基于扫描电镜的三元复合溶液分子聚集体形态的研究

柳玉昕，蔡萌

（1. 东北石油大学， 黑龙江 大庆 163318； 2. 大庆油田采油工程研究院， 黑龙江 大庆 163400）

基于扫描电镜的三元复合溶液分子聚集体形态的研究

柳玉昕1，蔡萌2

（1. 东北石油大学， 黑龙江 大庆 163318； 2. 大庆油田采油工程研究院， 黑龙江 大庆 163400）

采用电镜扫描、分槽注入相结合的方法，研究了不同注入流量及分压注入工具槽数对三元复合体系中分子聚集态。结果表明：溶液配置条件相同的情况下，分注工具槽数相同时，随流量增大，三元体系中聚合物分子分子链发生断裂的程度增大；流量相同时，随槽数的增多，分子链断裂程度增大，在受到分注工具的剪切作用时，由于三元复合体系网络稀疏，包裹水分子的能力差，从而导致在流经分注工具时的抗剪切能力也变差。

三元复合体系；电镜；分槽注入；聚集态

学者在20世纪80年代中期提出了利用三元复合驱进行三次采油的理论，该理论下的三元复合体系由碱、表面活性剂、聚合物混合配制而成。研究证明：三元复合驱相比水驱可进一步提高采收率，已进入工业性试验阶段。三元复合体系含有的碱起到了至关重要的作用，它不仅可以通过活性物质（碱与原油中的有机酸发生化学反应生成的一种物质）与表面活性剂发生协同效应，起到降低油水间界面张力的作用；还可以通过降低价格昂贵的表面活性剂和聚合物在岩石表面的吸附作用、滞留损失，进而降低驱油成本，提高经济效益。本文基于物理化学和渗流力学的基础理论，通过仪器检测和物理模拟相结合的方案，研究了不同注入流量及分压注入工具槽数对三元复合体系中分子聚集态的影响。探讨了各种影响因素的影响结果。这些实验结果对于指导三元复合驱试验方案调整和提高复合驱增油效果具有重要参考价值[1-7]。

1 实验部分

1.1 实验材料

聚合物：大庆炼化产分子量分别为1 200×104、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：NaOH，加量1.2%。

1.2 实验步骤

（1）室内配制不同浓度三元复合溶液；

（2）在模拟装置进行模拟实验，获得不同分子量、不同浓度三元复合溶液在流经分压工具后受到剪切的溶液；

（3）改变流量，进行模拟实验，获得相同槽数，不同流量剪切的三元复合溶液；

（4）改变分压工具槽数，进行模拟实验，获得不同槽数分压工具剪切的三元复合溶液；

（5）冷冻制样，镀膜；

（6）扫描电镜扫描观察，获取图片。

1.3 实验方案

方案一：采用1 900万分子量聚合物，配制浓度为1 200 mg/L的三元复合溶液，流经槽数为5的分注工具，分别在流量为20、30和50 m3/d时获得剪切后的三元复合溶液，制样后扫描，拍摄图片；

方案二：采用1 900万分子量聚合物，配制浓度为1 200 mg/L的三元复合溶液，流经槽数为10的分注工具，分别在流量为20、30和50 m3/d时获得剪切后的三元复合溶液，制样后扫描，拍摄图片；

方案三：采用1 900万分子量聚合物，配制浓度为1 200 mg/L的三元复合溶液，流经槽数为18的分注工具，分别在流量为20、30和50 m3/d时获得剪切后的三元复合溶液，制样后扫描，拍摄图片。

2 实验结果分析

1 900万分子量，1 200 mg/L聚合物配制的三元复合溶液剪切前扫描电镜图如图1所示。

图1 1 900万1 200 mg/L三元复合溶液剪切前扫描电镜图Fig.1 SEM micrograph of 19 million 1 200 mg / L ternary composite solution before shearing

1 900万分子量聚合物配制三元复合溶液，槽数为5时，不同流量下三元复合溶液中聚合物分子聚集态扫描电镜图片如图1所示。

1 900万分子量聚合物配制三元复合溶液，槽数为10时，不同流量下三元复合溶液中聚合物分子聚集态扫描电镜图片如图2所示。

1 900万分子量聚合物配制三元复合溶液，槽数为18时，不同流量下三元复合溶液中聚合物分子聚集态扫描电镜图片如图3所示。

图2 1 900万1 200 mg/L三元液流经槽数为5工具不同流量剪切后扫描电镜图Fig.2 SEM micrograph of 19 million 1200mg / L ternary flowing through 5 slots after shearing

图3 1 900万1 200 mg/L三元液流经槽数为10工具不同流量剪切后扫描电镜图Fig.3 SEM micrograph of 19 million 1200mg / L ternary flowing through 10 slots after shearing

图4 1 900万1 200 mg/L三元液流经槽数为18工具不同流量剪切后扫描电镜图Fig.4 SEM micrograph of 19 million 1200mg / L ternary flowing through 18 slots after shearing

从图2-4可见: 三元复合体系在经过分注工具时，聚合物分子链受到剪切作用大于单纯聚合物溶液；分注工具槽数相同时，随流量增大，三元体系中聚合物分子分子链发生断裂的程度增大；流量相同时，随槽数的增多，分子链断裂程度增大，在受到分注工具的剪切作用时，由于三元复合体系网络稀疏，包裹水分子的能力差，从而导致在流经分注工具时的抗剪切能力也变差。

3 结 论

（1）三元复合体系聚集体形态呈现出网络状结构，且网格状结构的稳定性与流量和分压注入工具的槽口数有关。

（2）在配置三元复合体系溶液时，应尽量选择小流量注入分压工具，槽口数也尽量减少，以便维持三元复合体系聚合物的稳定性。

［1］ 王伟，李明妍，卢祥国，等．三元复合体系黏度对各组分色谱分离的影响[J]. 大庆石油地质与开发，2012，31(5)：147-153．

［2］ 王凤兰，伍晓琳，陈广宇，等．大庆油田三元复合驱技术进展[J].大庆石油地质与开发，2009，28 (5)：154-162．

［3］ 翟会波，林海钦，徐学芹，等．大庆油田三元复合驱碱与原油长期作用研究[J]. 大庆石油地质与开发，2011，30 (4)：114-118．

［4］ 李道山．三元复合驱表面活性剂吸附及碱的作用机理研究[D]. 大庆：大庆石油学院，1994．

［5］ 马丽，侯吉瑞，赵凤兰，等．碱对超低界面张力形成及界面膜扩张流变性的影响[J].大庆石油地质与开发，2010，29(6)：149-154．

［6］ 赵长久，赵春，么世椿，等．弱碱三元复合驱与强械三元复合驱的对比[J]. 新疆石油地质，2006，27(6)：728-730．

［7］ 卢祥国，姜维东，王晓燕，等．Cr3+碱和表面活性剂对聚合物分子构型及渗流特性影响[J]. 石油学报，2009，30 (5)：751-752．

Study on Molecular Aggregate Morphology of Ternary Composite Solution Based on Scanning Electron Microscope

LIU Yu-xin1, CAI Meng2
（1. Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China；2. Daqing Oilfield Engineering Research Institute, Heilongjiang Daqing 163400，China）

The molecular aggregation states of ternary composite systems were studied by means of electron microscopy and sub-slot injection. The results show that,when the number of dispensing tools is the same under the same conditions, the degree of fracture of the molecular chains in the ternary system increases with the increase of the flow rate. When the flow rate is the same, the degree of fracture of the molecular chain increases with the increase of the number of dispensing tools, and under the shear function of the dispensing tool, the ternary system has sparse network, and poor ability of wrapping water molecules, resulting in poor shear resistance when flowing through the dispensing tool.

Ternary complex system;Electron microscopy;Subdivision implantation;Aggregation state

TE 357

A

1671-0460（2017）11-2201-03

东北石油大学研究生创新基金项目，项目号：YJSJD2015-005。

2017-03-25

柳玉昕（1987-），男，黑龙江省绥化市人，硕士学位，2017年毕业于东北石油大学控制科学与工程专业，研究方向：油气信息控制与提高采收率。E-mail：478074576@qq.com。