改性壳聚糖超支化聚合物的研制及流度控制机理

Polymer’s mobility control is an important reason to enhance oil recovery. The shear of conventional linear polymer solution got at the preparation on the ground; pipeline transport and flow in the formation leads to polymer molecular chain are damaged and have adverse effects on the mobility control. The hyperbranched structure is effective mean to improve the ability to resist shear and the ability to mobility control. At present, the synthesized hyperbranched polymer is hard to flocculation and degradation; chitosan is biodegradation and equipped with many modification amidogens and hydroxyls. The degradable hyperbranched copolymer (MFCM-AM-AA) cab be synthesized by the modified chitosan as functional monomers and acrylamide (AM) and acrylic acid (AA). To clear the mobility control mechanism of copolymer MFCM-AM-AA, research the microstructure, viscosity change, adsorption retention, the match of porous media pore throat size and the ability to establish residual resistance factor of copolymer MFCM-AM-AA. Through studying the reduction of organic matter, the consumption of oxygen and the flocculation time in the sewage after polymer flooding, discuss the flocculation and degradation ability of copolymer MFCM-AM-AA.

聚合物提高原油采收率的一个重要原因在于其具有流度控制能力。常规线性聚合物溶液在地面配制、管线输送、地层流动中受到各种剪切，导致聚合物分子链受到破坏，对其流度控制能力造成不利影响。超支化结构能有效提高聚合物抗剪切能力，改善其流度控制能力。目前合成的超支化聚合物絮凝降解困难，壳聚糖易生物降解且分子中存在可供改性的羟基和氨基，用改性后的壳聚糖功能单体（MFCM）与丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）合成出可降解的超支化聚合物（MFCM-AM-AA）。研究MFCM-AM-AA共聚物微观结构、粘度变化、吸附滞留、与多孔介质孔喉尺寸的匹配性及建立残余阻力系数的能力等，明确其流度控制机理；研究MFCM-AM-AA共聚物在聚驱后含聚污水中有机物的减少量、氧气的消耗量与絮凝时间等，探讨其絮凝降解能力。

聚合物提高原油采收率的一个重要原因在于其具有流度控制能力。常规线性聚合物溶液在地面配制、管线输送、地层流动中受到各种剪切，导致聚合物分子链受到破坏，对其流度控制能力造成不利影响。超支化结构能有效提高聚合物抗剪切能力，改善其流度控制能力。但是目前合成的超支化聚合物降解困难，因此提出将容易生物降解的壳聚糖引入到驱油聚合物中，改性后壳聚糖与丙烯酸（AA）及丙烯酰胺（AM）发生共聚，合成出一种生物降解能力较好的改性壳聚糖超支化聚合物HPDACS共聚物。本课题选用丙烯酸甲酯、支化单体MA2.0、顺丁烯二酸酐与壳聚糖进行反应，在壳聚糖的表面接上具有反应活性的碳碳双键，使其能够参与聚合反应。优化确定了HPDACS的最优合成条件：单体总浓度为20%，AM:AA单体质量比为7:3，引发剂百分比0.7%，功能单体0.4，反应温度为39℃，反应时间为6h。改性壳聚糖超支化聚合物HPDACS具有良好的增黏性和耐温抗盐性，经过90d老化后，聚合物的黏度保留率超过80%，能满足聚合物驱的性能要求。HPDACS还具有优异的抗剪切能力，随着剪切速率的增大，HPDACS在去离子水和模拟地层水中的黏度保留率均高于树枝聚合物HPDA和HPAM。同时，HPDACS依靠自身的黏度和树枝网络结构，能建立更高的阻力系数和残余阻力系数，有效的改善水油流度比，扩大波及体积，相同条件下的驱油效率高于HPDA和HPAM。在相同浓度下，随着注入流速的增大，HPDACS建立的阻力系数和残余阻力系数呈现递减的趋势，产出液的黏度和黏度保留率也越来越低，主峰粒径出现一定程度的左移，溶液的网络结构也逐渐减弱甚至消失。在含菌污水中，HPDACS的生物降解率为81%，有良好的生物降解能力,并且其对污水有一定的絮凝作用；但是其在经过中低渗多孔介质时的生物降解使其黏度损失仅2%左右，因此HPDACS可以充分发挥聚合物的流度控制作用。