改性黄原胶的溶液性能、结构及驱替应用研究

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本文针对目前黄原胶(XG)在驱油过程中存在用量高、耐温性能差等问题,通过醚化反应得到了具有分子间缔合能力的水溶性聚合物改性黄原胶(MXG),主要研究了改性黄原胶的溶液性能、结构、静态吸附规律及驱替性能。与XG相比,MXG在纯水和盐水溶液中均具有更好的增粘和耐温性能。2g/LMXG在纯水溶液和5g/L NaCl溶液中的表观粘度分别为304mPa·s和275mPa·s。当NaCl浓度在080g/L范围内时,分子间的疏水缔合作用和分子链上亲水性基团C-O键与溶液中Na+的络合作用,使MXG呈现了良好的抗盐性能和两次明显的盐增稠效应,当MXG浓度为2.0g/L时,于30oC在5g/L和60g/L NaCl溶液中的表观粘度分别为275.9mPa·s和281.9mPa·s,与XG相比,增加幅度分别为56.3%和20%。2g/L MXG溶液在75oC时在纯水和5g/L NaCl溶液中的表观粘度仍然分别高达167.9mPa·s和151.9mPa·s。而在此温度下,相同浓度的XG在纯水和盐水溶液的表观粘度只有84mPa·s和60mPa·s。以芘为探针的荧光和紫外分析结果表明,对于在水溶液中的抗盐机理和耐温机理,MXG与疏水改性聚丙烯酰胺共聚物完全不同。在纯水和5g/L NaCl水溶液中,随着MXG浓度的增大,分子间的疏水缔合作用增强,溶液吸光度A值增大,疏水微区的非极性增大,I1/I3值减小,疏水缔合结构的数目和尺寸增大,使Ie/Im值增大。在5g/LNaCl水溶液中,虽然疏水基团间的缔合作用有所增强,但聚合物盐溶液的紫外吸光度略高于纯水溶液的吸光度,而且与无盐溶液相比,盐溶液中的I1/I3值也只有微弱的下降。这揭示了MXG分子链中含有的六元环刚性结构单元使得聚合物分子链在盐水中构象仍然伸展,从而使聚合物在盐水溶液中的粘度下降值较小。在070g/L NaCl范围内,Na+对MXG分子链的静电屏蔽作用以及分子链中C-O键的络合作用随NaCl浓度的变化而变化,使得疏水缔合作用的强弱、缔合体的紧密度以及缔合结构的数量和尺寸都在不断改变,因此,A值、I1/I3值、Ie/Im值都呈现不规则的变化。当温度从30oC升高到75oC,I1/I3值呈现不规则的振荡型变化,A值则出现两次最大值。对于MXG,随着温度的增加,氢键作用被破坏,削弱了分子链上亲水基团的亲水性,从而增强了疏水基团之间的缔合作用,使缔合体结构变得紧密,但缔合体的数量和尺寸减少,溶液粘度下降。而对于疏水缔合丙烯酰胺共聚物,在高于50oC的温度下,分子链间的缔合作用被削弱,疏水缔合结构被解缔,使得水溶液的粘度显著下降。扫描电镜(SEM)研究表明,构象伸展的MXG通过分子链上疏水基团的分子间缔合作用在纯水中形成了树枝状缔合结构,且随着MXG浓度的增大,分子链间的缔合作用增强,缔合结构变得更紧密。在5g/L NaCl盐溶液中,1.5g/LMXG形成了伸展的分子链束,在3g/L MXG溶液中形成了连续的缔合结构。这正是由于在XG分子链上引入了疏水基团和本身分子链的刚性结构使其在盐溶液中形成了良好的缔合结构,从而赋予了MXG优异的溶液性能。MXG在石英砂上的静态吸附实验发现,MXG的平衡吸附量低于XG的平衡量吸附,而且温度对MXG静态吸附的影响规律,与HPAM完全不同。随着吸附时间的增加和聚合物浓度的增大,XG和MXG的吸附量都增大;随着盐浓度的增加,MXG和XG的吸附量都是先增大再减小而后趋于平衡,而且MXG平衡时的吸附量为475.1μg/g,XG的吸附平衡量为648.2μg/g。在模拟中渗透储层的驱替实验结果表明,MXG比XG具有更好的注入性能、流度控制能力和后续水驱效果,在渗流过程中能较快达到压力平衡,而且随着聚合物浓度的增大,聚合物的阻力系数和残余阻力系数也随着增大。模拟大庆油田的油藏环境:温度(45oC),总矿化度(4456mg/L),当岩心渗透率为184.9(10-3um2)时,注入MXG浓度为0.8g/L,获得的阻力系数为10.8,残余阻力系数为3.4。MXG能顺利注入的岩心渗透率最小为52.5(10-3um2),此时MXG的浓度为0.4g/L,获得的阻力系数为8.8,残余阻力系数为1.5。这些实验数据为改性黄原胶应用于中渗透储层提供了科学依据。
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