驱油两亲聚合物性能调控方法及增效机理研究

摘要

两亲聚合物作为一种聚合物驱油试剂，相比普通高分子聚合物具有明显的性能优势。但是，由于聚合物自身的技术特征使其具有多分散性，而不同分子量组分的结构、性能特征及其在整个体系性能形成中的作用机制尚不明确，这在一定程度上限制了对两亲聚合物性能的深入理解以及新的性能优化方法的产生。针对这一问题，分别从两亲聚合物分离组分和两亲聚合物复配两方面出发，研究分离组分及体系间的相互作用规律，基于此探索建立新的性能调控方法并揭示其协同增效机理。从一个新的角度对两亲聚合物的理论和实践进行补充和指导。 选取分别以具有表面活性的聚醚链段和传统烷烃链作为疏水基团的S型和L型两亲聚合物为研究对象，建立适合的组分分离方法。在此基础上，对不同分离组分单独及混合后的增黏能力、流变特性及乳化性能进行研究，利用环糊精包合作用、流变学、分子能量学方法、动态光散射、多重光散射、光学显微镜、扫描电镜、激光粒度分析仪及油/水界面张力仪等方法揭示体系相关性能的协同作用机理，进而建立基于分离组分的性能调控方法。此外，对含有不同疏水基团的两亲聚合物单独及复配后的性能变化规律和增效机理进行研究，建立基于两亲聚合物复配的性能调控方法，最后，对各体系驱油性能进行评价，建立组分优化、复配与驱油效率之间的联系。 研究结果表明：在5℃条件下，利用5倍于聚合物溶液体积的乙醇分别对7000mg/L的S型两亲聚合物溶液及9000mg/L的L型两亲聚合物溶液进行沉淀分离和减压蒸发能够得到质量之比约为1∶2的大、小分子组分。二者分子结构相似，前者相对分子质量更高，后者疏水基团含量更大。相比小分子组分，大分子组分的增黏能力、黏弹性及乳状液稳定性更高；在大、小分子的协同作用下，两亲聚合物原样的结构趋于完善，结构黏度显著增大。系统阐述了S型和L型两亲聚合物大、小分子组分相对分子质量、疏水基团含量的差异化与体系性能间的关系。进一步通过改变分离组分的构成比例对溶液性能及乳化能力进行了有效调控，筛选出最优组分构成，并阐明了协同增效机理。此外，揭示了基于两亲聚合物复配的溶液性能及乳化能力的调控规律，筛选出了最优复配比例，并阐明了协同增效机理。同时，研究发现复配体系具有更好的耐温、耐盐及pH耐受性能。最后，在各体系等黏度等注入量的条件下，相比于两亲聚合物原样，组分优化体系及复配体系的驱油压差更高，总采收率更好。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 两亲聚合物合成

1.2.2 两亲聚合物组分分离研究

1.2.3 两亲聚合物与表面活性剂复配

1.2.4 两亲聚合物复配

1.2.5 两亲聚合物的驱油能力

1.3 本文研究的主要内容

第二章 分离组分两亲聚合物对溶液性能的影响及作用机理

2.1 实验部分

2.1.1 实验材料

2.1.2 方法及原理

2.2 两亲聚合物的组分分离及表征

2.2.1 组分分离方法的建立

2.2.2 分离组分的表征

2.3 分离组分两亲聚合物的溶液增黏性能

2.4 分离组分两亲聚合物的流变性能研究

2.4.1 稳态流变特性影响规律

2.4.2 动态黏弹特性变化规律

2.5 分离组分两亲聚合物的协同机理

2.5.1 分离组分疏水基团含量分析

2.5.2 分离组分体系缔合结构黏度

2.5.3 分离组分体系分子能量学法研究

2.5.4 分离组分体系聚集体分布

2.5.5 分离组分体系的微观形貌

2.6 基于分离组分的两亲聚合物体系性能调控方法研究

2.6.1 组分混合比例对溶液增黏性能的影响

2.6.2 组分混合比例对溶液流变特性的影响

2.6.3 组分混合比例对体系内聚能的影响

2.6.4 组分混合比例对聚集体尺寸的影响

2.7 小 结

第三章 分离组分两亲聚合物的乳化性能及稳定机理

3.1 实验部分

3.1.1 实验材料

3.1.2 方法及原理

3.2 分离组分两亲聚合物对原油乳化性能的影响

3.2.1 乳状液的稳定性变化规律

3.2.2 乳状液的微观形貌及粒径分析

3.2.3 乳状液液滴的变化及迁移规律

3.3 分离组分两亲聚合物乳状液的界面性质及流变特性

3.3.1 分离组分两亲聚合物体系的油/水界面活性

3.3.2 乳状液液滴的油/水界面电性

3.3.3 乳状液体系的流变特性

3.4 小 结

第四章 两亲聚合物复配对溶液性能的调控及作用机理

4.1 实验部分

4.1.1 实验材料

4.1.2 方法及原理

4.2 两亲聚合物复配对体系增黏性能的调控

4.2.1 复配比例对溶液体系表观黏度的影响

4.2.2 复配体系浓度对体系表观黏度的影响

4.3 两亲聚合物复配对溶液流变性能的调控

4.4 两亲聚合物复配体系的协同增效机理

4.4.1 复配体系的缔合结构黏度

4.4.2 复配体系分子能量学法研究

4.4.3 复配体系聚集体尺寸

4.4.4 复配体系的微观形貌

4.4.5 复配体系的协同增效机理

4.5 环境因素对两亲聚合物复配体系增黏性能的调控

4.5.1 温度的调控

4.5.2 矿化度的调控

4.5.3 pH值的调控

4.6 小 结

第五章 两亲聚合物复配体系的乳化性能作用机理

5.1 实验部分

5.1.1 实验材料

5.1.2 方法及原理

5.2 两亲聚合物复配对体系乳化性能的影响

5.2.1 复配体系乳状液稳定性变化规律

5.2.2 复配体系乳状液微观形貌及粒径分析

5.2.3 复配体系乳状液液滴变化及迁移规律

5.3 两亲聚合物复配体系乳状液界面性质及流变学特性研究

5.3.1 复配体系溶液的油/水界面活性

5.3.2 复配体系乳状液液滴的油/水界面电性

5.3.3 复配体系乳状液的流变学特性

5.4 小 结

第六章 两亲聚合物组分优化及复配体系的驱油性能评价

6.1 实验部分

6.1.1 实验材料

6.1.2 方法及原理

6.2 两亲聚合物组分优化体系的驱油性能评价

6.3 两亲聚合物复配体系的驱油性能评价

6.4 小 结

结论

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢

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