【正文】 的應用空間，因此研究樹枝聚合物 抗剪切性能 具有實際意義。shear。研究表明常規(guī)配注過程中，在過濾器、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50~60%，其中射孔炮眼附近較高的孔隙流速使表觀黏度下降的幅度最大。 （ 2）射孔孔眼剪切模擬實驗裝置 在孔眼深度方向約為 80mm 內(nèi)幾乎沒有流體流出，稱該段為孔眼不滲透段。室內(nèi)用內(nèi)徑為 、長度為 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驗裝置。 研究思路 根據(jù)文獻調(diào)研，通過對目前國內(nèi)外深部調(diào)剖技術(shù) 的研究，提出了樹枝聚合物抗剪切西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 2 性的主要研制思路如圖 11 所示： 圖 11 研究思路樹枝聚合物抗剪切性能研究 剪切模擬實驗的方法 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 樹枝聚合物抗剪切性能研究結(jié)果 剪切作用對粘度、殘余阻力系數(shù)、流動性的影響 樹枝聚合物抗剪切性能研究 3 2 樹枝聚合物 樹枝聚合物的 概念 樹枝狀聚合物，顧名思義是像樹一樣的聚合物，樹枝狀聚合物是當前正在蓬勃發(fā)展的一類新的有機聚合物，它是一類具有三維立體結(jié)構(gòu)的、高度有序的聚合物。樹枝狀聚合物通過化學結(jié)構(gòu)和締合，共同保證在較強的剪切作用下，具有較好的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；隨著在多孔介質(zhì)中的運移，其結(jié)構(gòu)不斷的增長，由少部分分子形成的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)逐漸增長為與巖石共同作用的三維網(wǎng)絡結(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)配注過程中，在過濾器、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50—60%，其中射孔炮眼附近較高的孔隙流速使表觀黏度下降的幅度最大。詳細的做過一下研究。由于還原步驟產(chǎn)率太低，因而只得到二代 (G2)的大分子。它是先合成樹枝狀高分子的一部分，形成一個 “楔形物 ”，然后再將這些 “楔形物 ”與核心連接，最后形成一個新的樹枝 狀高分子。 樹枝聚合物結(jié)構(gòu)特點與性能 樹枝狀聚合物作為一種結(jié)構(gòu)規(guī)整的樹枝化大分子，可以作為分子設計的建筑模板，通過不同化學鍵合成方式引入 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)過多孔介質(zhì)剪切過程中，即使有個別枝的斷裂，整個分子的分子 量不會有多大變化，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，形成較強的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，達到流度控制的作用。由 此可見，無論從樹枝狀聚合物的結(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等合成了以賴氨酸為內(nèi)核，叔丁氧羰基 (tBOC)為端基的樹枝狀大分子，結(jié)果發(fā) 現(xiàn)該樹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枝狀大分子的表面胺的特殊靜電作用，通過優(yōu)化樹枝狀高分子表面基團的 尺寸、數(shù)量及類型，可以在最大程度上提高藥物的溶解度。 1 代的樹枝狀大分子能使反應速率增大兩倍，而 3 代能使反應速率增大約二十倍。 Keki 等報道了在端基是NH2 和 COOH 的樹枝狀大分子中納米微粒銀的光化合成，經(jīng)分光光度法測定和透射電子顯微鏡可觀察到平均直徑在 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纖維中還有滅菌除臭的功能。 Zhao Mingqi 等也報道了利用樹枝狀大分子作為制備納米材料的 “納米池 ”，通過樹枝狀大分子的內(nèi)部空隙，還原粒徑為 4～ 6 nm 的 Cu2+粒子團 簇，改變樹枝狀分子的結(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枝狀大分子的內(nèi)部，金屬離子會與內(nèi)部的叔胺結(jié)合。螺旋收集方式，每量筒最大集液量 12mL，全流程不間斷自動集液量 1200mL； 一維填砂模型（射孔孔眼）：模型長度 ，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，蓋緊蓋子，將儀器調(diào)至二檔（ 7000r/min），每個攪拌 20s 即停止攪拌，最后再用粘度計逐次測量每個聚合物攪 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 ，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%，實驗流程圖見圖 23，按 20m3/（ d 樹枝聚合物抗剪切性能研究 11 表 34 樹枝聚合物和 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)綜合對比得出：樹枝聚合物無論是在哪種剪切方式下，粘度恢復均優(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℃ ）對經(jīng)過炮眼剪切 、吳茵剪切、和未經(jīng)剪切的 HPAM 進行測定，所得流變曲線如下 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 14 a） 500mg/LHPAM 聚合物的流變曲線 b） 1000mg/LHPAM 聚合物的流變曲線 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 樹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 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 圖 35 不同濃度的 HPAM 聚合物剪切前后的流變曲線 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，這可能是因為 HPAM 為線性聚丙烯酰胺類聚合物，聚合物分子在溶液中處 于蜷曲的無規(guī)則線團狀。樹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。 證明樹枝聚合物 比 HPAM 相對于這種方式更抗剪切。 （ 2）隨著聚合物溶液的濃度增加，樹枝聚合物分子之間有更多的機會相互接觸，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，同時也能起到較好的流度控制能力。 實驗條件 儀器： 微量泵：無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，美國產(chǎn)； 中間容器：帶活塞中間容器 3 個，最大容量 3000mL；最大 工作壓力 16MPa，江蘇海安石油科研儀器廠； 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 自動部分收集器，上海滬西分析儀器廠有限公司。具體步驟如下： ① 模擬地層水（ 新疆水 ）和聚合物溶液的準備 先按 表 41 的 配方配制實驗用新疆水，采用 微孔濾膜過濾除去微粒物質(zhì)，樹枝聚合物抗剪切性能研究 25 所有實驗用水應在實驗前放置 1d 以上； 在 45℃ 水浴中，用過濾后的新疆水配 制 5000mg/L 聚合物母液，將其稀釋至目標液濃度，并測定 70℃ 條件下幾種聚合物溶液的粘度。 ④ “一維填砂模型 ”流動實驗步驟如下： 水測：新疆水以 3mL/min 注 入速度驅(qū)替填砂模型，測定填砂模型水驅(qū)穩(wěn)定壓力，計算其滲透率；通過 “稱重法 ”測取填砂模型的孔隙體積，計算其孔隙度。 以 1mL/min 注入經(jīng)過 “射孔孔眼模擬段 ”剪切后的聚合物溶液，驅(qū)替填砂模型。計算阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)。 未剪切 HPAM 與樹枝聚合物在高滲透巖心中的殘阻實驗 利用一維填砂模型分別對未剪切的樹枝聚合物和 HPAM 聚合物的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)進行研究，得其注入性能和降低滲透率的性能。具體圖標參數(shù)如下： 020 3 6 9 12 15注入P V入口壓力（MPa）樹枝聚合物炮眼剪后H P A M 聚合物炮眼剪后 圖 44 樹枝聚合物與 HPAM 炮眼剪切后注入壓力曲線圖 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 28 由圖 44 知，兩管滲透率接近，但注聚和后水時壓力，樹枝聚合物比 HPAM 高許多，由此知，樹枝聚合物比 HPAM 注入性差。 表 45 樹枝聚合物未剪 與 HPAM 聚合物未剪相關(guān)系數(shù)與結(jié)果表 填砂管管號 (V=3ml/min)水測時壓力（ 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（ HPAM） 43 8 號（樹枝） 41 由表 45 知，雖然 5 號和 6 號管滲透率接近，孔隙體積和孔隙度也相差無幾，但樹樹枝聚合物抗剪切性能研究 29 枝聚合物比 HPAM 聚合物聚驅(qū)和后水時壓力高了不少，經(jīng)計 算，樹枝聚合物比 HPAM聚合物的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)高。西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 30 5 結(jié)論及建議 論文主要通過剪切前后樹枝聚合物溶液的流變性及建立的殘余阻力系數(shù)研究樹枝聚合物的抗剪切性能，得出以下結(jié)論及建議。 研究溫度、礦化度等條件對樹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)設計中對我的幫助。完井方式對聚合物黏度的影響 [J]． 石油天然氣學報 ， 2020， 29(4): 108110． [11]陳明強，孫志強，王江順 ， 等 ． 配注過程中聚合物溶液的黏度損失分析 [J]． 西安石油大學學報 ， 2020， 22(3): 6063． [12]謝峰 ， 皇海權(quán) 感謝我的母校西 南石油大學，走出校園之后，我將以身為一個西南石油大學人而自豪，時刻想著回報母校對我的恩情。他嚴以律己、寬以待人的高尚品格、務實求真的工作作風永遠是我學習的榜樣。 經(jīng)過射孔孔眼模型剪切和吳茵攪