AM/2-EHA类聚合物调剖剂的合成及其封堵性能研究

作者：田明

来源：博士, 哈尔滨工业大学, 2017.

• 调剖剂
• 聚丙烯酰胺
• 竞聚率
• 室内封堵实验
• 反应动力学
• 共聚物

在大庆油田近60年的开发过程中,尤其是水驱油技术应用以来,石油储层的非均质性不断加剧,造成注入水的无效循环,因此采用调剖剂调整地层的吸水剖面,提高石油采收率。AM/2-EHA类聚合物调剖剂是基于常用调剖剂存在易水解以及耐温性、耐碱性或抗盐性差等问题而研究的新型调剖剂。本论文研究了丙烯酰胺与丙烯酸异辛酯的共聚反应机理、动力学,对AM/2-EHA类聚合物调剖剂进行了室内封堵试验,采用Aspen Plus软件对丙烯酰胺与丙烯酸异辛酯的共聚反应过程进行了模拟计算,为中试装置的建立提供了理论与实验基础,主要内容概括如下:分别采用了元素分析法和红外光谱法对丙烯酰胺与丙烯酸异辛酯共聚合竞聚率进行了研究,运用FR正序法、FR逆序法、KT正序法、KT逆序法、YBR法对数据进行处理,二者的竞聚率均小于1,竞聚率随反应温度的增加而增大但变化不大。从理论上分析了共聚物组成与单体组成、转化率的关系以及链段分布、链节分布规律,并结合共聚物的性能测试最终确定AM/2-EHA共聚物的优化配方为:单体丙烯酰胺浓度为1.46 mol/L,单体丙烯酸异辛酯浓度为3.18mol/L,引发剂过氧化苯甲酰的质量占单体总质量的2%,溶剂乙醇和乙酸乙酯的体积比为1:1。采用溶液聚合法制备了AM/2-EHA共聚物调剖剂、P（AM/2-EHA）/SiO2复合物调剖剂、AM/2-EHA/VTEOS共聚物调剖剂,分别对其结构及性能进行了分析、测试、表征及室内封堵试验。结果表明:AM/2-EHA类共聚物调剖剂颗粒对不同渗透率的岩心都有较好的封堵效果,封堵率均达到90%以上,共聚物调剖剂颗粒能够进入填砂管深部并形成有效封堵,AM/2-EHA类聚合物调剖剂具有很好的耐碱性、抗盐性和耐冲刷能力,在AM/2-EHA共聚物中掺入二氧化硅,有助于提高其力学性能。采用膨胀计法分别研究了丙烯酰胺均聚反应速率及活化能、丙烯酸异辛酯均聚反应速率及活化能、AM/2-EHA共聚反应速率及活化能,研究了单体浓度、引发剂浓度、温度对于反应速率的影响,结果表明AM/2-EHA共聚反应活化能更低,丙烯酰胺与丙烯酸异辛酯更倾向于共聚,与竞聚率研究结果吻合。采用Aspen Plus软件对AM/2-EHA共聚反应过程进行了稳态模拟与分析,基于半连续反应器50kg产品进行物料衡算和能量衡算,原料配比为AM/2-EHA共聚物的优化配方,反应器选用Rbatch模块,物性方法选用“POLYNRTL”方法。通过AM/2-EHA共聚物实测的数均分子量、重均分子量和多分散指数进行模型验证,并通过灵敏度分析讨论了反应温度、引发剂进料量、丙烯酰胺进料量、丙烯酸异辛酯进料量以及单体总进料量对数均分子量、重均分子量和多分散指数的影响。对于AM/2-EHA共聚反应全流程工艺过程进行了初步设计,主要过程包括原料配制、共聚反应、反应浆液洗涤及干燥、产品造粒、产品干燥、产品分级、掺混、包装等过程。针对AM/2-EHA共聚物高粘性的特点,对反应器的型式和结构进行了初步设计。软件模拟、全流程设计、设备选型是工业化装置建立的基础和依据,本论文为拟建立AM/2-EHA共聚物调剖剂中试装置提供了初期准备。

• 出版日期2017
• 单位哈尔滨工业大学