CN100349975C - 一种改善聚丙烯酰胺溶液粘弹性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改善聚丙烯酰胺溶液粘弹性的方法。为了提高聚丙烯酰胺溶液的粘弹性。其特征在于：把几种不同分子量的聚丙烯酰胺共混，得到分子量分布更宽的共混的聚丙烯酰胺，再配置成溶液，其中所述的聚丙烯酰胺在共混的聚丙烯酰胺中所占的质量百分比例均在5%～90%之间。经过该方法处理过的聚丙烯酰胺具有粘弹性大的特点。

Description

一种改善聚丙烯酰胺溶液粘弹性的方法

技术领域：

本发明涉及油田采油领域中一种改善三次采油中使用的聚丙烯酰胺溶液粘弹性的方法。

背景技术：

聚丙烯酰胺是一种阴离子型聚合物，与水形成具有粘弹性的聚丙烯酰胺溶液。这种具有粘弹性的流体在多孔介质中具有特殊的流变性质，可以明显增大流动阻力，作为流度控制剂在提高油田采收率技术中得到广泛应用，形成了聚合物驱油技术。

聚合物驱油的机理是：与水驱相比，粘弹性的聚丙烯酰胺溶液可以提高驱油效率(宏观驱油效率和微观驱油效率)。在地层条件及注入工艺一定的条件下，由于高渗透层的流动阻力小，聚丙烯酰胺溶液优先进入高渗透层中。在聚丙烯酰胺溶液粘性和弹性的共同作用下，高渗透层的流动阻力增加，从而使聚丙烯酰胺溶液也能进入中、低渗透层中。在各层都进入了聚丙烯酰胺溶液后，高渗透层的流速仍比低渗透层的流速大，较大的流速使聚丙烯酰胺溶液的弹性粘度升高，弹性作用增加了高渗透层的流动阻力，使聚丙烯酰胺溶液比不存在弹性效应时能更多地进入低渗透层，调整注入剖面。从聚合物的驱油机理可知，聚丙烯酰胺溶液粘弹性的综合体现是流动阻力，粘性和弹性的增加都可以提高流动阻力，而聚丙烯酰胺溶液弹性的提高更有利于扩大波及体积，提高采收率。

聚合物驱油技术已经在大庆油田得到广泛应用，为稳定我国的石油产量发挥了重要作用，但是该技术还处于不断发展之中，如何提高聚合物体系的驱油性能是仍然是研究人员努力的一个方向。现在使用的驱油聚合物是聚合物厂生产的各种平均分子量的聚丙烯酰胺。

发明内容：

本发明提供一种改善聚丙烯酰胺溶液粘弹性的方法，经过该方法处理过的聚丙烯酰胺具有粘弹性大的特点。

本发明的技术方案是：该改善聚丙烯酰胺溶液粘弹性的方法，是把几种不同分子量的聚丙烯酰胺共混，得到分子量分布更宽的共混的聚丙烯酰胺，再配置成溶液，其中所述的聚丙烯酰胺在共混的聚丙烯酰胺中所占的质量百分比例均在5％～90％之间。

上述的所用聚丙烯酰胺的分子量范围在300×10⁴～3800×10⁴，在此范围内选择分子量分别为高、中、低的三种聚丙烯酰胺进行共混；将共混的聚丙烯酰胺配置成浓度为500～2500mg/kg间的水溶液。

本发明具有如下有益效果：本发明的作用就是通过把聚合物厂直接生产的不同平均分子量的聚丙烯酰胺按一定比例共混来改善聚丙烯酰胺溶液的粘弹性，使聚丙烯酰胺溶液弹性增大，从而提高聚合物的驱油效果，提高原油采收率。

附图说明：

图1是实例1中聚丙烯酰胺共混体系和单一体系的储能模量；

图2是实例1中聚丙烯酰胺共混体系和单一体系的拉伸断裂时间；

图3是实例2中聚丙烯酰胺共混体系和单一体系的储能模量；

图4是实例2中聚丙烯酰胺共混体系和单一体系的拉伸断裂时间；

图5是实例3中聚丙烯酰胺共混体系和单一体系的储能模量；

图6是实例3中聚丙烯酰胺共混体系和单一体系的拉伸断裂时间。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步说明：该改善聚丙烯酰胺溶液粘弹性的方法，是把几种不同分子量的聚丙烯酰胺共混，得到分子量分布更宽的共混的聚丙烯酰胺，再配置成溶液，其中所述的聚丙烯酰胺在共混的聚丙烯酰胺中所占的质量百分比例均在5％～90％之间。

上述的所用聚丙烯酰胺的分子量范围在300×10⁴～3800×10⁴，在此范围内选择分子量分别为高、中、低的三种聚丙烯酰胺进行共混；将共混的聚丙烯酰胺配置成浓度为500～2500mg/kg间的水溶液。

在本发明中，把聚合物厂直接生产出来的聚丙烯酰胺称为单一平均分子量聚丙烯酰胺体系(单一体系)；把三种不同单一平均分子量的聚丙烯酰胺体系按一定比例共混得到的体系称为聚丙烯酰胺共混体系。聚丙烯酰胺共混体系的平均分子量等于分子量为高、中、低的三种聚丙烯酰胺的平均分子量按质量权重加权平均的结果，计算公式如下：

$M_m=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i{x}_i---\left(1\right)$

式中Mm为共混体系的平均分子量，M_i为第i种聚丙烯酰胺的平均分子量，x_i为第i种聚丙烯酰胺在共混体系中的质量权重。设计共混体系的原则是：聚丙烯酰胺共混体系的平均分子量与单一体系的平均分子量相同，这两种体系在相同浓度时进行粘弹性对比，共混的聚丙烯酰胺表现出的粘弹性更有利于驱油。聚丙烯酰胺按质量比例进行共混，聚丙烯酰胺溶液的浓度是质量浓度，这样有利于现场的使用和成本比较，又可以显示本发明的意义。

具体的步骤如下：

(1)选择一种聚丙烯酰胺单一体系，作为与共混体系粘弹性对比的对象。如选择聚合物厂生产的分子量为2500万的聚丙烯酰胺。

(2)在选定的作为对比的聚丙烯酰胺的分子量上下再选择三种不同分子量的聚丙烯酰胺，这三种聚丙烯酰胺可以包含步骤(1)中的聚丙烯酰胺。如选择聚合物厂生产的分子量为1200万、2500万、3800万的聚丙烯酰胺。

(3)质量百分比例在5％～90％之间，指定三种聚丙烯酰胺中某一种聚丙烯酰胺的比例，再按公式(1)计算另两种聚丙烯酰胺的质量比例。如指定分子量为2500万的聚丙烯酰胺的比例为50％，计算分子量为1200万和3800万聚丙烯酰胺的比例都等于25％。

(4)按照步骤(3)确定的质量比例，分别称量三种聚丙烯酰胺干粉的质量，并混合均匀。最后用含一定矿化度的水，把共混的聚丙烯酰胺干粉和作为对比的单一聚丙烯酰胺干粉配置成相同浓度的聚丙烯酰胺溶液，如浓度为1000mg/kg的聚丙烯酰胺溶液。

(5)改变聚丙烯酰胺的质量比例，重复步骤(3)、步骤(4)，可以得到一系列平均分子量相同，聚丙烯酰胺质量比例不同的共混体系。

经上述步骤配置的聚合物溶液熟化后，用布氏粘度计在剪切速率为7.34s^-1时测定聚合物体系的粘度。聚丙烯酰胺溶液弹性的大小可以用溶液的储能模量、拉伸断裂时间表征。储能模量用TA公司的AR1000-N流变仪，选用60/2°锥板测量系统测定的。拉伸断裂时间是用Thermo Haake公司的毛细管拉伸断裂流变仪(CapillaryBreakup Extensional Rheometer)测定的。所有的测试都是在45℃的温度下进行。

按照本发明介绍的方法制备的聚丙烯酰胺共混体系的粘度可能比单一体系的粘度略高，也可能比单一体系的粘度低，但差别不是很大，取决于共混时所用的聚丙烯酰胺的分子量和配比。但是按本发明制备的共混体系的弹性大于单一体系的弹性，这是本方法的主要特征。

实施例1、采用大庆炼化公司生产的聚丙烯酰胺，分子量分别为1200×10⁴、2500×10⁴、3800×10⁴，按照表1中的比例进行共混，再配成水溶液，溶液中聚丙烯酰胺浓度为1000mg/kg，溶液中NaCl浓度为2.41g/kg。按前述方法测定1-3各体系的粘度、储能模量和拉伸断裂时间，结果示于表1和图1、图2。

                      表1 聚丙烯酰胺共混与单一体系的粘度

体系类别	编号	3800万比例	2500万例	1200万比例	加权计算分子量/×104	粘度/mPa.s
							共混体系	1	25％	50％	25％	2500	40.328
2	30％	40％	30％	2500	40.042
						单一体系		3	0	100％	0	2500	37.984

1.粘度对比：由表1可见，聚丙烯酰胺共混体系的粘度略大于单一体系的粘度。

2.弹性对比：

(1)储能模量对比：储能模量越大，聚合物溶液的弹性越好，由图1可见，聚丙烯酰胺共混体系(1、2号样品)的储能模量大于单一体系(3号样品)的储能模量，所以聚丙烯酰胺共混体系的弹性大于单一体系的弹性。

(2)拉伸断裂时间对比：在毛细管断裂拉伸流变仪中，当聚合物溶液拉丝的直径等于0.02mm时的时间为拉伸断裂时间，该时间可以表征聚合物的弹性大小，拉伸断裂时间越长，聚合物溶液的弹性越好。由图2可见，聚丙烯酰胺共混体系的拉伸断裂时间为1.57s和1.488s，而单一体系的拉伸断裂时间为1.38s，因此聚丙烯酰胺共混体系的弹性大于单一体系的弹性。

实施例2、采用大庆炼化公司生产的聚丙烯酰胺，分子量分别为500×10⁴、800×10⁴、2151×10⁴、2500×10⁴、2971×10⁴，按照表2中的比例进行共混，再配成水溶液，溶液中聚丙烯酰胺浓度为1000mg/kg，溶液中NaCl浓度为2.41g/kg。按前述方法测定1-3各体系的粘度、储能模量和拉伸断裂时间，结果示于表2和图3、图4。

                         表2 聚丙烯酰胺共混与单一体系的粘度

体系类别	编号	聚合物B，比例	聚合物B，比例	聚合物C，比例	加权计算分子量/×104	粘度/mPa.s
							共混体系	1	2971万，60％	2151万，31.34％	500万，8.66％	2500	47.2
2	2971万，40％	2500万，48.92％	800万，11.08％	2500	49.6
						单一体系		3	0	100	0	2500	51.5

1、粘度对比：由表2可见，聚丙烯酰胺共混体系的粘度低于单一体系的粘度。

2.弹性对比：

(1)储能模量对比：

由图3可见，聚丙烯酰胺共混体系(1、2号样品)的储能模量大于单一体系(3号样品)的储能模量，所以聚丙烯酰胺共混体系的弹性大于单一体系的弹性。

(2)拉伸断裂时间对比：

由图4可见，聚丙烯酰胺共混体系(1、2号样品)的拉伸断裂时间(1.43s、1.33s)大于单一体系(3号样品)的断裂时间(1.12s)，所以聚丙烯酰胺共混体系的弹性大于单一体系的弹性。

实施例3、采用大庆炼化公司生产的聚丙烯酰胺，分子量分别为1547×10⁴、2778×10⁴、3304×10⁴，按照表3中的比例进行共混，再配成水溶液，溶液中聚丙烯酰胺浓度为1000mg/kg，溶液中NaCl浓度为2.41g/kg。按前述方法测定1-3各体系的粘度、储能模量和拉伸断裂时间，结果示于表3和图5、图6。

                     表3 聚丙烯酰胺共混与单一体系的粘度

体系类别	编号	1547万比例	2778万比例	3304万比例	加权计算分子量/×104	粘度/mPa.s
							共混体系	1	10.48％	65％	24.52％	2778	54.9
2	5.99％	80％	14.01％	2778	56.2
						单一体系		3	0	100％	0	2778	55.2

1.粘度对比：由表3可见，聚丙烯酰胺共混体系的粘度非常接近单一体系的粘度。

2.弹性对比：

(1)储能模量对比：

由图5可见，聚丙烯酰胺共混体系(1、2号样品)的储能模量大于单一体系(3号样品)的储能模量，所以聚丙烯酰胺共混体系的弹性大于单一体系的弹性。

(2)拉伸断裂时间对比：

由图6可见，聚丙烯酰胺共混体系(1、2号样品)的拉伸断裂时间(1.8s、1.92s)大于单一体系(3号样品)的断裂时间(1.66s)，所以聚丙烯酰胺共混体系的弹性大于单一体系的弹性。

Claims (2)

1、一种改善聚丙烯酰胺溶液粘弹性的方法，其特征在于：把几种不同分子量的聚丙烯酰胺共混，得到分子量分布更宽的共混的聚丙烯酰胺，再配置成溶液，其中所述的聚丙烯酰胺在共混的聚丙烯酰胺中所占的质量百分比例均在5％～90％之间；所述的聚丙烯酰胺分子量范围是300×10¹～3800×10¹，在此范围内选择分子量分别为高中低的三种聚丙烯酰胺进行共混。

2、根据权利要求1所述的改善聚丙烯酰胺溶液粘弹性的方法，其特征在于：将共混的聚丙烯酰胺配制成浓度为500～2500mg/kg间的水溶液。

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