分注工具對(duì)弱堿三元溶液分子聚集形態(tài)的影響

吳　迪 ， 楊興宙 ， 張偉文 ， 班久慶

(東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院 ， 黑龍江 大慶　163318)

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分注工具對(duì)弱堿三元溶液分子聚集形態(tài)的影響

吳迪 ， 楊興宙 ， 張偉文 ， 班久慶

(東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院 ， 黑龍江 大慶163318)

摘要：利用分壓注入工具分層配注弱堿三元復(fù)合溶液廣泛應(yīng)用于油田生產(chǎn)。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。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)分壓注入工具的弱堿三元復(fù)合溶液分子聚集形態(tài)進(jìn)行觀察對(duì)比。研究結(jié)果表明，弱堿三元復(fù)合溶液的相對(duì)分子質(zhì)量越大、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?cè)矫黠@。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果為初始三元復(fù)合溶液的相對(duì)分子質(zhì)量、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 ； 弱堿三元復(fù)合溶液

0前言

采用分注技術(shù)對(duì)弱堿三元溶液施行分層配注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[1-4]。但由于溶液流經(jīng)分壓注入工具時(shí)不斷受到剪切作用，其分子聚集形態(tài)將會(huì)發(fā)生顯著變化，進(jìn)而黏損增大，嚴(yán)重影響分層開采時(shí)對(duì)三元復(fù)合溶液的流度控制能力[5]。一直以來尚無針對(duì)弱堿三元復(fù)合溶液流經(jīng)分壓注入工具前后聚合物分子聚集形態(tài)變化的相關(guān)研究。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)量的弱堿三元復(fù)合溶液分子聚集形態(tài)進(jìn)行了對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)論可為初始三元復(fù)合溶液的相對(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

聚合物：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。表面活性劑：烷基苯磺酸鹽，加量0.3%。堿：Na2CO3，加量1.2%。

1.2實(shí)驗(yàn)裝置

測(cè)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)如圖1所示。

1.掃描電源　2.放大裝置　3.信號(hào)放大器　4.電子槍

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)如圖2所示。

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)量聚合物的弱堿三元復(fù)合溶液；②在模擬裝置中進(jìn)行不同流量下弱堿三元復(fù)合溶液流經(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：配置聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量分別為1 600×104、1 900×104、2 500×104，濃度為2 000 mg/L的弱堿三元復(fù)合溶液，利用掃描電鏡拍攝圖片。方案二：配置聚合物相對(duì)分子質(zhì)量分別為1 600×104、1 900×104、2 500×104，濃度為2 000 mg/L的弱堿三元復(fù)合溶液，以100 m3/d流量流過分壓注入工具，獲得剪切后的弱堿三元復(fù)合溶液，制樣后掃描，拍攝圖片。方案三：配置聚合物相對(duì)分子質(zhì)量分別為1 600×104、1 900×104、2 500×104，濃度為2 000 mg/L的弱堿三元復(fù)合溶液，以200 m3/d流量流過分壓注入工具，獲得剪切后的弱堿三元復(fù)合溶液，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(cè)得聚合物相對(duì)分子質(zhì)量分別為1 600×104、1 900×104、2 500×104，濃度為2 000 mg/L的弱堿三元復(fù)合溶液在流經(jīng)分壓注入工具前溶液分子聚集形態(tài)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

a.相對(duì)分子質(zhì)量1 600×104　b.相對(duì)分子質(zhì)量1 900×104　c.相對(duì)分子質(zhì)量2 500×104

由圖3可知，弱堿三元復(fù)合體系微觀分子呈現(xiàn)球形質(zhì)點(diǎn)，相互結(jié)成珠狀網(wǎng)絡(luò)，分形生長(zhǎng)表現(xiàn)出一定的自相似性，但其網(wǎng)絡(luò)比較稀疏，基本無主干和分枝之別。這種結(jié)構(gòu)包裹水分子的能力很差，從而增黏特性差。Na2CO3和磺酸鹽對(duì)聚合物分子鏈的雙重壓縮作用使得弱堿三元復(fù)合體系微觀分子聚集體形態(tài)的網(wǎng)狀非常稀疏。

聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量分別為1 600×104、1 900×104、2 500×104，當(dāng)濃度為2 000 mg/L的弱堿三元復(fù)合溶液在流量為100 m3/d的條件下流經(jīng)分壓注入工具后，掃描電鏡后測(cè)得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

a.相對(duì)分子質(zhì)量1 600×104　b.相對(duì)分子質(zhì)量1 900×104　c.相對(duì)分子質(zhì)量2 500×104

由圖3、圖4對(duì)比可知，弱堿三元復(fù)合溶液在流經(jīng)分壓注入工具后聚合物分子結(jié)構(gòu)呈絮狀，支鏈、主鏈完全無法區(qū)分。由于弱堿三元復(fù)合溶液的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)稀疏，包裹水分子的能力差，在流經(jīng)分壓注入工具時(shí)，溶液不斷受到剪切作用，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)，由于流速的急劇變化而引起的機(jī)械剪切，使得珠狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，分子鏈發(fā)生斷裂且分子鏈主干分枝黏結(jié)在一起，導(dǎo)致溶液的增黏能力大幅度降低，同時(shí)，抗剪切能力變差。聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量分別為1 600×104、1 900×104、2 500×104，當(dāng)濃度為2 000 mg/L的弱堿三元復(fù)合溶液在流量為200 m3/d的條件下流經(jīng)分壓注入工具以后，掃描電鏡測(cè)得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖5所示。

a.相對(duì)分子質(zhì)量1 600×104　b.相對(duì)分子質(zhì)量1 900×104　c.相對(duì)分子質(zhì)量2 500×104

對(duì)比圖4、圖5可知，流經(jīng)相同分壓注入工具時(shí)，弱堿三元復(fù)合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。

4結(jié)論

弱堿三元復(fù)合體系微觀分子呈現(xiàn)球形質(zhì)點(diǎn)，相互結(jié)成珠狀網(wǎng)絡(luò)，分形生長(zhǎng)表現(xiàn)出一定的自相似性，但其網(wǎng)絡(luò)比較稀疏，基本無主干和分枝之別。弱堿三元復(fù)合溶液在流經(jīng)分壓注入工具時(shí)不斷受到剪切作用，致使分子鏈發(fā)生斷裂，主干分支黏結(jié)在一起呈絮狀，且流量越大時(shí)，經(jīng)過工具后溶液受到的機(jī)械剪切作用越明顯，分子鏈發(fā)生斷裂的程度越大，其聚集形態(tài)紊亂程度越嚴(yán)重。

參考文獻(xiàn)：

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[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),2001,20(2):14-16.

收稿日期：2016-03-21

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(51404070)

作者簡(jiǎn)介：吳迪(1990-)，男，碩士，研究方向?yàn)閺?fù)雜流體與流動(dòng)，電話：15246071624。

中圖分類號(hào)：O631

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-3467(2016)05-0024-03

Effects of Partial Pressure Injection Tool on Molecular Aggregation of the Weak Alkaline Ternary Solution

WU Di ， YANG Xingzhou ， ZHANG Weiwen ， BAN Jiuqing

(School of Petroleum Engineering , Northeast Petroleum University , Daqing163318 ， China)

Abstract:Using partial pressure injection tool of layered water injection base ternary compound solution is widely used in oilfield production.Because of the partial pressure injection tool has the ability of shearing and reducing the viscosity,which can lead to change 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 weak alkaline ternary solution which through partial pressure injection tool.The results show that higher molecular and flow of the weak alkaline ternary solution,the partial pressure injection tool on the solution of shear action and molecular aggregation morphology change are more obvious. The experimental results provide a theoretical basis for selecting molecular and flow of weak alkaline ternary solution and better matching between solution and stratum.

Key words:partial pressure injection tool ； SEM ; weak alkaline ternary compound solution