 19 2.2.7不同加料比对改性程度的影响 20 23改性纳米二氧化话功能单体的表征 20 2.3.1热重分析 21 2.3.2红外分析 22 2.3.3核磁分析 21 2.4本章小结 23 第3章聚合物驱油剂的合成及表征 24 3.1原料选#24 I3.2引发剂选择24 3.3聚合物驱油剂的分子结构设计 25 3.4实验部分25 3.4.1实验仪器 25 3.4.2实验药品 25 3.4.3实验步骤 26 3.5实验结果与讨论 26 3.5.1正交实验 26 3.5.2单体总浓度的优化 28 3.5.3引发剂浓度的优化 29 3.5.4丙帰醜胺丙帰酸比例的优化 30 3.5.5反应pH值的优化 31 3.5.6反应湿度的优化 31 3.5.7正交实验优化 32 3.5.8功能单体加量 34 3.6聚合物驱油剂的表征 35 3.6.1红外光谱 35 3.6.2核磁共振 % 3.6.3分子量 37 3.6.4分子水动力学半径 % 3.6.5扫描电镜 40 3.7本章小结41 第4章聚合物的评价及其在中低渗透油田的可行性分析 42 4.1聚合物的评价 42 4丄1增黏性能 42 4丄2粘温关系 43 4丄3抗盐性能 44 4丄4抗剪切性能 45 4丄5流变性能 47 4.2聚合物在中低渗透油藏的可行性分析 49 4.2.1注入性 50 4.2.2阻力系数与残余阻力系数 53 4.3本章小结54 第5章结论及建议56 5.1结论56 5.2建&57 III S[谢58 参考魏59 攻读硕±学位期间发表的学术报告 65 III 西南石油大学硕±研究生学位报告 第1章绪论 1.1引言 近年来,随着国民经济快速发展,石油消费逐年增长,中国石油经济技术研究院编 纂的《2013年国内外油气行业发展报告》显示,我国石油2012年对外依存度为56.6%, 2013年对外依存度己经达到58.1%,预计2014年国内石油需求将达5.18化吨,对外依 存度达5