吳　迪 ， 楊興宙 ， 張偉文 ， 班久慶

(東北石油大學 石油工程學院 ， 黑龍江 大慶　163318)

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?開發(fā)與研究?

分注工具對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 石油工程學院 ， 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合溶液廣泛應用于油田生產。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(tài)的改變。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的弱堿三元復合溶液分子聚集形態(tài)進行觀察對比。研究結果表明，弱堿三元復合溶液的相對分子質量越大、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(tài)改變越明顯。該實驗結果為初始三元復合溶液的相對分子質量、流量的選擇及更好的實現(xiàn)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 ； 弱堿三元復合溶液

0前言

采用分注技術對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整體驅油效果的影響[1-4]。但由于溶液流經分壓注入工具時不斷受到剪切作用，其分子聚集形態(tài)將會發(fā)生顯著變化，進而黏損增大，嚴重影響分層開采時對三元復合溶液的流度控制能力[5]。一直以來尚無針對弱堿三元復合溶液流經分壓注入工具前后聚合物分子聚集形態(tài)變化的相關研究。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弱堿三元復合溶液分子聚集形態(tài)進行了對比分析，實驗結論可為初始三元復合溶液的相對分子質量和流量的選擇及更好的實現(xiàn)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

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

1.2實驗裝置

測定溶液分子聚集形態(tài)所用儀器為掃描電鏡(SEM)，內部結構如圖1所示。

1.掃描電源　2.放大裝置　3.信號放大器　4.電子槍

實驗使用降壓槽槽數(shù)為10的分壓注入工具，結構如圖2所示。

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聚合物的弱堿三元復合溶液；②在模擬裝置中進行不同流量下弱堿三元復合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：配置聚合物的相對分子質量分別為1 600×104、1 900×104、2 500×104，濃度為2 000 mg/L的弱堿三元復合溶液，利用掃描電鏡拍攝圖片。方案二：配置聚合物相對分子質量分別為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合溶液，制樣后掃描，拍攝圖片。方案三：配置聚合物相對分子質量分別為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合溶液，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1 600×104、1 900×104、2 500×104，濃度為2 000 mg/L的弱堿三元復合溶液在流經分壓注入工具前溶液分子聚集形態(tài)的實驗結果如圖3所示。

a.相對分子質量1 600×104　b.相對分子質量1 900×104　c.相對分子質量2 500×104

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

聚合物的相對分子質量分別為1 600×104、1 900×104、2 500×104，當濃度為2 000 mg/L的弱堿三元復合溶液在流量為100 m3/d的條件下流經分壓注入工具后，掃描電鏡后測得的實驗結果如圖4所示。

a.相對分子質量1 600×104　b.相對分子質量1 900×104　c.相對分子質量2 500×104

由圖3、圖4對比可知，弱堿三元復合溶液在流經分壓注入工具后聚合物分子結構呈絮狀，支鏈、主鏈完全無法區(qū)分。由于弱堿三元復合溶液的網絡結構稀疏，包裹水分子的能力差，在流經分壓注入工具時，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過環(huán)形空間時，由于流速的急劇變化而引起的機械剪切，使得珠狀網絡結構發(fā)生了改變，分子鏈發(fā)生斷裂且分子鏈主干分枝黏結在一起，導致溶液的增黏能力大幅度降低，同時，抗剪切能力變差。聚合物的相對分子質量分別為1 600×104、1 900×104、2 500×104，當濃度為2 000 mg/L的弱堿三元復合溶液在流量為200 m3/d的條件下流經分壓注入工具以后，掃描電鏡測得的實驗結果，如圖5所示。

a.相對分子質量1 600×104　b.相對分子質量1 900×104　c.相對分子質量2 500×104

對比圖4、圖5可知，流經相同分壓注入工具時，弱堿三元復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械剪切作用增強，使分子鏈發(fā)生斷裂的程度增大。

4結論

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

參考文獻：

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[2]李海成.大慶油田聚合物驅分注工藝現(xiàn)狀[J].石油與天然氣地質,2012,33(2):296-301.

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[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(fā),2001,20(2):14-16.

收稿日期：2016-03-21

基金項目：國家自然科學基金(51404070)

作者簡介：吳迪(1990-)，男，碩士，研究方向為復雜流體與流動，電話：15246071624。

中圖分類號：O631

文獻標識碼：A

文章編號：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