树枝聚合物抗剪切性能研究(编辑修改稿)

树枝聚合物抗剪切性能研究(编辑修改稿)内容摘要：

～2nm 尺寸的粒子。 Zhao Mingqi 等也报道了利用树枝状大分子作为制备纳米材料的 “纳米池 ”，通过树枝状大分子的内部空隙，还原粒径为 4～ 6 nm 的 Cu2+粒子团 簇，改变树枝状分子的结构和尺寸，可以控制生成不同大小的纳米粒子，关键步骤是将一定量的金属离子分配在树枝状大分子的内部，金属离子会与内部的叔胺结合。 通过一个置换反应，生成的粒子稳定而细小，甚至可以达到 2nm，反应完全而且快。 树枝聚合物抗剪切性能研究 7 3 剪切前后聚合物流变性研究 实验条件及步骤 实验条件 试剂：树枝聚合物（为课题组合成的产品），部分水解聚丙烯酰胺（ HPAM，大庆油田生产，分子量为 1200 万，水解度为 30%）。 仪器： 吴茵搅拌器： WARING，均质机，七段变速； 微量泵：无脉冲高速高压微量泵，最高 注入压力 50MPa，单泵最小排量 ，单泵最大排量 107mL/min，美国产； 中间容器：带活塞中间容器 3 个，最大容量 3000mL；最大工作压力 16MPa，江苏海安石油科研仪器厂； 恒温箱： SG831 型双联自控恒温箱； 压力传感器：量程 0~、 0~ 和 0~ 各 2 支，精度 %FS； 粘度计： BROOKFIELD DVⅢ ，美国产；转子： 00和 31；转速：分别为 6r/min和 ，剪切速率为 ； 集液装置： BS100A 自动部分收 集器，上海沪西分析仪器厂有限公司。 螺旋收集方式，每量筒最大集液量 12mL，全流程不间断自动集液量 1200mL； 一维填砂模型（射孔孔眼）：模型长度 ，内径。 温度： 65℃ 水质：新疆油田 百口泉 21 井区 水质，水质配方见表 31 表 31 新疆油田 百口泉 21 井区 水质配方 组成 NaCl Na2SO4 NaHCO3 Na 2CO3 CaCl2 MgCl26H2O 总矿化度 含量， mg/L 168 聚合 物配制 树枝聚合物母液：加入 5g 的树枝聚合物粉末入 995mL 的新疆水质中，混合搅 拌至溶解 均匀。 西南石油大学本科毕业设计（论文） 8 HPAM 母液：加入 5g的 HPAM 粉末入 995mL 的新疆水质中，混合搅拌 至溶解均匀。 剪切方式 吴茵剪切 根据配方，分别将浓度为 500mg/L、 1000mg/L、 2020mg/L、 3000mg/L、 4000mg/L的树枝聚合物和 HPAM 加入吴茵搅拌器（图 31）至与搅拌扇叶平齐时，盖紧盖子，将仪器调至二档（ 7000r/min），每个搅拌 20s 即停止搅拌，最后再用粘度计逐次测量每个聚合物搅 拌后的粘度。 图 31 吴茵搅拌器 射孔孔眼（炮眼）剪切 操作步骤如下： ① 模拟地层水（混注水）和聚合物溶液的准备 先配制实验用混注水，采用 微孔滤膜过滤除去微粒物质，所有实验用水应在实验前放置 1d 以上； 在 45℃ 水浴中，用过滤后的混注水配制 5000mg/L 聚合物母液，将其稀释至目标液浓度，并测定 70℃ 条件下几种聚合物溶液的粘度。 ② 石英砂预处理 为了排除石英砂中碳酸盐和泥质等杂质的影响，采用浓度为 18%的盐酸洗涤石英砂，之后用大量的自来水对酸洗后的石英砂进行清洗，直至 pH 值为 7 左右。 然后将预处理后的石英砂烘干、按目数为（ 40~60）、（ 60~80）、（ 80~100）、（ 100~120）分筛备用。 ③ “射孔孔眼模拟段 ”的制备 按照要求制备 “射孔孔眼模拟段 ”并如图连接好流程。 树枝聚合物抗剪切性能研究 9 ④ “一维填砂模型 ”流动实验步骤如下： (1)饱和水，将配好的地层水均匀的倒入中间容器中，然后盖好容器，并排空，然后以 5ml/min 的流速将水注入射孔孔眼中，待水从孔眼中均匀流出，再注入 10 个 PV 左右，停止饱和水。 (2)剪切聚合物，将配好的树枝聚合物和 HPAM 聚合物分两次均匀的倒入中间容器中，然后盖好容器，并 排空，然后以 ，待聚合物从孔眼中均匀流出，用积液装置收集定量的剪切后溶液进行测定。 a) 实验流程图 b) 射孔孔眼 剪切模型 图 32 实验流程 及实物图 聚合物流变性的测定 聚合物溶液为非牛顿流体，其粘度随着剪切速率的变化而变化。 因此考察树枝状聚合物在剪切速率不断变化的情况下，聚合物粘度随剪切速率的变化。 由于树枝状聚合物具有特殊的球型空间的树枝网络结构，因此应该具有较好的抗剪切能力。 实验方法： （ 1）将树枝状聚合物配制成 5000mg/L 的聚合物母液，稀释至目标浓度； （ 2）采用吴茵搅拌器（ 图 31 所示 ）高速剪切的方式模拟聚合物从设备到井筒注入过程中的机械剪切，剪切条件：一档 3500rpm 剪切 20s； （ 3）聚合物溶液通过射孔孔眼及近井地带地层，进入地层深部。 射孔孔眼及近井西南石油大学本科毕业设计（论文） 10 地带地层的过流面积小、流量大、流速高，剪切程度最为严重。 为了更真实地模拟近井地带的剪切作用，使用射孔孔眼剪切模拟装置，模型管长 ，内径 ，采用 40~60目磨圆度较好的砾石充填，并保证孔隙度为 37%，实验流程图见图 23，按 20m3/（ dm）的剪切速度对聚合物进行剪切实验； （ 3）采用 HAAKE RS600 流变仪 （图 33） （双筒；转子： DG41Ti； 65℃ ）进行测定。 图 33 RS600 流变仪 剪切作用对粘度的影响 经过吴茵剪切和射孔剪切聚合物粘度测量结果如下 ： 表 32 树枝聚合物和 HPAM 吴茵剪切后的粘度 浓度 (mg/L) 500 1000 2020 3000 4000 树枝聚合物粘度（ ） 聚丙烯酰胺粘度（ ）（ HPAM） 由表 32 中的两组数据可以得出：在吴茵搅拌这种剪切方式下，树枝聚合物比常用聚合物 HPAM 粘度恢复性强，更抗剪切。 表 33 树枝聚合物和 HPAM 射孔剪切后的粘度 浓度 (mg/L) 500 1000 2020 3000 4000 树枝聚合物粘度（ ） 聚 丙烯酰胺粘度（ ）（ HPAM） 由表 33 中的两组数据可以得出：在射孔孔眼这种剪切方式下，树枝聚合物比常用聚合物 HPAM 粘度恢复性强，更抗剪切。 树枝聚合物抗剪切性能研究 11 表 34 树枝聚合物和 HPAM 不同剪切方式后的粘度 浓度 mg/L 剪切方式 500 1000 2020 3000 4000 树枝聚合物 粘度（ ） 未剪 吴茵 炮眼 HPAM 粘度（ ） 未剪 吴茵 炮眼 由表 34 中的数据综合对比得出：树枝聚合物无论是在哪种剪切方式下，粘度恢复均优越于聚丙烯酰胺（ HPAM），更抗剪切。 剪切作用对流变性的影响 树枝聚合物 采用 HAAKE RS600 流变仪（双筒；转子： DG41Ti； 65℃ ）对经过炮眼剪切、吴茵剪切、和未经剪切的树枝聚合物进行测定，所得流变曲线如下 ： 110100100010000 1 10 100 1000G （1 / s ）η（mPa.s）树枝5 0 0 炮眼树枝5 0 0 未剪树枝5 0 0 吴茵 a） 500mg/L 树枝状聚合物的流变曲线 西南石油大学本科毕业设计（论文） 12 110100100010000 1 10 100 1000G （1 / s ）η（mPa.s）树枝1 0 0 0 炮眼树枝1 0 0 0 未剪树枝1 0 0 0 吴茵 b） 1000mg/L 树枝状聚合物的流变曲线 c） 2020mg/L 树枝状聚合物的流变曲线 树枝聚合物抗剪切性能研究 13 110100100010000 1 10 100 1000G（1/s）η（）树枝3 0 0 0 炮眼树枝3 0 0 0 未剪树枝3 0 0 0 吴茵 d） 3000mg/L 树枝状聚合物的流变曲线 图 34 不同浓度的树枝状聚合物剪切前后的流变曲线 从图 34 可知： （ 1）当聚合物浓度为 500mg/L、 1000mg/L、 2020mg/L 和 3000mg/L 时，聚合物溶液的粘度随着浓度的增加，在高剪切速率下，粘度随剪切速率的增 加而快速降低，说明该聚合物具有较好的剪切稀释性，有助于降低注入压力。 在低剪切速率下，聚合物溶液可以保持较高的稳定粘度，有利于提高聚合物溶液的流度控制能力，增大波及体积，提高原油采收率。 （ 2）树枝聚合物具有很好的抗剪切性：无论是经过吴茵搅拌器剪切（机械剪切）后，还是经过炮眼剪切（射孔孔眼剪切）后，在同一剪切速率下，剪切前后的聚合物溶液具有相似的粘度值，粘度保留率高，说明聚合物溶液具有很好的抗剪切性质。 HPAM 采用 HAAKE RS600 流变仪（双筒；转子： DG41Ti； 65℃ ）对经过炮眼剪切 、吴茵剪切、和未经剪切的 HPAM 进行测定，所得流变曲线如下 西南石油大学本科毕业设计（论文） 14 a） 500mg/LHPAM 聚合物的流变曲线 b） 1000mg/LHPAM 聚合物的流变曲线 110100100010000 1 10 100 1000G（1/s）η()HPAM2020炮 眼HPAM2020未 剪HPAM2020吴 茵 c） 2020mg/LHPAM 聚合物的流变曲线 树枝聚合物抗剪切性能研究 15 110100100010000 1 10 100 1000G(1/s)η()HPAM3000炮 眼HPAM3000未 剪HPAM3000吴 茵 d） 3000mg/LHPAM 聚合物的流变曲线 110100100010000 1 10 100 1000G（1/ s）η()HPAM4000炮 眼HPAM4000未 剪HPAM4000吴 茵 e） 4000mg/LHPAM 聚合物的流变曲线 图 35 不同浓度的 HPAM 聚合物剪切前后的流变曲线 由图 35 得出： HPAM 溶液的粘度随着剪切速率的增加而显著降低，这可能是因为 HPAM 为线性聚丙烯酰胺类聚合物，聚合物分子在溶液中处 于蜷曲的无规则线团状。 当剪切速率增强时，线性大分子链的构象被迫发生改变，但是由于受布朗运动的影响，被改变的构象还会部分恢复或者全部恢复，所以导致长链大分子偏离原来的平衡构象，大分子间相对流动阻力减小，溶液宏观粘度下降，表现出剪切稀释性。 所以，当 HPAM 溶液在地层中渗流时，在高剪切速率下表现出的较低溶液粘度，不能很好的达到流度控制的目的。 西南石油大学本科毕。