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分子结构对疏水缔合聚合物流变性质和驱油效率的影响

作　者: 陈斌
导　师: 郭拥军
学　校: 西南石油大学
专　业: 应用化学
关键词: 粘弹性流体第一法向应力差形变恢复能力提高原油采收率
分类号: TE39
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

聚合物溶液的粘弹性的提高能够提高驱油效率,本文的主要目的是研究模拟油藏条件下不同分子结构的缔合聚合物溶液在多孔介质中的粘弹性及其与驱油效率之间的关系。本文通过实验手段研究了油藏条件下不同分子结构的缔合聚合物溶液在流变仪和多孔介质中的流变性和粘弹特性,通过驱替实验表明了不同分子结构的缔合聚合物溶液的粘弹性对驱油效率的贡献,并且深入分析了聚合物的微观驱油机理。具体研究内容如下：1.聚合物溶液的粘弹特性合成了三种不同疏水基含量的缔合聚合物,疏水基含量大小顺序为：HNT279A>HNT276A>X61A。用流变仪测定了缔合聚合物溶液的粘滞特性和粘弹特性,分析了影响聚合物溶液粘度和粘弹特性的因素,实验发现缔合聚合物的表观粘度由结构粘度和非结构粘度两部分组成。通过稳态剪切实验发现：表观粘度随着聚合物质量浓度和疏水基含量的增加而增大；溶液的第一法向应力差N1随着剪切速率的增大而增大,并且疏水基含量越高,N1越大,在相同表观粘度下,疏水基含量高的HNT279A具有更高的第一法向应力差N1；通过公式计算出了相同表观粘度下的三种聚合物的出口膨大倍数B和韦森博格(Weissenberg)数,用来评价三种聚合物粘性和弹性的大小,疏水基含量高的HNT279A具有更高的出口膨大倍数B和韦森博格(Weissenberg)数。提出用形变恢复能力来表征聚合物溶液弹性的大小。实验发现在相同剪切粘度下的三种聚合物,形变恢复能力随着疏水基含量的增大而增大。2.聚合物溶液在孔隙介质中的流变性和粘弹性通过岩心渗流实验,测定了聚合物溶液通过岩心后的粘度变化情况,发现剪切作用有利于提高分子间缔合效率,使粘度升高。实验发现聚合物溶液在低流速下,表现剪切变稀,超过一定流速后,表现为剪切增稠。有效粘度和弹性粘度随着剪切速率和疏水基含量的增大而增大。3.聚合物溶液驱油效果分析通过室内岩心驱油实验,得出相同剪切粘度下HNT279A、HNT276A、X61A的提高采收率值分别为20.6%、17.88%、17.54%。结果表明,聚合物溶液的第一法向应力差、形变恢复能力、出口膨大倍数、有效粘度等与驱油效率成正比。也就是说,聚合物溶液的弹性可以影响驱油效率,并且弹性越大,驱油效率越高。综上所述,初步获得了缔合聚合物分子结构与其流变特性(特别是粘弹特性)的关系,以及与驱油效率的关系。得出：聚合物溶液的弹性性质可以比较好地解释聚合物驱在渗流和驱油实验中所见到的现象,为化学驱化学剂的设计、合成以及筛选提供依据,有助于化学驱驱油方案的设计和优化、化学驱数模的发展和微观渗流力学的发展。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-20
  1.1 我国油田提高石油采收率前景分析  9-10
  1.2 驱油用聚合物及聚合物驱油技术国内外研究现状  10-17
    1.2.1 驱油用聚合物  10-12
    1.2.2 聚合物溶液的流变特性  12-13
    1.2.3 聚合物驱技术  13-14
    1.2.4 驱油机理  14-17
  1.3 问题的提出、本文的研究内容与路线  17-20
    1.3.1 问题的提出  17-18
    1.3.2 研究内容  18-19
    1.3.3 实施路线  19-20
第2章驱油用聚合物及其水溶液性质  20-33
  2.1 驱油用聚合物及其水溶液性质  20-22
    2.1.1 聚合物分子的柔顺性  20
    2.1.2 聚合物溶液的性质  20-22
      2.1.2.1 聚合物的溶解  20-21
      2.1.2.2 聚合物溶液的粘度  21-22
  2.2 疏水缔合聚合物及其水溶液性质  22-32
    2.2.1 疏水缔合聚合物的合成  22-26
    2.2.2 疏水缔合聚合物溶液的配制  26
    2.2.3 疏水缔合聚合物特性粘数的测定  26-27
    2.2.4 缔合聚合物溶液的粘度  27-30
      2.2.4.1 切变速率对粘度的影响  27-29
      2.2.4.2 浓度对粘度的影响  29-30
    2.2.5 疏水缔合聚合物复杂的流变特性  30-31
    2.2.6 疏水缔合聚合物溶液的温度依赖性  31-32
  2.3 本章小结  32-33
第3章聚合物溶液的流变性和粘弹性  33-61
  3.1 聚合物溶液流变性和粘弹性的理论基础  33-37
    3.1.1 聚合物溶液粘弹性的表现  35-37
  3.2 聚合物溶液有效粘弹性的获取  37-50
    3.2.1 动态振荡模式下测试参数的选取  37-39
    3.2.2 第一法向应力差的测试  39-41
    3.2.3 挤出膨大比B  41-43
    3.2.4 韦森博格(WEISSENBERG)数  43
    3.2.5 蠕变-恢复测试模型  43-44
    3.2.6 形变-恢复模型  44-50
  3.3 聚合物溶液粘弹性的表征  50-59
    3.3.1 基本测试条件  50-51
    3.3.2 聚合物溶液的剪切流变曲线  51-52
    3.3.3 第一法向应力差的测量  52-56
      3.3.3.1 第一法向应力差随浓度的变化  52
      3.3.3.2 相同剪切粘度的三种聚合物第一发现应力差的比较  52-54
      3.3.3.3 缔合结构可以贡献第一法向应力差(N_1)  54-56
    3.3.4 膨胀倍数B的计算  56
    3.3.5 韦森博格(WEISSENBERG)数的计算  56-57
    3.3.6 形变恢复能力的测量  57-59
  3.4 本章小结  59-61
第4章聚合物溶液在多孔介质中的渗流  61-72
  4.1 孔隙介质的基本性质  61-63
    4.1.1 多孔介质的定义  61
    4.1.2 实验室常用的几种多孔介质  61-62
    4.1.3 多孔介质的基本性质  62-63
  4.2 岩心中非牛顿流体剪切速率的计算  63-64
  4.3 聚合物溶液的岩心剪切稳定性  64-67
  4.4 聚合物溶液在多孔介质中的流变性  67-71
    4.4.1 聚合物溶液在孔隙介质中的有效粘度  68-71
    4.4.2 有效粘度与剪切速率的关系  71
  4.5 本章小结  71-72
第5章聚合物溶液的粘弹性对驱油效率的影响  72-79
  5.1 实验仪器和药品  72-73
    5.1.1 实验仪器  72
    5.1.2 药品  72-73
  5.2 岩心驱油实验  73-76
    5.2.1 实验装置流程图  73
    5.2.2 实验步骤  73-74
    5.2.3 驱油实验结果  74-76
  5.3 有效粘度、形变恢复、第一法向应力差与驱油效率之间的关系  76-77
  5.4 聚合物微观驱油机理分析  77-78
  5.5 本章小结  78-79
第6章结论和建议  79-81
  6.1 结论  79-80
  6.2 建议  80-81
致谢  81-82
参考文献  82-86
攻读硕士学位期间发表的论文及参研项目  86

分子结构对疏水缔合聚合物流变性质和驱油效率的影响

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