關(guān)于交聯(lián)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(lián)聚合物微球，并對(duì)交聯(lián)聚合物微球分散體系的微球形態(tài)、溶脹性、驅(qū)油性以及封堵性能進(jìn)行分析，采用掃描電鏡以及透射電鏡對(duì)微球形態(tài)進(jìn)行觀察，結(jié)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(guān)聯(lián)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(guān)鍵詞】交聯(lián)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(hào)】TE357 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）03-0180-02

1 引言

原油的開采過(guò)程中，由于我國(guó)油田大多為陸相沉積，層間的滲透率差異過(guò)大，非均質(zhì)性是能夠控制在油藏流體中的孔隙介質(zhì)及其流動(dòng)分布的重要因素[1]，在油田開發(fā)過(guò)程中，其主要是通過(guò)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(guò)深部調(diào)撥技術(shù)才能有效地對(duì)油田的非均質(zhì)性進(jìn)行改善，提高原油采收率。在我國(guó)目前的原油開采中，交聯(lián)聚合物微球已經(jīng)受到了廣泛應(yīng)用。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

材料：氯化鈉（分析純）、無(wú)水乙醇（分析純）、去離子水。

儀器：光學(xué)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(lián)聚合物微球（實(shí)驗(yàn)室自制）。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 氯化鈉溶液

用實(shí)驗(yàn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液。

2.2.2 微球母液配置

用實(shí)驗(yàn)室天平稱取微球粉末少量，將配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)量系數(shù)為0.5%的氯化鈉加入其中稀釋，將其攪拌均勻，倒進(jìn)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(cè)定

利用激光測(cè)定儀（S3500）選取與樣品需求相匹配的循環(huán)相，將液體倒入其中，充滿整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)之后進(jìn)行循環(huán)處理。設(shè)置測(cè)量參數(shù)并進(jìn)行校領(lǐng)，當(dāng)少量的測(cè)量樣品在儀器的檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)信號(hào)值低于允許進(jìn)入量時(shí)，才能進(jìn)行粒徑的檢測(cè)，在測(cè)量結(jié)束之后，需要對(duì)循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行清洗。

2.2.5 掃描電鏡實(shí)驗(yàn)

將樣品分為若干份，對(duì)其中的局部區(qū)域進(jìn)行放大并拍攝照片處理，在照片中觀察微球的分散形態(tài)以及尺寸。

①利用洗液侵漬蓋玻片12小時(shí)，用去離子水以及自來(lái)水對(duì)其反復(fù)沖洗，保證其清潔效果后將其放到平臺(tái)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(xué)顯微鏡之下進(jìn)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(jìn)行噴金處理，并將其放置到SEM樣品室抽為真空，進(jìn)行30分鐘的冷卻，再用SEM觀測(cè)，區(qū)域性地進(jìn)行拍照處理。

2.2.6 光學(xué)顯微鏡實(shí)驗(yàn)

以可見光作為光學(xué)顯微鏡光源，將微小物體進(jìn)行高倍放大處理，也能將物體的細(xì)微部分放大，便于物體的觀測(cè)，本次選用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行直接拍照觀察，與標(biāo)準(zhǔn)刻度對(duì)比可以對(duì)微球的粒徑大小進(jìn)行測(cè)量。

2.2.7 微孔膜過(guò)濾實(shí)驗(yàn)

利用低壓差微孔膜過(guò)濾法，用微孔膜在0.1Mpa壓力下，將分散體系過(guò)濾，當(dāng)微孔膜量筒中有5mL濾液時(shí)，用秒表進(jìn)行計(jì)時(shí)，記錄間隔為每流入量筒中5mL溶液為標(biāo)準(zhǔn)，直至總共濾液達(dá)到40mL可以將其停止。

2.2.8 填砂管封堵實(shí)驗(yàn)

利用油田進(jìn)行模擬，將交聯(lián)聚合物微球分散體系的質(zhì)量分?jǐn)?shù)配置為0.04%，將其放置到溫度為60℃下進(jìn)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(dòng)壓差也會(huì)有所不同，將其進(jìn)行記錄[2]。

2.2.9 人造巖心驅(qū)油試驗(yàn)

需要將人造巖心進(jìn)行設(shè)置，其中氣測(cè)滲透率應(yīng)當(dāng)為2.0以及0.5，并將兩者并聯(lián)，進(jìn)行飽和模擬水與抽真空，進(jìn)行水側(cè)的滲透率的測(cè)定。當(dāng)溫度設(shè)定為65℃時(shí)，以0.4mL/min的速度將原油注入其中，巖心飽和油，并對(duì)巖心的含油飽和度進(jìn)行測(cè)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(jìn)行驅(qū)替到壓力穩(wěn)定狀態(tài)，采出液的含水量達(dá)到98%，進(jìn)行水驅(qū)的采收率，最后將交聯(lián)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(qū)至壓力穩(wěn)定狀態(tài)，并且采出液的含水量是98%。利用壓力采集系統(tǒng)將系統(tǒng)的壓力以時(shí)間變化為變化，進(jìn)行分散體系注入后的出油量的增加數(shù)量計(jì)算結(jié)果，得出采收率的提高效率。

3 結(jié)果與討論

3.1 交聯(lián)聚合物微球的形態(tài)表征

3.1.1 SEM表征

通過(guò)SEM的觀測(cè)，微球溶脹至5d與10d后，5d是其形態(tài)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(xué)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(jìn)行分散，模擬水分散能夠?qū)ξ⑶蛉苊浿蟮某叽邕M(jìn)行有效測(cè)量，石油醚分散則是在微球顆粒中防止其溶脹，將尺寸進(jìn)行還原處理，并對(duì)其分散之后的特征進(jìn)行拍照處理。在石油醚分散之后，微球仍舊存在大量的團(tuán)聚現(xiàn)象，并且其粒徑為分散狀，形態(tài)為規(guī)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(guī)則球形。

3.2 微孔膜過(guò)濾實(shí)驗(yàn)

配置出0.02%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的交聯(lián)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(jìn)行封堵性的測(cè)驗(yàn)，在短時(shí)間內(nèi)就由微球的?？妆砻娣舛伦?yōu)楸砻孢^(guò)濾，并且在隨著注入體積的逐漸增大，其溶液之中微球的數(shù)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(guò)時(shí)所需要的時(shí)間也增長(zhǎng)。微球在溶液中溶脹時(shí)間與濾過(guò)時(shí)間在一定范圍內(nèi)呈正比，溶脹時(shí)間長(zhǎng)則濾過(guò)時(shí)間長(zhǎng)，而超出一定時(shí)間之后，濾過(guò)時(shí)間則不會(huì)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(shí)驗(yàn)

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(zhì)量分?jǐn)?shù)的交聯(lián)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(shí)驗(yàn)可得，在先注入的水中具有平衡壓力，當(dāng)微球溶液注入之后，前端壓力持續(xù)上升，能夠?qū)⑻钌肮苓M(jìn)行封堵，在上升過(guò)程中，也會(huì)出現(xiàn)下降的情況，微球具有可變的球形結(jié)構(gòu)。當(dāng)壓力持續(xù)上升且到達(dá)一定限度時(shí)，其會(huì)進(jìn)行深部的轉(zhuǎn)移，并進(jìn)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(shí)驗(yàn)

為了能夠更好地進(jìn)行微球的驅(qū)油性實(shí)驗(yàn)，選用模擬非均質(zhì)油藏的雙管模型。溶脹時(shí)間為15d，驅(qū)替劑濃度為400mg/L，在進(jìn)行水驅(qū)時(shí)，壓力平衡狀態(tài)下低滲透率的巖心采收率為0，水經(jīng)過(guò)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(xù)進(jìn)行水驅(qū)，壓力并沒有進(jìn)行降低，可見微球分散體系具有滯留性。而兩個(gè)滲透率巖心的采收率在原有的基礎(chǔ)上大幅度提高，可見在非均質(zhì)油藏中交聯(lián)聚合物微球分散體系具有調(diào)驅(qū)性。

4 結(jié)語(yǔ)

交聯(lián)聚合物微球能夠在水溶液中分散，并且其對(duì)微孔膜有良好的封堵性，且具有較強(qiáng)的耐鹽性。交聯(lián)聚合物微球分散體系在非均質(zhì)油藏中的深度調(diào)驅(qū)中有良好的應(yīng)用性，能夠?qū)⑺拭孢M(jìn)行調(diào)整，有效增加波及體積，還能將非均質(zhì)性降低，提升原油的采收率。

【參考文獻(xiàn)】

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

【2】姜志高，李陳，韋巍，等.交聯(lián)聚合物微球-聚合物HAP組合體系的深部調(diào)驅(qū)性能研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2016，13（7）：4-8.

【3】林梅欽，趙冀，唐永亮，等.亞毫米級(jí)交聯(lián)聚合物微球?qū)丝啄さ姆舛伦饔肹J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2017，30（2）：18-23.