超支化聚合物的合成及在油田化学的应用

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超支化聚合物因其独特的3D拓扑结构、大量可修饰的末端官能团以及良好的流变性等优势受到各研究领域的关注与重视,在油田化学领域也取得一定的研究进展。本文针对油田进入开采后期,非常规油气藏以及老旧油田面临的开采难题,设计研发改性超支化聚酰胺胺与和改性超支化聚乙烯亚胺,将其分别应用于低渗透油藏降压减阻和原油破乳,这将对油田可持续发展产生深远的影响。(1)研发不同取代基、不同相对分子质量的超支化聚合物,用以降低非常规油气藏的注水压力。以乙二胺和丙烯酸甲酯为原料,基于“一锅法”和逐步升温梯度法,通过调控乙二胺和丙烯酸甲酯的比例,合成了一系列超支化聚酰胺胺(h PAMAM);以十二叔胺/十四叔胺和环氧氯丙烷为原料,合成了改性用阳离子单体环氧丙基十二烷基二甲基氯化铵(SE-LH)和环氧丙基十四烷基二甲基氯化铵(SL-LH);进一步通过SE-LH和SL-LH对h PAMAM进行端基修饰,得到一系列改性超支化聚酰胺胺(h P-SE-LH/h P-SL-LH)。通过对产物的结构表征和理化性能测试,优选具有合适取代度的h P-SE-LH和h P-SL-LH作为降压减阻剂。分别从岩心渗透率、注入浓度、注入PV数三方面展开性能研究。结果表明,与常规降压减阻剂相比,h P-SE-LH和h P-SL-LH表现出良好的降压性能,尤以h P-SL-LH-9效果最为突出,在注入2 PV,浓度2 g·L-1,岩心实测渗透率为0.07 m D时,降压效率达44.46%。通过界面张力、润湿性等探索h P-SE-LH和h P-SL-LH的降压机理。结果表明,超支化聚合物独特的超支化结构可以多位点吸附在岩石表面成膜,能有效降低毛细管作用力,降低降压减阻剂用量;独特的流变性和高界面活性,可以改变岩石表面的润湿性,有效增加注水量。(2)研发了不同取代度(DS)的超支化聚合物破乳剂,用于老旧油田水包油(O/W)型乳状液的破乳。以棕榈酰氯和超支化聚乙烯亚胺(HPEI)为原料,调控DS值小于0.35,得到一系列改性超支化聚乙烯亚胺(CHPEI)。通过对产物的结构表征,优选具有合适取代度的CHPEI作为破乳剂。分别研究添加量、破乳温度、沉降时间对破乳效果的影响。结果表明,与传统破乳剂相比,CHPEI具有添加量少、沉降时间短的优势,尤以CHPEI-2效果最为突出,添加量80 mg·L-1、破乳温度60°C、沉降时间30 min时,除油率可达91%。通过界面张力、透射率及平均粒径等研究CHPEI的破乳机理。结果表明,凭借其高度支化的结构、较高的界面活性可替代乳状液原有界面膜并有效降低界面强度,利于油滴的聚结、沉降,表明破乳机理为絮凝聚结机理和顶替置换机理。
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