分注工具對聚合物溶液分子結構的影響

吳　迪，楊興宙，張偉文，班久慶

（東北石油大學，黑龍江大慶　163318）

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分注工具對聚合物溶液分子結構的影響

吳迪，楊興宙，張偉文，班久慶

（東北石油大學，黑龍江大慶163318）

摘要：由于分壓注入工具對流經溶液進行剪切會引起溶液分子聚集形態的改變從而影響其驅油效果。因此本文利用掃描電鏡（SEM）對不同相對分子質量、流量下流經分壓注入工具前后的聚合物溶液分子聚集形態進行觀察對比。研究結果表明，溶液中的聚合物相對分子質量越高、流量越大時，分壓注入工具對溶液的剪切作用越大，分子聚集形態改變越明顯。該實驗結果為分注時聚合物相對分子質量及流量的選擇及更好的實現溶液與地層的匹配提供相應的理論依據。

關鍵詞：分壓注入工具；SEM；聚合物溶液

隨著聚合物驅分層配注技術在提高油田采收率中不斷推廣與應用［1］，采用分注技術可有效緩解由于滲透率差異及層間矛盾對整體驅油效果的影響［2-4］。由于溶液流經分壓注入工具時受到分注工具內降壓槽的剪切作用，導致其分子聚集形態將發生變化，影響聚合物的驅油能力［5］。本文利用掃描電鏡（SEM）對不同流量下流經分壓注入工具的不同相對分子質量的聚合物溶液分子聚集形態進行了對比分析，實驗結論可為今后初始聚合物溶液的相對分子質量和流量的選擇及更好的實現溶液與地層的匹配提供相應的理論依據。

1　實驗條件

1.1實驗藥劑

實驗所用聚合物為大慶煉化產相對分子質量分別為1 600×104、1 900×104和2 500×104聚合物。

1.2實驗裝置

測定溶液分子聚集形態所用儀器為掃描電鏡（SEM），內部結構（見圖1）。

圖1　掃描電鏡內部結構圖

實驗使用降壓槽槽數為10的分壓注入工具，結構（見圖2）。

圖2　分壓注入工具結構圖

2　實驗步驟與實驗方案

2.1實驗步驟

（1）實驗室內配制含有不同相對分子質量的聚合物溶液；（2）在模擬裝置中進行不同流量下聚合物溶液流經分壓注入工具的模擬實驗；（3）冷凍制樣，鍍膜；（4）掃描電鏡掃描觀察，獲取圖片。

2.2實驗方案

方案一：配制聚合物相對分子質量分別為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：配制聚合物相對分子質量分別為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：配制聚合物相對分子質量分別為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　實驗結果與分析

利用掃描電鏡測得聚合物相對分子質量分別為1 600萬、1 900萬、2 500萬，濃度為2 000mg/L的聚合物溶液在流經分壓注入工具前溶液分子聚集形態的實驗結果（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狀結構，且存在粗的主干和細分支，聚合物相對分子質量大小對分子聚集態結構存在影響。相對分子質量越大，聚合物分子鏈越長，單位體積內所容納的分子鏈數越少，分子間作用力越小，分子空間網絡結構越稀疏。

圖3　未流經分壓注入工具的溶液分子結構圖

聚合物相對分子質量分別為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條件下流經分壓注入工具后，掃描電鏡測得的實驗結果（見圖4）。

由圖3圖4對比可知，聚合物在流經分注工具時，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過環形空間時，由于過流面積不斷改變導致的流速變化，因而引起機械剪切，使得網狀結構出現缺陷，分子鏈發生斷裂，網孔變稀疏。這種網絡結構包裹水分子的能力大幅下降，導致增黏能力大幅降低。

聚合物相對分子質量分別為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條件下流經分壓注入工具后，掃描電鏡測得的實驗結果（見圖5）。

對比圖4圖5可知，流經相同分壓注入工具時，聚合物溶液聚合物的分子聚集形態隨流量的增大與分壓注入工具間的機械剪切作用增強，使分子鏈發生斷裂的程度增大。

圖4　100m3/d流量下流經分壓注入工具后溶液分子結構圖

圖5　200m3/d流量下流經分壓注入工具后溶液分子結構圖

4　結論

（1）聚合物分子結構為多層立體網狀結構，且溶液中聚合物的相對分子質量越大，聚合物分子鏈越長，單位體積內所容納的分子鏈數越少，分子間作用力越小，分子空間網絡結構越稀疏。

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

參考文獻：

［1］黃金.三類油層復合驅提高采收率技術研究［D］.吉林大學，2012.

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

［3］衛秀芬，劉偉.大慶油田機械分層注聚技術的研究及應用［J］.特種油氣藏，2007，（4）：13-16+25+104.

［4］馬海佳.聚合物驅分層注入技術研究［D］．大慶石油學院，2008.

［5］廖廣志，王克亮，閆文華.流度比對化學驅驅油效果影響實驗研究［J］.大慶石油地質與開發，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：TE357.46

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5285（2016）06-0032-03

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.06.008

*收稿日期：2016－05-02

基金項目：東北石油大學青年基金：分質過程對三元復合體系作用的宏觀和微觀機理研究，項目編號：NEPUQN2014-27。

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