紫外分光光度法測定聚合物微球產出液濃度

2023年12月14日發(作者：初冬的詩句)

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紫外分光光度法測定聚合物微球產出液濃度

劉義剛;徐國瑞;鞠野;孫靚靚;張皤;趙文越;張楷雨

【摘 要】聚合物微球是近幾年來發展的一種新型調驅劑,為了解其注入效果實驗研究了產出液中聚合物微球濃度的檢測方法.目前針對聚合物微球溶液濃度的檢測分析方法尚少,為了探索一種快速、簡便、準確的方法,實驗進行了紫外分光光度法對聚合物微球濃度測定的研究.紫外分光光度法是通過測定聚合物微球溶液中聚丙烯酰胺的含量,確定實驗的最佳吸收波長和有效濃度測量范圍,并根據線性回歸方程計算了采出液中微球溶液的濃度.實驗表明:最佳吸收波長A=230 nm;納米球有效濃度測量范圍為125 ～ 700 mg/L、核殼球有效濃度測量范圍為150～ 800 mg/L;納米球在砂管中滯留量為46.1％、核殼球在砂管中滯留量為38.68％.與色譜法、淀粉-碘化鎘法和濁度法等其他測定聚丙烯酰胺含量的方法相比,紫外分光光度法具有操作簡便、分析速度快、對儀器要求低、靈敏度和準確度較高等優點,適合聚合物微球產出液定性和定量的濃度測定.

【期刊名稱】《科學技術與工程》

【年(卷),期】2015(015)017

【總頁數】5頁(P145-149)

【關鍵詞】紫外分光光度法;微球;聚丙烯酰胺;聚合物濃度

【作 者】劉義剛;徐國瑞;鞠野;孫靚靚;張皤;趙文越;張楷雨

【作者單位】中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津300452;中海油田服務股份有限公司油田生產研究院,天津300450;中海油田服務股份有限公司油田生產研究院,天津300450;中國石油大學(北京)提高采收率研究院;中石油三次采油重點實驗室低滲油田提高采收率應用基礎理論研究室;教育部油田開發重點實驗室,北京102240;中國石油大學(北京)提高采收率研究院;中石油三次采油重點實驗室低滲油田提高采收率應用基礎理論研究室;教育部油田開發重點實驗室,北京102240;中國石油大學(北京)提高采收率研究院;中石油三次采油重點實驗室低滲油田提高采收率應用基礎理論研究室;教育部油田開發重點實驗室,北京102240;中國石油大學(北京)提高采收率研究院;中石油三次采油重點實驗室低滲油田提高采收率應用基礎理論研究室;教育部油田開發重點實驗室,北京102240

【正文語種】中 文

【中圖分類】TE357.45

油田在長期注水開發過程中，由于地下原油黏度較高，地層非均質性嚴重，導致部分注水開發井組注水效果差，層內及層間矛盾日益突出。為了改善這些地區的注水開發效果，提高注入水波及系數，需要對注水井進行深部調驅。聚合物微球是利用反相微乳液聚合技術合成的一種彈性微球［1，2］，由于其尺寸小、在水中分散性好、易進入地層深部及在油藏溫度下遇水膨脹等特點被用于油田深部調驅來擴大注入水波及體積，改善水驅開發效果，是近幾年發展的一種新型調驅技術［3，4］。目前已開展了聚合物微球技術的室內研究和礦產先導試驗，證明了聚合物微球能有效封堵油田開發中后期形成的大孔道，改變液流方向，提高注入水利用率，能顯著改善水驅開發效果［5］。但是隨著聚合物微球的注入，為了解其注入效果，就必須研究產出液中聚合物微球的濃度?；谀壳吧袩o明確檢測聚合物微球的方法，因此實驗采用檢測聚合物微球溶液中聚丙烯酰胺濃度的方法來檢測聚合物微球的濃度，目前檢測聚丙烯酰胺最常用的方法主要有紫外分光光度法、粉-碘化鎘法、濁度法、黏度法、熒光分光光度法、沉淀法、超濾濃縮薄膜干燥法、色譜法和發光定氮法。其中淀粉-碘化鎘法操作復雜，測量范圍窄，對溶液PH有較高要求且精度低［6］;濁度法雖具有較高的準確度和較少的干擾因素，但受HPAM水解度和分子量的影響，且濁度法對測定溫度有要求，樣品用量大，在測定環境溫度較高或較低和樣品較少時均不宜采用［7］。黏度法由于測定溫度、離子強度、剪切速率、HPAM分子量、水解度和分子量分布的變化均影響HPAM溶液黏度，因此該方法的應用受到限制，一般只用于測定聚合物驅注入液中HPAM濃度，而不適用于測定采出液中HPAM的濃度［7］。熒光分光光度法由于實驗反應速度緩慢，因此該方法較費時，實驗效率低［8］。沉淀法檢測相當費時，且僅在HPAM濃度很高時使用。超濾濃縮薄膜干燥法雖然準確度高且不受試樣HPAM分子質量變化及水解度的影響，但樣品預處理等需要做一系列繁復的準備工作［9，10］。色譜法和發光定氮法檢測精度高，對樣品條件要求低，但需要專門的昂貴設備，對分析人員技術水平要求較高，不適合實驗中快速檢測［11］。較其他方法相比，紫外分光光度法是根據聚合物微球中聚丙烯酰胺的酰胺基吸光度建立的研究方法，因此水解度、分子量、測定溫度、PH值、溶液黏度等因素對該方法基本無干擾或干擾很小，有較高的準確性和抗干擾性，且紫外分光光度法在檢測過程中無無需試劑配制安全、無毒，在檢測速度、檢測范圍及簡便程度上具有顯著優勢，采用紫外分光光度法對聚合物微球產出液濃度進行分析，是一種快速、簡便、準確的檢測方法［12，13］。

1 實驗

1.1 實驗原理

由于聚合物微球是由丙烯酰胺、丙烯酸、交聯單體反相微乳液共聚形成的預交聯聚合物顆粒［14］，因此可根據其產出液中聚丙烯酰胺的濃度建立合適的檢測方法。紫外分光光度法基于朗伯-比耳定律可以根據產出液中聚丙烯酰胺上酰胺基特有的、固定的吸收光譜曲線判別和測定該物質的含量，從而得到溶液中聚合物微球的濃度。 1.2 實驗儀器與材料

UV-2000型紫外分光光度計;

聚合物微球:納米球和核殼球(由中海油服提供，有效固含量為25%);

模擬地層水(礦化度為5 863.27 mg/L);

石英比色皿、電磁攪拌器、分析天平和恒溫箱等。

1.3 實驗方法

(1)測標準溶液的吸收曲線、吸收峰及其對應波長。

用模擬地層水配制納米球和核殼球水溶液，以模擬地層水為參比，使用紫外分光光度計全波長掃描，繪制吸收曲線并找出波峰對應的吸收波長λ作為實驗吸收波長［15］。

(2)繪制聚合物微球標準曲線。

用模擬地層水配制不同濃度的納米球和核殼球標準水溶液，以模擬地層水為參比，在相同λ及實驗條件下分別測其吸光度，以溶液濃度為橫坐標、吸光度為縱坐標，畫出微球溶液的標準曲線并擬合其所對應的數學方程，得到標準曲線的回歸方程、擬合區間、相關系數［13，16］。

(3)檢測產出液中聚合物微球濃度。

在相同實驗條件下對聚合物微球產出液的吸光度進行測量，對超出標準曲線濃度區間的產出液，適當稀釋再進行測量，用已獲得的標準曲線方程求出待測溶液中所需測定的聚合物微球的含量。

2 實驗結果與討論

2.1 吸收曲線的測量及吸收波長λ的選擇

配制納米球和核殼球濃度為100 mg/L的標準水溶液，用紫外分光光度計從200～1 000 nm全波長掃描，得出其吸收曲線如下圖1、圖2所示。由于聚合物微球溶液在210～270 nm間吸光度最好，且230 nm處達到峰值，說明聚丙烯酰胺在230 nm處有強烈吸收，因此實驗中選擇λ=230 nm作為實驗測定的吸收波長。

圖1 納米球吸光曲線Fig.1 Absorbance of Nano-Microspheres

圖2 核殼球吸光曲線Fig.2 Absorbance of Core-shell Microspheres

2.2 標準曲線

分別配制納米球和核殼球不同濃度(62.5～2 000 mg/L)的標準溶液，固定吸收波長為230 nm，在相同的實驗條件下分別測得各個濃度所對應的吸光度，以溶液濃度為橫坐標、吸光度為縱坐標，畫出微球溶液的標準曲線如下圖3、圖4所示?？芍{米球有效濃度測量范圍為125～700 mg/L，微球溶液的濃度與吸光度呈明顯的線性關系，R2=0.999;核殼球有效濃度測量范圍為150～800 mg/L，微球溶液的濃度與吸光度呈明顯的線性關系，R2=0.999。因此，對產出液濃度分析時，需要將其稀釋到最佳測量濃度范圍內，再進行吸光度測量，以此達到更精確的分析。

2.3 實驗檢測實例分析

實驗檢測了聚合物微球注入1 m填砂管后產出液中微球的濃度。其中納米球溶液注入1 000 mL濃度為2 000 mg/L;核殼球溶液注入1 000 mL濃度為5 000

mg/L。每隔一段時間在出口端采集一次產出液，并用紫外分光光度計測量其吸光度，根據標準曲線的線性回歸方程計算出不同吸光度下采出液中聚合物微球的濃度。根據聚合物微球注入體積與產出液濃度關系作圖，如圖5、圖6所示。

圖3 納米球標準曲線Fig.3 Standard curve of Nano-Microspheres

圖4 核殼球標準曲線Fig.4 Standard curve of Core-shell Microspheres

圖5 納米球注入體積與產出液濃度關系圖Fig.5 Relation curve of Nano-Microspheres between injected PV and concentration in produced fluid

由上圖可知，納米球和核殼球產出液濃度隨注入體積的增大而增大，納米球在1.7

PV時開始急劇升高，核殼球在1.1 PV時開始急劇升高，說明此時聚合物微球溶液開始大量排出。當注入量達到3 PV時曲線趨于平緩且數值偏高，曲線趨于平穩。另根據產液量求得產出液中微球原液含量，最后將每次產出液中微球原液含量累加求和，可知納米球產出液中累積微球原液量為1.077 9 g，為實際注入微球總量的53.9%，核殼球產出液累積微球原液量為3.066 1 g，為實際注入微球總量的61.32%。通過紫外分光光度法分析聚合物微球溶液產出液可以定量地說明微球通過多孔介質時一部分滯留在了巖心孔隙內形成封堵，一部分通過孔喉運移至巖心出口，并能及時有效地觀測和分析聚合物微球產出情況。

圖6 核殼球注入體積與產出液濃度關系圖Fig.6 Relation curve of Core-shell

Microspheres between injected PV and concentration in produced fluid

3 結論

(1)實驗用紫外分光光度法測量聚合物微球的濃度，確定了最佳吸收波長λ=230

nm及納米球和核殼球的線性回歸方程，確定了兩種聚合物微球的有效濃度測量范圍，納米球為125～700 mg/L、核殼球為150～800 mg/L。實驗中對產出液濃度分析時應注意，若濃度過高需要將其稀釋到最佳測量濃度范圍內再進行吸光度測量，以達到更精確的分析。

(2)通過紫外分光光度法可對聚合物微球流動性實驗產出液濃度進行有效并快速地檢測。由測試結果可知納米球在1.7 PV時、核殼球在1.1 PV時開始大量排出。微球在通過多孔介質時一部分滯留在了巖心孔隙內形成封堵，一部分通過孔喉運移至巖心出口，其中納米球在砂管中的滯留量為46.1%，核殼球在砂管中的滯留量為38.68%。

(3)紫外分光光度法測量聚合物微球在流動性實驗產出液濃度時與其它方法相比其儀器設備和操作都比較簡單、費用少、靈敏度、準確度較高，且該方法具有快速、無毒檢測范圍廣等優點，因此能夠更簡單有效地對聚合物微球溶液產出液濃度變化進行檢測。 參考文獻

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