分注工具对弱碱三元溶液分子聚集形态的影响

吴　迪 ， 杨兴宙 ， 张伟文 ， 班久庆

(东北石油大学 石油工程学院 ， 黑龙江 大庆　163318)



•开发与研究•

分注工具对弱碱三元溶液分子聚集形态的影响

吴迪 ， 杨兴宙 ， 张伟文 ， 班久庆

(东北石油大学 石油工程学院 ， 黑龙江 大庆163318)

摘要：利用分压注入工具分层配注弱碱三元复合溶液广泛应用于油田生产。由于分压注入工具对流经溶液进行剪切会引起溶液分子聚集形态的改变。本文利用扫描电镜(SEM)对不同相对分子质量、流量下流经分压注入工具的弱碱三元复合溶液分子聚集形态进行观察对比。研究结果表明，弱碱三元复合溶液的相对分子质量越大、流量越大时，分压注入工具对溶液的剪切作用越大，分子聚集形态改变越明显。该实验结果为初始三元复合溶液的相对分子质量、流量的选择及更好的实现溶液与地层的匹配提供相应的理论依据。

关键词：分压注入工具 ； SEM ； 弱碱三元复合溶液

0前言

采用分注技术对弱碱三元溶液施行分层配注可有效缓解由于渗透率差异及层间矛盾对整体驱油效果的影响[1-4]。但由于溶液流经分压注入工具时不断受到剪切作用，其分子聚集形态将会发生显著变化，进而黏损增大，严重影响分层开采时对三元复合溶液的流度控制能力[5]。一直以来尚无针对弱碱三元复合溶液流经分压注入工具前后聚合物分子聚集形态变化的相关研究。本文利用扫描电镜(SEM)对不同流量下流经分压注入工具的不同相对分子质量的弱碱三元复合溶液分子聚集形态进行了对比分析，实验结论可为初始三元复合溶液的相对分子质量和流量的选择及更好的实现溶液与地层的匹配提供相应的理论依据。

1实验条件

1.1实验药剂

聚合物：大庆炼化产相对分子质量分别为1 600×104、1 900×104和2 500×104聚合物。表面活性剂：烷基苯磺酸盐，加量0.3%。碱：Na2CO3，加量1.2%。

1.2实验装置

测定溶液分子聚集形态所用仪器为扫描电镜(SEM)，内部结构如图1所示。

1.扫描电源　2.放大装置　3.信号放大器　4.电子枪

实验使用降压槽槽数为10的分压注入工具，结构如图2所示。

图2分压注入工具结构图

2实验步骤与实验方案

2.1实验步骤

①实验室内配制含有不同相对分子质量聚合物的弱碱三元复合溶液；②在模拟装置中进行不同流量下弱碱三元复合溶液流经分压注入工具的模拟实验；③冷冻制样，镀膜；④扫描电镜扫描观察，获取图片。

2.2实验方案

方案一：配置聚合物的相对分子质量分别为1 600×104、1 900×104、2 500×104，浓度为2 000 mg/L的弱碱三元复合溶液，利用扫描电镜拍摄图片。方案二：配置聚合物相对分子质量分别为1 600×104、1 900×104、2 500×104，浓度为2 000 mg/L的弱碱三元复合溶液，以100 m3/d流量流过分压注入工具，获得剪切后的弱碱三元复合溶液，制样后扫描，拍摄图片。方案三：配置聚合物相对分子质量分别为1 600×104、1 900×104、2 500×104，浓度为2 000 mg/L的弱碱三元复合溶液，以200 m3/d流量流过分压注入工具，获得剪切后的弱碱三元复合溶液，制样后扫描，拍摄图片。

3实验结果与分析

利用扫描电镜测得聚合物相对分子质量分别为1 600×104、1 900×104、2 500×104，浓度为2 000 mg/L的弱碱三元复合溶液在流经分压注入工具前溶液分子聚集形态的实验结果如图3所示。

a.相对分子质量1 600×104　b.相对分子质量1 900×104　c.相对分子质量2 500×104

由图3可知，弱碱三元复合体系微观分子呈现球形质点，相互结成珠状网络，分形生长表现出一定的自相似性，但其网络比较稀疏，基本无主干和分枝之别。这种结构包裹水分子的能力很差，从而增黏特性差。Na2CO3和磺酸盐对聚合物分子链的双重压缩作用使得弱碱三元复合体系微观分子聚集体形态的网状非常稀疏。

聚合物的相对分子质量分别为1 600×104、1 900×104、2 500×104，当浓度为2 000 mg/L的弱碱三元复合溶液在流量为100 m3/d的条件下流经分压注入工具后，扫描电镜后测得的实验结果如图4所示。

a.相对分子质量1 600×104　b.相对分子质量1 900×104　c.相对分子质量2 500×104

由图3、图4对比可知，弱碱三元复合溶液在流经分压注入工具后聚合物分子结构呈絮状，支链、主链完全无法区分。由于弱碱三元复合溶液的网络结构稀疏，包裹水分子的能力差，在流经分压注入工具时，溶液不断受到剪切作用，而这种剪切作用主要是由于溶液在经过环形空间时，由于流速的急剧变化而引起的机械剪切，使得珠状网络结构发生了改变，分子链发生断裂且分子链主干分枝黏结在一起，导致溶液的增黏能力大幅度降低，同时，抗剪切能力变差。聚合物的相对分子质量分别为1 600×104、1 900×104、2 500×104，当浓度为2 000 mg/L的弱碱三元复合溶液在流量为200 m3/d的条件下流经分压注入工具以后，扫描电镜测得的实验结果，如图5所示。

a.相对分子质量1 600×104　b.相对分子质量1 900×104　c.相对分子质量2 500×104

对比图4、图5可知，流经相同分压注入工具时，弱碱三元复合溶液聚合物的分子聚集形态随流量的增大与分压注入工具间的机械剪切作用增强，使分子链发生断裂的程度增大。

4结论

弱碱三元复合体系微观分子呈现球形质点，相互结成珠状网络，分形生长表现出一定的自相似性，但其网络比较稀疏，基本无主干和分枝之别。弱碱三元复合溶液在流经分压注入工具时不断受到剪切作用，致使分子链发生断裂，主干分支黏结在一起呈絮状，且流量越大时，经过工具后溶液受到的机械剪切作用越明显，分子链发生断裂的程度越大，其聚集形态紊乱程度越严重。

参考文献：

[1]黄金.三类油层复合驱提高采收率技术研究[D].吉林大学,2012.

[2]李海成.大庆油田聚合物驱分注工艺现状[J].石油与天然气地质,2012,33(2):296-301.

[3]卫秀芬,刘伟. 大庆油田机械分层注聚技术的研究及应用[J].特种油气藏,2007,14(4):13-16，25.

[4]马海佳. 聚合物驱分层注入技术研究[D].大庆石油学院,2008.

[5]廖广志,王克亮,闫文华.流度比对化学驱驱油效果影响实验研究[J].大庆石油地质与开发,2001,20(2):14-16.

收稿日期：2016-03-21

基金项目：国家自然科学基金(51404070)

作者简介：吴迪(1990-)，男，硕士，研究方向为复杂流体与流动，电话：15246071624。

中图分类号：O631

文献标识码：A

文章编号：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