【正文】 的應(yīng)用空間，因此研究樹(shù)枝聚合物 抗剪切性能 具有實(shí)際意義。shear。研究表明常規(guī)配注過(guò)程中，在過(guò)濾器、注聚泵、靜混器、炮眼等主要環(huán)節(jié)的聚合物溶液黏度損失總和可達(dá)50~60%，其中射孔炮眼附近較高的孔隙流速使表觀(guān)黏度下降的幅度最大。 （ 2）射孔孔眼剪切模擬實(shí)驗(yàn)裝置 在孔眼深度方向約為 80mm 內(nèi)幾乎沒(méi)有流體流出，稱(chēng)該段為孔眼不滲透段。室內(nèi)用內(nèi)徑為 、長(zhǎng)度為 的填砂管，充填礫石的孔隙度為 37%，構(gòu)成 射孔孔眼剪切模擬實(shí)驗(yàn)裝置。 研究思路 根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研，通過(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)外深部調(diào)剖技術(shù) 的研究，提出了樹(shù)枝聚合物抗剪切西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 性的主要研制思路如圖 11 所示： 圖 11 研究思路樹(shù)枝聚合物抗剪切性能研究 剪切模擬實(shí)驗(yàn)的方法 理論分析 射孔孔眼 未剪切 吳茵攪拌器 剪切作用 結(jié)構(gòu)分析 樹(shù)枝聚合物抗剪切性能研究結(jié)果 剪切作用對(duì)粘度、殘余阻力系數(shù)、流動(dòng)性的影響 樹(shù)枝聚合物抗剪切性能研究 3 2 樹(shù)枝聚合物 樹(shù)枝聚合物的 概念 樹(shù)枝狀聚合物，顧名思義是像樹(shù)一樣的聚合物，樹(shù)枝狀聚合物是當(dāng)前正在蓬勃發(fā)展的一類(lèi)新的有機(jī)聚合物，它是一類(lèi)具有三維立體結(jié)構(gòu)的、高度有序的聚合物。樹(shù)枝狀聚合物通過(guò)化學(xué)結(jié)構(gòu)和締合，共同保證在較強(qiáng)的剪切作用下，具有較好的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；隨著在多孔介質(zhì)中的運(yùn)移，其結(jié)構(gòu)不斷的增長(zhǎng)，由少部分分子形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸增長(zhǎng)為與巖石共同作用的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在油層深部高滲透介質(zhì)中，起到提高波及體積的作用。研究表明常規(guī)配注過(guò)程中，在過(guò)濾器、注聚泵、靜混器、炮眼等主要環(huán)節(jié)的聚合物溶液黏度損失總和可達(dá)50—60%，其中射孔炮眼附近較高的孔隙流速使表觀(guān)黏度下降的幅度最大。詳細(xì)的做過(guò)一下研究。由于還原步驟產(chǎn)率太低，因而只得到二代 (G2)的大分子。它是先合成樹(shù)枝狀高分子的一部分，形成一個(gè) “楔形物 ”，然后再將這些 “楔形物 ”與核心連接，最后形成一個(gè)新的樹(shù)枝 狀高分子。 樹(shù)枝聚合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能 樹(shù)枝狀聚合物作為一種結(jié)構(gòu)規(guī)整的樹(shù)枝化大分子，可以作為分子設(shè)計(jì)的建筑模板，通過(guò)不同化學(xué)鍵合成方式引入 普通高分子結(jié)構(gòu)中，從而可得到不同功能的新型聚合物。由于存在樹(shù)枝結(jié)構(gòu)，即使有鹽的加入，仍具有較好的增粘性；這種結(jié)構(gòu)在經(jīng)過(guò)多孔介質(zhì)剪切過(guò)程中，即使有個(gè)別枝的斷裂，整個(gè)分子的分子 量不會(huì)有多大變化，可以在很大程度上克服現(xiàn)有驅(qū)油劑容易剪切降解的不足；外圍分子在多孔介質(zhì)中，形成較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，達(dá)到流度控制的作用。由 此可見(jiàn)，無(wú)論從樹(shù)枝狀聚合物的結(jié)構(gòu)還是從其溶液的性能上看，都有望成為驅(qū)油用的高分子聚合物。Chapmam等合成了以賴(lài)氨酸為內(nèi)核，叔丁氧羰基 (tBOC)為端基的樹(shù)枝狀大分子，結(jié)果發(fā) 現(xiàn)該樹(shù)枝狀大分子不但具有一定的表面活性，而且還有很好的起泡能力。這是由于藥物分子與樹(shù)枝狀大分子的表面胺的特殊靜電作用，通過(guò)優(yōu)化樹(shù)枝狀高分子表面基團(tuán)的 尺寸、數(shù)量及類(lèi)型，可以在最大程度上提高藥物的溶解度。 1 代的樹(shù)枝狀大分子能使反應(yīng)速率增大兩倍，而 3 代能使反應(yīng)速率增大約二十倍。 Keki 等報(bào)道了在端基是NH2 和 COOH 的樹(shù)枝狀大分子中納米微粒銀的光化合成，經(jīng)分光光度法測(cè)定和透射電子顯微鏡可觀(guān)察到平均直徑在 7nm 左右的納米銀，可用于 減摩涂層材料，銀納米粒子添加到化學(xué)纖維中還有滅菌除臭的功能。 Zhao Mingqi 等也報(bào)道了利用樹(shù)枝狀大分子作為制備納米材料的 “納米池 ”，通過(guò)樹(shù)枝狀大分子的內(nèi)部空隙，還原粒徑為 4～ 6 nm 的 Cu2+粒子團(tuán) 簇，改變樹(shù)枝狀分子的結(jié)構(gòu)和尺寸，可以控制生成不同大小的納米粒子，關(guān)鍵步驟是將一定量的金屬離子分配在樹(shù)枝狀大分子的內(nèi)部，金屬離子會(huì)與內(nèi)部的叔胺結(jié)合。螺旋收集方式，每量筒最大集液量 12mL，全流程不間斷自動(dòng)集液量 1200mL； 一維填砂模型（射孔孔眼）：模型長(zhǎng)度 ，內(nèi)徑 。 剪切方式 吳茵剪切 根據(jù)配方，分別將濃度為 500mg/L、 1000mg/L、 2020mg/L、 3000mg/L、 4000mg/L的樹(shù)枝聚合物和 HPAM 加入?yún)且饠嚢杵鳎▓D 31）至與攪拌扇葉平齊時(shí)，蓋緊蓋子，將儀器調(diào)至二檔（ 7000r/min），每個(gè)攪拌 20s 即停止攪拌，最后再用粘度計(jì)逐次測(cè)量每個(gè)聚合物攪 拌后的粘度。 ③ “射孔孔眼模擬段 ”的制備 按照要求制備 “射孔孔眼模擬段 ”并如圖連接好流程。因此考察樹(shù)枝狀聚合物在剪切速率不斷變化的情況下，聚合物粘度隨剪切速率的變化。為了更真實(shí)地模擬近井地帶的剪切作用，使用射孔孔眼剪切模擬裝置，模型管長(zhǎng) ，內(nèi)徑 ，采用 40~60目磨圓度較好的礫石充填，并保證孔隙度為 37%，實(shí)驗(yàn)流程圖見(jiàn)圖 23，按 20m3/（ d 樹(shù)枝聚合物抗剪切性能研究 11 表 34 樹(shù)枝聚合物和 HPAM 不同剪切方式后的粘度 濃度 mg/L 剪切方式 500 1000 2020 3000 4000 樹(shù)枝聚合物 粘度（ ） 未剪 吳茵 炮眼 HPAM 粘度（ ） 未剪 吳茵 炮眼 由表 34 中的數(shù)據(jù)綜合對(duì)比得出：樹(shù)枝聚合物無(wú)論是在哪種剪切方式下，粘度恢復(fù)均優(yōu)越于聚丙烯酰胺（ HPAM），更抗剪切。 HPAM 采用 HAAKE RS600 流變儀（雙筒；轉(zhuǎn)子： DG41Ti； 65℃ ）對(duì)經(jīng)過(guò)炮眼剪切 、吳茵剪切、和未經(jīng)剪切的 HPAM 進(jìn)行測(cè)定，所得流變曲線(xiàn)如下 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 a） 500mg/LHPAM 聚合物的流變曲線(xiàn) b） 1000mg/LHPAM 聚合物的流變曲線(xiàn) 110100100010000 1 10 100 1000G（1/s）η()HPAM2020炮 眼HPAM2020未 剪HPAM2020吳 茵 c） 2020mg/LHPAM 聚合物的流變曲線(xiàn) 樹(shù)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吳 茵 d） 3000mg/LHPAM 聚合物的流變曲線(xiàn) 110100100010000 1 10 100 1000G（1/ s）η()HPAM4000炮 眼HPAM4000未 剪HPAM4000吳 茵 e） 4000mg/LHPAM 聚合物的流變曲線(xiàn) 圖 35 不同濃度的 HPAM 聚合物剪切前后的流變曲線(xiàn) 由圖 35 得出： HPAM 溶液的粘度隨著剪切速率的增加而顯著降低，這可能是因?yàn)?HPAM 為線(xiàn)性聚丙烯酰胺類(lèi)聚合物，聚合物分子在溶液中處 于蜷曲的無(wú)規(guī)則線(xiàn)團(tuán)狀。樹(shù)枝聚合物溶液在高剪切速率下表現(xiàn)出的較高的粘度，表現(xiàn)出優(yōu)越于 HPAM 良好的抗剪切能力。 證明樹(shù)枝聚合物 比 HPAM 相對(duì)于這種方式更抗剪切。 （ 2）隨著聚合物溶液的濃度增加，樹(shù)枝聚合物分子之間有更多的機(jī)會(huì)相互接觸，因此更有利于分子之間發(fā)生相互作用，增加聚合物溶液的粘度。在低速剪切條件下能夠保持粘度變化不大，有利聚合物溶液注入地層之后其溶液粘度的穩(wěn)定，同時(shí)也能起到較好的流度控制能力。 實(shí)驗(yàn)條件 儀器： 微量泵：無(wú)脈沖高速高壓微量泵，最高注入壓力 50MPa，單泵最小排量 ，單泵最大排量 107mL/min，美國(guó)產(chǎn)； 中間容器：帶活塞中間容器 3 個(gè)，最大容量 3000mL；最大 工作壓力 16MPa，江蘇海安石油科研儀器廠(chǎng)； 恒溫箱： SG831 型雙聯(lián)自控恒溫箱； 壓力傳感器：量程 0~、 0~ 和 0~ 各 2 支，精度 %FS； 集液裝置： BS100A 自動(dòng)部分收集器，上海滬西分析儀器廠(chǎng)有限公司。具體步驟如下： ① 模擬地層水（ 新疆水 ）和聚合物溶液的準(zhǔn)備 先按 表 41 的 配方配制實(shí)驗(yàn)用新疆水，采用 微孔濾膜過(guò)濾除去微粒物質(zhì)，樹(shù)枝聚合物抗剪切性能研究 25 所有實(shí)驗(yàn)用水應(yīng)在實(shí)驗(yàn)前放置 1d 以上； 在 45℃ 水浴中，用過(guò)濾后的新疆水配 制 5000mg/L 聚合物母液，將其稀釋至目標(biāo)液濃度，并測(cè)定 70℃ 條件下幾種聚合物溶液的粘度。 ④ “一維填砂模型 ”流動(dòng)實(shí)驗(yàn)步驟如下： 水測(cè)：新疆水以 3mL/min 注 入速度驅(qū)替填砂模型，測(cè)定填砂模型水驅(qū)穩(wěn)定壓力，計(jì)算其滲透率；通過(guò) “稱(chēng)重法 ”測(cè)取填砂模型的孔隙體積，計(jì)算其孔隙度。 以 1mL/min 注入經(jīng)過(guò) “射孔孔眼模擬段 ”剪切后的聚合物溶液，驅(qū)替填砂模型。計(jì)算阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)。 未剪切 HPAM 與樹(shù)枝聚合物在高滲透巖心中的殘阻實(shí)驗(yàn) 利用一維填砂模型分別對(duì)未剪切的樹(shù)枝聚合物和 HPAM 聚合物的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)進(jìn)行研究，得其注入性能和降低滲透率的性能。具體圖標(biāo)參數(shù)如下： 020 3 6 9 12 15注入P V入口壓力（MPa）樹(shù)枝聚合物炮眼剪后H P A M 聚合物炮眼剪后 圖 44 樹(shù)枝聚合物與 HPAM 炮眼剪切后注入壓力曲線(xiàn)圖 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 由圖 44 知，兩管滲透率接近，但注聚和后水時(shí)壓力，樹(shù)枝聚合物比 HPAM 高許多，由此知，樹(shù)枝聚合物比 HPAM 注入性差。 表 45 樹(shù)枝聚合物未剪 與 HPAM 聚合物未剪相關(guān)系數(shù)與結(jié)果表 填砂管管號(hào) (V=3ml/min)水測(cè)時(shí)壓力（ MPa） 滲透率（ D） 孔隙體積（ ml） 聚驅(qū)壓力（ MPa） 后水壓力（ MPa） 阻力系數(shù) 殘余阻力系數(shù) 7 號(hào)（ HPAM） 43 8 號(hào)（樹(shù)枝） 41 由表 45 知，雖然 5 號(hào)和 6 號(hào)管滲透率接近，孔隙體積和孔隙度也相差無(wú)幾，但樹(shù)樹(shù)枝聚合物抗剪切性能研究 29 枝聚合物比 HPAM 聚合物聚驅(qū)和后水時(shí)壓力高了不少，經(jīng)計(jì) 算，樹(shù)枝聚合物比 HPAM聚合物的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)高。西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 5 結(jié)論及建議 論文主要通過(guò)剪切前后樹(shù)枝聚合物溶液的流變性及建立的殘余阻力系數(shù)研究樹(shù)枝聚合物的抗剪切性能，得出以下結(jié)論及建議。 研究溫度、礦化度等條件對(duì)樹(shù)枝聚合物溶液建立殘 余阻力系數(shù)能力的影響。 感謝老師課題組的研究生徐豪飛師兄、覃孝平師兄、文光華師兄、李翠霞師姐、秦川師姐等在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我的幫助。完井方式對(duì)聚合物黏度的影響 [J]． 石油天然氣學(xué)報(bào) ， 2020， 29(4): 108110． [11]陳明強(qiáng)，孫志強(qiáng)，王江順 ， 等 ． 配注過(guò)程中聚合物溶液的黏度損失分析 [J]． 西安石油大學(xué)學(xué)報(bào) ， 2020， 22(3): 6063． [12]謝峰 ， 皇海權(quán) 感謝我的母校西 南石油大學(xué)，走出校園之后，我將以身為一個(gè)西南石油大學(xué)人而自豪，時(shí)刻想著回報(bào)母校對(duì)我的恩情。他嚴(yán)以律己、寬以待人的高尚品格、務(wù)實(shí)求真的工作作風(fēng)永遠(yuǎn)是我學(xué)習(xí)的榜樣。 經(jīng)過(guò)射孔孔眼模型剪切和吳茵攪