可控改性纳米SiO2功能单体NSIO共聚物的流度控制机理研究

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. Increase the number of branched polymer is effective mean to improve the ability to resist shear. At present, the synthesized branched polymer has limited chain number; there are many modification hydroxyls at the surface of nano-SiO2. Synthesis the copolymer (NSIO-AA-AM) by the modified nano-SiO2 (NSIO) as functional monomers and acrylic acid (AA) and acrylamide (AM). Using modified nano-SiO2 in the copolymerization can significantly increase the number of polymer chains, so that the shearing resistance and mobility control. Different modification degrees of NSIO copolymers with different number of branched chain have different mobility control ability in porous media. In order to study the causes, based on the controllable surface modified nano-SiO2, research the microstructure, viscosity change, adsorption retention, the match of porous media pore throat size and the ability to establish residual resistance coefficient of copolymer NSIO-AA-AM. Clear the mobility control mechanism of copolymer NSIO-AA- AM.

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。增加聚合物支链数量是有效提高其抗剪切能力的手段。目前合成的支化聚合物支链数量有限，纳米SiO2表面具有大量可供改性的羟基，用改性后的纳米SiO2功能单体（NSIO）与丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）合成的共聚物（NSIO-AA-AM）支链数量大幅增加，抗剪切性能增强，流度控制能力得到改善。不同改性程度的NSIO形成的共聚物具有不同的支链数量，其溶液在多孔介质中流度控制能力存在差异。为了研究产生差异的原因，在纳米SiO2表面可控改性的基础上，研究共聚物NSIO-AA-AM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NSIO-AA-AM共聚物的流度控制机理。

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。针对上述问题，提出将纳米二氧化硅（SiO2）引入到驱油聚合物中，将其改性后与丙烯酸（AA）及丙烯酰胺（AM）共聚，合成出一类具有较多支链、超支化结构的NSIO共聚物。本课题选用硅烷偶联剂3-氨基丙基三甲氧基硅烷（KH540）对纳米SiO2表面进行改性。通过测定改性前纳米SiO2表面羟基含量和改性后表面氨基含量可以确定改性程度；再将带有碳碳双键的顺丁烯二酸酐与经过3-氨基丙基三甲氧基硅烷改性后的纳米SiO2反应，在纳米SiO2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NSIO共聚物的合成条件：单体总质量浓度为25.7 %，丙烯酰胺与丙烯酸的质量比为3.35，引发剂加量为单体总质量的0.20 %，温度为40.4 ℃，pH为7.4；并用改性程度为28 %和36 %的改性纳米SiO2合成出了两种共聚物。NSIO共聚物的增黏性能、耐温性能以及抗盐性能可以满足聚合物驱的要求。NSIO共聚物具有较强的抗剪切能力，随着剪切强度增大，其黏度保留率的降低幅度比部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）的小。NSIO共聚物的分子链具有更好的柔顺性、黏弹性以及形变恢复能力。NSIO共聚物能够在多孔介质中建立较高的阻力系数和残余阻力系数，能够有效建立渗流阻力。物模实验表明该类共聚物能够提高驱替液的注入压力、改善平面及层间非均质性，从而有效提高驱替液的波及效率。NSIO共聚物可以在非均质多孔介质中建立更高的渗流阻力，从而有效提高流度控制能力。