關于交聯聚合物微球分散體系性能的分析

羅佳潔

【摘 要】論文主要采用反相懸浮聚合法制作交聯聚合物微球，并對交聯聚合物微球分散體系的微球形態、溶脹性、驅油性以及封堵性能進行分析，采用掃描電鏡以及透射電鏡對微球形態進行觀察，結果表明，在分散微球體系中，微球粒徑大小與封堵性能效果具有關聯性。

【Abstract】This paper mainly uses the inverse suspension polymerization to prepare the crosslinked polymer microspheres， and analyzes the morphology， swelling property， oil displacement and sealing performance of dispersion system of crosslinked polymer microspheres， and uses scanning electron microscopy and transmission electron microscope to observe the microspheres morphology. The results show that there is a correlation between the particle size and plugging performance of microspheres in the dispersed microsphere system.

【關鍵詞】交聯聚合物微球；微孔濾膜；封堵性能

【Keywords】crosslinked polymer microspheres； microfiltration membrane； plugging performance

【中圖分類號】TE357 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2019）03-0180-02

1 引言

原油的開采過程中，由于我國油田大多為陸相沉積，層間的滲透率差異過大，非均質性是能夠控制在油藏流體中的孔隙介質及其流動分布的重要因素[1]，在油田開發過程中，其主要是通過注水形式，但由于各層之間吸水量不同，且差異較大，并不能有效開采，只有通過深部調撥技術才能有效地對油田的非均質性進行改善，提高原油采收率。在我國目前的原油開采中，交聯聚合物微球已經受到了廣泛應用。

2 實驗

2.1 實驗材料與儀器

材料：氯化鈉（分析純）、無水乙醇（分析純）、去離子水。

儀器：光學顯微鏡（BX-41上海巴拓儀器公司）、掃描電鏡（SIRION200麥克奧迪公司）、激光粒度儀（Mastersizer2000馬爾文公司）。

交聯聚合物微球（實驗室自制）。

2.2 實驗方法

2.2.1 氯化鈉溶液

用實驗室天平稱取一定量氯化鈉，加入去離子水，將其配置為0.5%質量分數的氯化鈉溶液。

2.2.2 微球母液配置

用實驗室天平稱取微球粉末少量，將配置質量分數為0.5%的氯化鈉溶液加入其中，配置出微球母液為8000 mg/L。

2.2.3 微球分散體系配置

稱取微量微球母液，將質量系數為0.5%的氯化鈉加入其中稀釋，將其攪拌均勻，倒進安倍瓶口之中并抽為真空封口，放入恒溫箱之中。

2.2.4 激光粒度儀測定

利用激光測定儀（S3500）選取與樣品需求相匹配的循環相，將液體倒入其中，充滿整個循環系統之后進行循環處理。設置測量參數并進行校領，當少量的測量樣品在儀器的檢測過程中出現信號值低于允許進入量時，才能進行粒徑的檢測，在測量結束之后，需要對循環系統進行清洗。

2.2.5 掃描電鏡實驗

將樣品分為若干份，對其中的局部區域進行放大并拍攝照片處理，在照片中觀察微球的分散形態以及尺寸。

①利用洗液侵漬蓋玻片12小時，用去離子水以及自來水對其反復沖洗，保證其清潔效果后將其放到平臺上自然干燥。②用藥匙將微球粉末取出少量，制作干片。③將其放置在光學顯微鏡之下進行大范圍觀察，選取特征明顯的樣品。④將選取的樣品表面進行噴金處理，并將其放置到SEM樣品室抽為真空，進行30分鐘的冷卻，再用SEM觀測，區域性地進行拍照處理。

2.2.6 光學顯微鏡實驗

以可見光作為光學顯微鏡光源，將微小物體進行高倍放大處理，也能將物體的細微部分放大，便于物體的觀測，本次選用光學顯微鏡進行直接拍照觀察，與標準刻度對比可以對微球的粒徑大小進行測量。

2.2.7 微孔膜過濾實驗

利用低壓差微孔膜過濾法，用微孔膜在0.1Mpa壓力下，將分散體系過濾，當微孔膜量筒中有5mL濾液時，用秒表進行計時，記錄間隔為每流入量筒中5mL溶液為標準，直至總共濾液達到40mL可以將其停止。

2.2.8 填砂管封堵實驗

利用油田進行模擬，將交聯聚合物微球分散體系的質量分數配置為0.04%，將其放置到溫度為60℃下進行10d溶脹，之后以0.4mL/min的分散體系的流速將其注入填砂管中，而填砂管的水滲透率為1.18，隨著微球分散體系的注入量的變化，填砂管的不同位置的流動壓差也會有所不同，將其進行記錄[2]。

2.2.9 人造巖心驅油試驗

需要將人造巖心進行設置，其中氣測滲透率應當為2.0以及0.5，并將兩者并聯，進行飽和模擬水與抽真空，進行水側的滲透率的測定。當溫度設定為65℃時，以0.4mL/min的速度將原油注入其中，巖心飽和油，并對巖心的含油飽和度進行測定記錄。在65℃的溫度下，以0.4mL/min的速度將模擬水注入巖心之中，進行驅替到壓力穩定狀態，采出液的含水量達到98%，進行水驅的采收率，最后將交聯聚合物微球分散體系以相同的速度注入其中，再將模擬水切換注入，其驅至壓力穩定狀態，并且采出液的含水量是98%。利用壓力采集系統將系統的壓力以時間變化為變化，進行分散體系注入后的出油量的增加數量計算結果，得出采收率的提高效率。

3 結果與討論

3.1 交聯聚合物微球的形態表征

3.1.1 SEM表征

通過SEM的觀測，微球溶脹至5d與10d后，5d是其形態為集合的圓球形以及塊狀，粒徑是幾百納米左右，10d后聚合物呈粘連的分散裝填，尺寸為100納米左右，微球的表面具有粘連性，并且其具有較寬的粒徑分布[3]。

3.1.2 光學顯微鏡表征

將定量的微球乳液分別用模擬水以及石油醚進行分散，模擬水分散能夠對微球溶脹之后的尺寸進行有效測量，石油醚分散則是在微球顆粒中防止其溶脹，將尺寸進行還原處理，并對其分散之后的特征進行拍照處理。在石油醚分散之后，微球仍舊存在大量的團聚現象，并且其粒徑為分散狀，形態為規則的球形，其粒徑大約為5μm，而模擬水分散之后，微球溶脹尺寸在30μm左右，其形狀也為規則球形。

3.2 微孔膜過濾實驗

配置出0.02%質量分數的交聯聚合物微球溶液，可以利用采油井污水或去離子水，將其放置在陰涼處3d后，即可取出微球樣品進行封堵性的測驗，在短時間內就由微球的模孔表面封堵變為表面過濾，并且在隨著注入體積的逐漸增大，其溶液之中微球的數量也隨之增加，使濾餅層的厚度也明顯增加，濾液在膜處通過時所需要的時間也增長。微球在溶液中溶脹時間與濾過時間在一定范圍內呈正比，溶脹時間長則濾過時間長，而超出一定時間之后，濾過時間則不會再有明顯變化。而采油井污水的微球封堵性能沒有變差傾向，其可以了解到微球溶液具有良好的耐鹽性。

3.3 填砂管封堵實驗

填砂管中水滲透率為1.18，向其中注入1PV的模擬水，然后將0.04%質量分數的交聯聚合物微球溶液注入3PV的10d熟化模擬水中，最后將1PV的模擬地層水注入其中。由實驗可得，在先注入的水中具有平衡壓力，當微球溶液注入之后，前端壓力持續上升，能夠將填砂管進行封堵，在上升過程中，也會出現下降的情況，微球具有可變的球形結構。當壓力持續上升且到達一定限度時，其會進行深部的轉移，并進行下一步的封堵，其具有深部封堵的特性。

3.4 人造巖心去油實驗

為了能夠更好地進行微球的驅油性實驗，選用模擬非均質油藏的雙管模型。溶脹時間為15d，驅替劑濃度為400mg/L，在進行水驅時，壓力平衡狀態下低滲透率的巖心采收率為0，水經過高滲透率的巖心形成水道，采收率為61.2%，而在微球分散體系注入其中后，壓力升高，低滲透率巖心分水率隨之升高，而高滲透率巖心分水率隨之降低，由此可見，微球分散體系具有較高的封堵性。后續進行水驅，壓力并沒有進行降低，可見微球分散體系具有滯留性。而兩個滲透率巖心的采收率在原有的基礎上大幅度提高，可見在非均質油藏中交聯聚合物微球分散體系具有調驅性。

4 結語

交聯聚合物微球能夠在水溶液中分散，并且其對微孔膜有良好的封堵性，且具有較強的耐鹽性。交聯聚合物微球分散體系在非均質油藏中的深度調驅中有良好的應用性，能夠將水剖面進行調整，有效增加波及體積，還能將非均質性降低，提升原油的采收率。

【參考文獻】

【1】鄭曉宇，張健，孫君，等.交聯聚合物微球分散體系性能研究[J].油田化學，2012，29（2）：172-175.

【2】姜志高，李陳，韋巍，等.交聯聚合物微球-聚合物HAP組合體系的深部調驅性能研究[J].長江大學學報（自科版），2016，13（7）：4-8.

【3】林梅欽，趙冀，唐永亮，等.亞毫米級交聯聚合物微球對核孔膜的封堵作用[J].石油化工高等學校學報，2017，30（2）：18-23.