基于掃描電鏡的三元復合溶液分子聚集體形態的研究

柳玉昕，蔡萌

（1. 東北石油大學， 黑龍江 大慶 163318； 2. 大慶油田采油工程研究院， 黑龍江 大慶 163400）

基于掃描電鏡的三元復合溶液分子聚集體形態的研究

柳玉昕1，蔡萌2

（1. 東北石油大學， 黑龍江 大慶 163318； 2. 大慶油田采油工程研究院， 黑龍江 大慶 163400）

采用電鏡掃描、分槽注入相結合的方法，研究了不同注入流量及分壓注入工具槽數對三元復合體系中分子聚集態。結果表明：溶液配置條件相同的情況下，分注工具槽數相同時，隨流量增大，三元體系中聚合物分子分子鏈發生斷裂的程度增大；流量相同時，隨槽數的增多，分子鏈斷裂程度增大，在受到分注工具的剪切作用時，由于三元復合體系網絡稀疏，包裹水分子的能力差，從而導致在流經分注工具時的抗剪切能力也變差。

三元復合體系；電鏡；分槽注入；聚集態

學者在20世紀80年代中期提出了利用三元復合驅進行三次采油的理論，該理論下的三元復合體系由堿、表面活性劑、聚合物混合配制而成。研究證明：三元復合驅相比水驅可進一步提高采收率，已進入工業性試驗階段。三元復合體系含有的堿起到了至關重要的作用，它不僅可以通過活性物質（堿與原油中的有機酸發生化學反應生成的一種物質）與表面活性劑發生協同效應，起到降低油水間界面張力的作用；還可以通過降低價格昂貴的表面活性劑和聚合物在巖石表面的吸附作用、滯留損失，進而降低驅油成本，提高經濟效益。本文基于物理化學和滲流力學的基礎理論，通過儀器檢測和物理模擬相結合的方案，研究了不同注入流量及分壓注入工具槽數對三元復合體系中分子聚集態的影響。探討了各種影響因素的影響結果。這些實驗結果對于指導三元復合驅試驗方案調整和提高復合驅增油效果具有重要參考價值[1-7]。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

聚合物：大慶煉化產分子量分別為1 200×104、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：NaOH，加量1.2%。

1.2 實驗步驟

（1）室內配制不同濃度三元復合溶液；

（2）在模擬裝置進行模擬實驗，獲得不同分子量、不同濃度三元復合溶液在流經分壓工具后受到剪切的溶液；

（3）改變流量，進行模擬實驗，獲得相同槽數，不同流量剪切的三元復合溶液；

（4）改變分壓工具槽數，進行模擬實驗，獲得不同槽數分壓工具剪切的三元復合溶液；

（5）冷凍制樣，鍍膜；

（6）掃描電鏡掃描觀察，獲取圖片。

1.3 實驗方案

方案一：采用1 900萬分子量聚合物，配制濃度為1 200 mg/L的三元復合溶液，流經槽數為5的分注工具，分別在流量為20、30和50 m3/d時獲得剪切后的三元復合溶液，制樣后掃描，拍攝圖片；

方案二：采用1 900萬分子量聚合物，配制濃度為1 200 mg/L的三元復合溶液，流經槽數為10的分注工具，分別在流量為20、30和50 m3/d時獲得剪切后的三元復合溶液，制樣后掃描，拍攝圖片；

方案三：采用1 900萬分子量聚合物，配制濃度為1 200 mg/L的三元復合溶液，流經槽數為18的分注工具，分別在流量為20、30和50 m3/d時獲得剪切后的三元復合溶液，制樣后掃描，拍攝圖片。

2 實驗結果分析

1 900萬分子量，1 200 mg/L聚合物配制的三元復合溶液剪切前掃描電鏡圖如圖1所示。

圖1 1 900萬1 200 mg/L三元復合溶液剪切前掃描電鏡圖Fig.1 SEM micrograph of 19 million 1 200 mg / L ternary composite solution before shearing

1 900萬分子量聚合物配制三元復合溶液，槽數為5時，不同流量下三元復合溶液中聚合物分子聚集態掃描電鏡圖片如圖1所示。

1 900萬分子量聚合物配制三元復合溶液，槽數為10時，不同流量下三元復合溶液中聚合物分子聚集態掃描電鏡圖片如圖2所示。

1 900萬分子量聚合物配制三元復合溶液，槽數為18時，不同流量下三元復合溶液中聚合物分子聚集態掃描電鏡圖片如圖3所示。

圖2 1 900萬1 200 mg/L三元液流經槽數為5工具不同流量剪切后掃描電鏡圖Fig.2 SEM micrograph of 19 million 1200mg / L ternary flowing through 5 slots after shearing

圖3 1 900萬1 200 mg/L三元液流經槽數為10工具不同流量剪切后掃描電鏡圖Fig.3 SEM micrograph of 19 million 1200mg / L ternary flowing through 10 slots after shearing

圖4 1 900萬1 200 mg/L三元液流經槽數為18工具不同流量剪切后掃描電鏡圖Fig.4 SEM micrograph of 19 million 1200mg / L ternary flowing through 18 slots after shearing

從圖2-4可見: 三元復合體系在經過分注工具時，聚合物分子鏈受到剪切作用大于單純聚合物溶液；分注工具槽數相同時，隨流量增大，三元體系中聚合物分子分子鏈發生斷裂的程度增大；流量相同時，隨槽數的增多，分子鏈斷裂程度增大，在受到分注工具的剪切作用時，由于三元復合體系網絡稀疏，包裹水分子的能力差，從而導致在流經分注工具時的抗剪切能力也變差。

3 結 論

（1）三元復合體系聚集體形態呈現出網絡狀結構，且網格狀結構的穩定性與流量和分壓注入工具的槽口數有關。

（2）在配置三元復合體系溶液時，應盡量選擇小流量注入分壓工具，槽口數也盡量減少，以便維持三元復合體系聚合物的穩定性。

［1］ 王偉，李明妍，盧祥國，等．三元復合體系黏度對各組分色譜分離的影響[J]. 大慶石油地質與開發，2012，31(5)：147-153．

［2］ 王鳳蘭，伍曉琳，陳廣宇，等．大慶油田三元復合驅技術進展[J].大慶石油地質與開發，2009，28 (5)：154-162．

［3］ 翟會波，林海欽，徐學芹，等．大慶油田三元復合驅堿與原油長期作用研究[J]. 大慶石油地質與開發，2011，30 (4)：114-118．

［4］ 李道山．三元復合驅表面活性劑吸附及堿的作用機理研究[D]. 大慶：大慶石油學院，1994．

［5］ 馬麗，侯吉瑞，趙鳳蘭，等．堿對超低界面張力形成及界面膜擴張流變性的影響[J].大慶石油地質與開發，2010，29(6)：149-154．

［6］ 趙長久，趙春，么世椿，等．弱堿三元復合驅與強械三元復合驅的對比[J]. 新疆石油地質，2006，27(6)：728-730．

［7］ 盧祥國，姜維東，王曉燕，等．Cr3+堿和表面活性劑對聚合物分子構型及滲流特性影響[J]. 石油學報，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

東北石油大學研究生創新基金項目，項目號：YJSJD2015-005。

2017-03-25

柳玉昕（1987-），男，黑龍江省綏化市人，碩士學位，2017年畢業于東北石油大學控制科學與工程專業，研究方向：油氣信息控制與提高采收率。E-mail：478074576@qq.com。