分注工具對(duì)聚合物溶液分子結(jié)構(gòu)的影響

吳　迪，楊興宙，張偉文，班久慶

（東北石油大學(xué)，黑龍江大慶　163318）

?

分注工具對(duì)聚合物溶液分子結(jié)構(gòu)的影響

吳迪，楊興宙，張偉文，班久慶

（東北石油大學(xué)，黑龍江大慶163318）

摘要：由于分壓注入工具對(duì)流經(jīng)溶液進(jìn)行剪切會(huì)引起溶液分子聚集形態(tài)的改變從而影響其驅(qū)油效果。因此本文利用掃描電鏡（SEM）對(duì)不同相對(duì)分子質(zhì)量、流量下流經(jīng)分壓注入工具前后的聚合物溶液分子聚集形態(tài)進(jìn)行觀察對(duì)比。研究結(jié)果表明，溶液中的聚合物相對(duì)分子質(zhì)量越高、流量越大時(shí)，分壓注入工具對(duì)溶液的剪切作用越大，分子聚集形態(tài)改變越明顯。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果為分注時(shí)聚合物相對(duì)分子質(zhì)量及流量的選擇及更好的實(shí)現(xiàn)溶液與地層的匹配提供相應(yīng)的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：分壓注入工具；SEM；聚合物溶液

隨著聚合物驅(qū)分層配注技術(shù)在提高油田采收率中不斷推廣與應(yīng)用［1］，采用分注技術(shù)可有效緩解由于滲透率差異及層間矛盾對(duì)整體驅(qū)油效果的影響［2-4］。由于溶液流經(jīng)分壓注入工具時(shí)受到分注工具內(nèi)降壓槽的剪切作用，導(dǎo)致其分子聚集形態(tài)將發(fā)生變化，影響聚合物的驅(qū)油能力［5］。本文利用掃描電鏡（SEM）對(duì)不同流量下流經(jīng)分壓注入工具的不同相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物溶液分子聚集形態(tài)進(jìn)行了對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)論可為今后初始聚合物溶液的相對(duì)分子質(zhì)量和流量的選擇及更好的實(shí)現(xiàn)溶液與地層的匹配提供相應(yīng)的理論依據(jù)。

1　實(shí)驗(yàn)條件

1.1實(shí)驗(yàn)藥劑

實(shí)驗(yàn)所用聚合物為大慶煉化產(chǎn)相對(duì)分子質(zhì)量分別為1 600×104、1 900×104和2 500×104聚合物。

1.2實(shí)驗(yàn)裝置

測定溶液分子聚集形態(tài)所用儀器為掃描電鏡（SEM），內(nèi)部結(jié)構(gòu)（見圖1）。

圖1　掃描電鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

實(shí)驗(yàn)使用降壓槽槽數(shù)為10的分壓注入工具，結(jié)構(gòu)（見圖2）。

圖2　分壓注入工具結(jié)構(gòu)圖

2　實(shí)驗(yàn)步驟與實(shí)驗(yàn)方案

2.1實(shí)驗(yàn)步驟

（1）實(shí)驗(yàn)室內(nèi)配制含有不同相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物溶液；（2）在模擬裝置中進(jìn)行不同流量下聚合物溶液流經(jīng)分壓注入工具的模擬實(shí)驗(yàn)；（3）冷凍制樣，鍍膜；（4）掃描電鏡掃描觀察，獲取圖片。

2.2實(shí)驗(yàn)方案

方案一：配制聚合物相對(duì)分子質(zhì)量分別為1 600萬、1 900萬、2 500萬，濃度為2 000mg/L的聚合物溶液，利用掃描電鏡，拍攝圖片。

方案二：配制聚合物相對(duì)分子質(zhì)量分別為1 600萬、1 900萬、2 500萬，濃度為2 000mg/L的聚合物溶液，以100m3/d流量流過分壓注入工具，獲得剪切后的聚合物溶液，制樣后掃描，拍攝圖片。

方案三：配制聚合物相對(duì)分子質(zhì)量分別為1 600萬、1 900萬、2 500萬，濃度為2 000mg/L的聚合物溶液，以200m3/d流量流過分壓注入工具，獲得剪切后的聚合物溶液，制樣后掃描，拍攝圖片。

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

利用掃描電鏡測得聚合物相對(duì)分子質(zhì)量分別為1 600萬、1 900萬、2 500萬，濃度為2 000mg/L的聚合物溶液在流經(jīng)分壓注入工具前溶液分子聚集形態(tài)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖3）。

由圖3可知，聚合物（HPAM）分子在水溶液中形成密度很大的具有不同尺寸孔洞的多層立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且存在粗的主干和細(xì)分支，聚合物相對(duì)分子質(zhì)量大小對(duì)分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)存在影響。相對(duì)分子質(zhì)量越大，聚合物分子鏈越長，單位體積內(nèi)所容納的分子鏈數(shù)越少，分子間作用力越小，分子空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越稀疏。

圖3　未流經(jīng)分壓注入工具的溶液分子結(jié)構(gòu)圖

聚合物相對(duì)分子質(zhì)量分別為1 600萬、1 900萬、2 500萬，濃度為2 000mg/L的聚合物溶液在流量為100m3/d條件下流經(jīng)分壓注入工具后，掃描電鏡測得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖4）。

由圖3圖4對(duì)比可知，聚合物在流經(jīng)分注工具時(shí)，受到了分注工具的剪切作用，而這種剪切作用主要是由于溶液在經(jīng)過環(huán)形空間時(shí)，由于過流面積不斷改變導(dǎo)致的流速變化，因而引起機(jī)械剪切，使得網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷，分子鏈發(fā)生斷裂，網(wǎng)孔變稀疏。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包裹水分子的能力大幅下降，導(dǎo)致增黏能力大幅降低。

聚合物相對(duì)分子質(zhì)量分別為1 600萬、1 900萬、2 500萬，濃度為2 000mg/L的聚合物溶液在流量為200m3/d條件下流經(jīng)分壓注入工具后，掃描電鏡測得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖5）。

對(duì)比圖4圖5可知，流經(jīng)相同分壓注入工具時(shí)，聚合物溶液聚合物的分子聚集形態(tài)隨流量的增大與分壓注入工具間的機(jī)械剪切作用增強(qiáng)，使分子鏈發(fā)生斷裂的程度增大。

圖4　100m3/d流量下流經(jīng)分壓注入工具后溶液分子結(jié)構(gòu)圖

圖5　200m3/d流量下流經(jīng)分壓注入工具后溶液分子結(jié)構(gòu)圖

4　結(jié)論

（1）聚合物分子結(jié)構(gòu)為多層立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且溶液中聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量越大，聚合物分子鏈越長，單位體積內(nèi)所容納的分子鏈數(shù)越少，分子間作用力越小，分子空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越稀疏。

（2）聚合物溶液在流經(jīng)分壓注入工具時(shí)不斷受到剪切作用。流量越大時(shí)，分壓注入工具對(duì)溶液的機(jī)械剪切作用越明顯，分子鏈發(fā)生斷裂的程度越大。

參考文獻(xiàn)：

［1］黃金.三類油層復(fù)合驅(qū)提高采收率技術(shù)研究［D］.吉林大學(xué)，2012.

［2］李海成.大慶油田聚合物驅(qū)分注工藝現(xiàn)狀［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2012，（2）：296-301.

［3］衛(wèi)秀芬，劉偉.大慶油田機(jī)械分層注聚技術(shù)的研究及應(yīng)用［J］.特種油氣藏，2007，（4）：13-16+25+104.

［4］馬海佳.聚合物驅(qū)分層注入技術(shù)研究［D］．大慶石油學(xué)院，2008.

［5］廖廣志，王克亮，閆文華.流度比對(duì)化學(xué)驅(qū)驅(qū)油效果影響實(shí)驗(yàn)研究［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2001，（2）：14-16+135.

Effects of partial pressure injection tool on molecular aggregation of the polymer solution

WU Di，YANG Xingzhou，ZHANG Weiwen，BAN Jiuqing
（Northeast Petroleum University，Daqing Heilongjiang 163318，China）

Abstract:Because of the partial pressure injection tool has the ability of shearing and reducing the viscosity，which can lead to the change of the molecular aggregation of the solution. In view of the above phenomenon，using the scanning electron microscopy（SEM）to observe and compare the difference of molecular and flow polymer solution which through partial pressure injection tool. The results show that the higher molecular and flow of the polymer solution，the partial pressure injection tool on the solution of the shear action and molecular aggregation morphology change are more obvious. The experimental results provide a theoretical basis for selecting molecular and flow of polymer solution and better matching between solution and stratum.

Key words：partial pressure injection tool；SEM；polymer solution

中圖分類號(hào)：TE357.46

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5285（2016）06-0032-03

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.06.008

*收稿日期：2016－05-02

基金項(xiàng)目：東北石油大學(xué)青年基金：分質(zhì)過程對(duì)三元復(fù)合體系作用的宏觀和微觀機(jī)理研究，項(xiàng)目編號(hào)：NEPUQN2014-27。

作者簡介：吳迪，男（1990-），黑龍江省綏化市人，碩士研究生，研究方向?yàn)閺?fù)雜流體與流動(dòng)，郵箱：603360672@qq.com。