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集成膜法软化海水配聚的影响因素及中试研究

作　者: 王燕
导　师: 苏保卫
学　校: 中国海洋大学
专　业: 化学工程
关键词: 聚合物驱油聚丙烯酰胺粘度集成膜软化海水
分类号: TE357.46
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

聚合物驱油是一种重要的三次采油技术，可以有效提高油田的原油采收率。聚合物驱油技术需要大量的淡水作为配聚用水，而海上油田淡水资源紧缺，且海水由于矿化度和硬度较高，配制的聚合物溶液粘度低，不能满足聚合物驱油的粘度要求，或聚合物溶液浓度很高时才能满足驱油粘度要求。因此，寻求适合聚合物驱油所需的淡水资源是海上油田提高聚合物驱油效率的关键。本文采用三种分子量不同的部分水解聚丙烯酰胺聚合物（分别记为HPAM-A，HPAM-B，HPAM-C），研究了影响聚合物溶液粘度的主要因素，包括聚合物溶液浓度、搅拌速度、剪切速率、温度、矿化度、阳离子浓度、pH值、溶解氧含量等。为了解决海上油田淡水紧缺问题，采用产量为100t/d的集成膜法设备处理胶州湾海水，以软化海水作为配聚淡水来源，研究了各种软化海水作为配聚用水时的驱油效果，并选用最适宜的软化海水做聚合物驱油中试研究。研究结果表明，部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）溶液的粘度随着HPAM聚合物溶液浓度的增加而增大，在考虑驱油效果和经济效益的情况下选择合适浓度以及增粘效果较好的HPAM。由于HPAM是链状结构的物质，因此，其溶液的粘度受溶解搅拌速度及机械剪切作用的影响，所以应尽量避免HPAM溶液受剪切作用造成粘度的损失。同时，HPAM溶液粘度受温度的影响较大，当温度从20℃升高到60℃时，粘度的损失率在30%左右。由于三次采油所用的HPAM为阴离子聚合物，因此，配聚用水中的阳离子对HPAM溶液的粘度会造成严重影响。HPAM溶液的粘度随着总矿化度（TDS）和二价阳离子浓度的增大而呈线性降低；阳离子对HPAM溶液粘度的影响程度随着阳离子价态的升高而增加，三价阳离子浓度增大到一定值时，HPAM溶液可产生絮凝；由于Fe2+具有还原性，因此在有氧存在时，HPAM溶液的粘度降低严重。HPAM溶液的粘度受pH值影响明显，pH在7~9之间时，HPAM溶液粘度存在最大值；溶解氧对HPAM有氧化降解的作用，充氮气除氧方式有更好的除氧效果，除氧率可达86%，溶解氧含量可降低至1mg·L-1左右，可使HPAM溶液的初始粘度提高50%，并且经过10天65℃老化后粘度保留率为80%，可有效防止HPAM高分子的氧化降解；采用NF1、NF2、NF3、NF4四种软化海水作为配聚用水，结果显示：NF1、NF4两种软化海水对聚合物溶解时间最短为60min，且NF1、NF4配制聚合物增粘效果也好于NF2、NF3，当所配制的HPAM-C聚合物浓度在1500mg·L-1时，粘度均大于30mPa·s，可满足聚合物驱油粘度要求；软化海水溶解的HPAM-C聚合物溶液具有良好的粘温性、剪切稀释性、抗剪切性及热稳定性；NF1、NF4两种软化海水所配制1500mg·L-1的HPAM-C聚合物溶液与地层岩心有良好的配伍性，其中NF1和NF4软化海水配制聚合物溶液阻力系数分别为7.46、8.08，残余阻力系数分别为2.32、2.58。软化海水配聚中试研究表明：HPAM-C聚合物在NF4软化海水中的溶解时间约为90min；当浓度为1500mg·L-1的质量浓度下，粘度为30.4mPa·s，可满足聚合物驱油粘度要求；1500mg·L-1的HPAM-C溶液具有良好的注入性，阻力系数和残余阻力系数分别为6.98和2.67。本课题的研究为驱油聚合物溶液粘度的提高以及集成膜法软化海水技术在海上油田聚合物驱油中的大规模应用提供了参考依据。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-10
目录  10-13
引言  13-14
1 文献综述  14-29
  1.1. 聚合物驱油发展概况  14-16
    1.1.1. 聚合物驱油机理及种类  15
    1.1.2. 聚丙烯酰胺结构性质  15-16
    1.1.3. 聚丙烯酰胺在其它行业中的应用  16
  1.2. 聚合物溶液粘度的影响因素  16-22
    1.2.1. 聚合物溶液浓度的影响  16-17
    1.2.2. 温度的影响  17-18
    1.2.3. 机械剪切的影响  18
    1.2.4. 矿化度的影响  18-19
    1.2.5. 阳离子的影响  19-20
    1.2.6. pH 值的影响  20-21
    1.2.7. 溶解氧的影响  21-22
  1.3. 聚合物驱油存在的问题  22-23
  1.4. 膜技术在海水淡化中的应用  23-28
    1.4.1. 超滤在海水淡化中的应用  23-25
    1.4.2. 纳滤在海水淡化中的应用  25-28
  1.5. 本课题研究的意义  28-29
2. 实验流程及方法  29-37
  2.1. 实验试剂及仪器  29-32
  2.2. 实验方法  32-37
    2.2.1. 聚合物溶液的配制  32
    2.2.2. 聚合物溶液粘度的测定  32-33
    2.2.3. 软化海水的制备  33-37
3. HPAM 溶液粘度影响因素的研究  37-63
  3.1. 聚合物溶液浓度对 HPAM 粘度的影响  37-38
  3.2. 剪切作用对 HPAM 溶液粘度的影响  38-43
    3.2.1. 转子转速对 HPAM 溶液粘度的影响  39-41
    3.2.2. 溶解搅拌速度对 HPAM 溶液粘度的影响  41-42
    3.2.3. 机械剪切对 HPAM 溶液粘度的影响  42-43
  3.3. 温度对 HPAM 溶液粘度的影响  43-45
  3.4. 矿化度对 HPAM 溶液粘度的影响  45-47
  3.5. 阳离子对 HPAM 溶液粘度的影响  47-55
    3.5.1. Na+和 K+对 HPAM 溶液粘度的影响  47-48
    3.5.2. Ca2+和 Mg2+对 HPAM 溶液粘度的影响  48-49
    3.5.3. Fe3+和 Al3+对 HPAM 溶液粘度的影响  49-51
    3.5.4. Fe2+对 HPAM 溶液粘度的影响  51-52
    3.5.5. 混合阳离子对 HPAM 溶液粘度的影响  52-53
    3.5.6. TDS 和 Ca2+、Mg2+总浓度对 HPAM 溶液粘度的影响  53-55
  3.6. pH 值对 HPAM 溶液粘度的影响  55-56
  3.7. 溶解氧对 HPAM 稳定性的影响  56-60
    3.7.1. 除氧剂硫脲（TU）对 HPAM 粘度的影响  56-57
    3.7.2. 热力除氧对 HPAM 粘度的影响  57-58
    3.7.3. 充氮气除氧对 HPAM 粘度的影响  58-59
    3.7.4. 溶解氧含量分析  59-60
  3.8. 金属阳离子络合剂 EDTA 对 HPAM 粘度的影响  60-61
  3.9. 小结  61-63
4. 软化海水与 HPAM 溶液的配伍性研究  63-80
  4.1. HPAM 在软化海水中的溶解性实验研究  63-66
  4.2. HPAM 在软化海水中的增粘性实验研究  66-69
  4.3. 软化海水配制 HPAM 溶液的耐温性研究  69-71
  4.4. 软化海水配制 HPAM 溶液的流变性研究  71-73
  4.5. 软化海水配制 HPAM 溶液的抗剪切性研究  73-74
  4.6. 软化海水配制 HPAM 溶液的长期稳定性研究  74
  4.7. 软化海水配制的 HPAM 溶液与油层的配伍性研究  74-79
  4.8. 小结  79-80
5. 软化海水配聚中试研究  80-86
  5.1. 实验流程  80-83
  5.2. 配聚中试 HPAM 溶液溶解性研究  83
  5.3. 配聚中试 HPAM 溶液增粘性研究  83-84
  5.4. 配聚中试 HPAM 溶液与油层配伍性研究  84-85
  5.5. 小结  85-86
结论  86-88
参考文献  88-95
致谢  95-96
个人简历  96-97
已发表学术论文成果  97-98

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