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1、IIIKH570改性阴离子PAM驱油剂的合成与性能研究摘要我国大部分大型油田如：大庆油田、胜利油田都进入了二次采油的末期，产量都有不同程度的递减，而新增储量的增加越来越缓慢，并且勘探成本和难度也越来越大，因此控制含水率，稳定目前原油产量，在最大程度的提高最终采收率，经济合理的予以利用和开发，对整个石油工业有着举足轻重的作用。聚合物驱机理就是在注入水中加入高分子聚合物，增加驱替相粘度，调整吸水剖面，增大驱替相波及体积，从而提高最终采收率这一要求的技术。实验结果显示：在70下，反应配比AM(丙烯酰胺)为KH570：AA(丙烯酸)=7:0.4:2，固配比为4%的情况下，以过硫酸钾为引发剂，其质量为单
2、体总质量的0.5%，将其PH值控制在7-8之间合成聚丙烯酰胺，得到的大分子聚丙烯酰胺。其分子量较其他体系的分子量大，表面张力小，驱替效率较大，驱油效率最高。取最好的聚丙烯酰胺测其不同浓度下的表面张力，测的在0.55g/L时，其表面张力最小。关键词：聚丙烯酰胺，丙烯酸，阴离子型，驱油剂，聚合物驱，波及效率The Synthesis of Modification Anionic KH570 PAM Flooding Oil Polymer and Performance ResearchABSTRACTMost large oil fields in China，such as DaQing o
3、ilfield, ShengLi oilfield ,have entered the end of the secondary oil recovery， production has had different degree of decline, but the new reserves has increased more and more slowly, and the exploration cost and difficulty have bigger and bigger. So controlling water cut, the stability of the outpu
4、t of crude oil, the maximum improve ultimate recovery, economic and reasonable use and development, have a pivotal role on the entire oil industry. Experimental results showed that under 70,the ratio of reaction of AM (acrylamide) : KH570: AA (acrylic acid) = 7:0. 4:2, ratio of solid to 4% of cases,
5、 with potassium persulfate as initiator, the 0.5% of the total quality of quality as the monomer, the PH value control between 7 and 8 synthetic polyacrylamide, macromolecular polyacrylamide. Its molecular weight than other systems of large molecular weight, the surface tension of small, displacemen
6、t efficiency is bigger, its highest flooding efficiency.Take the best polyacrylamide measuring the different concentrations of surface tension, measured at 0.55 g/L, the surface tension is minimal KEY WORDS: Polyacrylamide, acrylic, anionic, oil displacement agent, polymer flooding , the sweep effic
7、iency目录摘要IABSTRACTII1 文献综述111前言11.1 .1 现阶段我国油田现状11.2聚合物驱油剂概述11.2.1 聚合物驱油机理11.2.2 聚合物类型31.3聚丙烯酰胺的物理性质51.3.1基本性质51.3.2流动性质61.3.3 稳定性61.3.4 絮凝作用61.3.5 降低粘滞拽力71.4 聚丙烯酰胺的化学性质71.4.1 水解反应71.4.3 磺甲基化反应81.5 聚丙烯酰胺的生产方法81.5.1水溶液聚合91.5.2 反相乳液聚合91.6聚丙烯酰胺的应用101.6.1聚丙烯酰胺在石油上的应用101.6.2水处理领域101.6.3造纸领域102 实验部分122.1
8、聚丙烯酰胺的合成122.1.1 自由基聚合机理122.1.2 反应试剂和仪器132.1.3聚丙烯酰胺的合成步骤152.1.4 反应机理152.2 聚丙烯酰胺的表征方法162.2.1表面张力测定仪162.2.3 驱替效率的表征163 实验结果与讨论173.1 单一变量法确定因素的影响及比较优化173.1.1 丙烯酰胺与丙烯酸比例优化173.1.2 KH570比例优化183.1.3 固配比优化193.1.4 引发剂比例优化203.1.5温度优化213.2 性能表征223.2.1 表面张力性能表征223.2.2 实验室模拟底层岩心驱替实验25总结27致谢28参考文献292 KH570改性阴离子PAM
9、的合成与性能研究1 KH570改性阴离子PAM的合成与性能研究1 文献综述11前言1.1 .1现阶段我国油田现状我国大部分大型油田如：大庆油田、胜利油田都进入了二次采油的末期，产量都有不同程度的递减，而新增储量的增加越来越缓慢，并且勘探成本和难度也越来越大，因此控制开采原油的含水，稳定原油产量，在最大程度的提高最终采收率且经济合理的利用和开发，对整个石油工业有重要的作用。石油作为一种不可再生资源，在国民经济中发挥着重要的作用。虽然我国在连续9年中，每年新增石油探明地质储量已超过10亿吨，但却占世界当年新增石油探明地质储量的比例却非常少。2012年我国新增石油探明地质储量为15.2亿吨，仅占世界
10、当年新增石油探明地质储量的0.85%。2013年我国原油产量为2.08亿吨，石油消费量为4.88亿吨，原油产量与消费量之间存在巨大差距，原油对外依存度高达57.39 %，我国仍是进口原油的大国。面对这样严峻的形势，提高原油采收率显得极为重要。对石油资源的开发可以分为一次釆油、二次采油以及三次采油等阶段。一次采油主要利用地层能量进行开采，釆收率一般在15 %左右；二次釆油主要利用注水或者注气来保持地层能量，一般可以提高釆收率10 %-15 %；在经过二次采油后，在地层中仍然有大量的剩余油未被釆出，因此需要利用三次采油技术对地层中的剩余储量进行挖潜1。在三次采油技术中聚合物驱技术发展较成熟,其应用
11、效果相对较好。大庆、胜利、河南、大港等油田的聚合物驱矿场试验表明，在均质性较好的油藏，聚合物驱能够取得较好的效果；但是，随着油藏非均质性增强，聚合物提高波及效率的能力降低，驱替液将主要沿高渗透带窜流，高渗透带的波及程度较高，而低渗透带的波及程度较低；因此，为了提高强非均质油藏的原油采收率，需要进一步增强聚合物提高驱替液波及效率的能力2。三次采油技术已经是我国提高原油采收率(EOR)的主要方法之一，研究发现，当聚合物溶液粘度保持在为20mPas情况下，随着聚合物相对分子质量的提高，聚合物增油量持续提高，驱油成本大也在幅度降低3。如下表1-1所示：表1-1聚丙烯酰胺相对分子质量与增油量关系相对分子
12、量(万)聚合物增油量（吨）油耗聚合物量（千克）1200157.36.361800217.34.602200259.33.852 KH570改性阴离子PAM的合成与性能研究图1-1我国原油产量、消费量及对外依附度1.2聚合物驱油剂概述1.2.1聚合物驱油机理在地层中加入聚合物，降低了原油流度比，同时也增大了驱替相的粘度。使平面上的原油与聚合物更加均质，提高原油的波及系数(sweep efficiency)。在纵向上聚合物先和高渗透层接触，然后渗流到大空气中。由于孔隙壁与聚合物之间的相互吸附作用，使其流动半径减小，又由于聚合物粘度大，流动阻力增大，降低高渗透层的流动速度，使高低渗透层的流速差减小，
13、从而扩大了波及系数，以达到提高采收率的目的；吸附作用同时减少了油相的渗流的阻力，使油相流动速度加快。其次，聚合物溶液在凹陷处易被拉伸变形，使岩石空隙中的残余油被驱出从而提高驱油效率，达到提高原油采收率4。油藏中添加聚合物增加水粘度并且减少油藏水的相对渗透率储层，增加采油率最终产生分相流。若水油流度为1或比1少，油水取代位移将被影响并且会出现活塞现象。相反的，若水油流度比比1大，更多的水将通过空隙中的油，留下的区域未波及到的油。根据水油流动比的原则，水溶性聚合物可用于增加水相的粘度，减少多孔岩石中水的渗透性,从而形成一个更有效和合适的理论从油藏驱出原油。这个效应是指在不同储层条件下，获得的可驱原
14、油的饱和度是大于零。有效的影响仅仅是油藏具有较大的渗透率，这意味着油藏含有高流动性的饱和油，同时从原油特征方面来讲，其价值是在少量含油油藏粘度低生态性好5。3 KH570改性阴离子PAM的合成与性能研究1.2.2聚合物类型（1）这个1后面没有2聚丙烯酰胺类（polyacrylamide,简称PAM)聚合物是指丙烯酰胺（acrylamide,简称：AM分子式：CH2=CHCONH2）的均聚物及丙烯酰胺与其它单体形成的共聚物的统称。工业上，凡含有50以上丙烯酰胺单体的聚合物，都泛称作聚丙烯酰胺。这类聚合物一般都是线型水溶性聚合物，是油田中应用最为广泛的水溶性聚合物品种之一。PAM产品主要形式有水溶
15、液胶体、粉状及胶乳三种，并可有阴离子、阳离子和非离子等类型。PAM的工业生产是50年代开始发展的，1952年美国氢氨公司首先进行了PAM生产的开发研究,两年后正式投入万吨级生产线。在国内，1966年在兰州建立了国内第一条聚丙烯酞胺的生产线。一些具有特殊功能的衍生物也已实现工业化生产。到本世纪末，全世界的生产能力己超过40万吨6。聚丙烯酰胺是市场上公认的使用效果好，最有发展前景的聚合物。通常用于提高采收率的聚丙烯酰胺包括未水解的聚丙烯酰胺(非离子聚丙烯酰胺PAM)和部分水解聚丙烯酰胺(阴离子聚丙烯酰胺HPAM)，结构为图1-2a、b。图1-2 a（非离子聚丙烯酰胺PAM）图1-2 b（阴离子聚丙烯酰胺HPAM）目前，聚合物驱使用的聚合物主要为聚丙稀酰胺(PAM)及其衍生物。这些聚合物一般是丙稀酰胺(AM)均聚物发生水解后的产物，或者是丙稀酰胺与丙稀酸(AA)的共聚物，所以一般称其为部分水解聚丙稀酰胺(Partially Hydrolyzed Polyacrylami
