紫外分光光度法测定聚合物微球产出液浓度

2023年12月14日发(作者：初冬的诗句)

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紫外分光光度法测定聚合物微球产出液浓度

刘义刚;徐国瑞;鞠野;孙靓靓;张皤;赵文越;张楷雨

【摘 要】聚合物微球是近几年来发展的一种新型调驱剂,为了解其注入效果实验研究了产出液中聚合物微球浓度的检测方法.目前针对聚合物微球溶液浓度的检测分析方法尚少,为了探索一种快速、简便、准确的方法,实验进行了紫外分光光度法对聚合物微球浓度测定的研究.紫外分光光度法是通过测定聚合物微球溶液中聚丙烯酰胺的含量,确定实验的最佳吸收波长和有效浓度测量范围,并根据线性回归方程计算了采出液中微球溶液的浓度.实验表明:最佳吸收波长A=230 nm;纳米球有效浓度测量范围为125 ～ 700 mg/L、核壳球有效浓度测量范围为150～ 800 mg/L;纳米球在砂管中滞留量为46.1％、核壳球在砂管中滞留量为38.68％.与色谱法、淀粉-碘化镉法和浊度法等其他测定聚丙烯酰胺含量的方法相比,紫外分光光度法具有操作简便、分析速度快、对仪器要求低、灵敏度和准确度较高等优点,适合聚合物微球产出液定性和定量的浓度测定.

【期刊名称】《科学技术与工程》

【年(卷),期】2015(015)017

【总页数】5页(P145-149)

【关键词】紫外分光光度法;微球;聚丙烯酰胺;聚合物浓度

【作 者】刘义刚;徐国瑞;鞠野;孙靓靓;张皤;赵文越;张楷雨

【作者单位】中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300452;中海油田服务股份有限公司油田生产研究院,天津300450;中海油田服务股份有限公司油田生产研究院,天津300450;中国石油大学(北京)提高采收率研究院;中石油三次采油重点实验室低渗油田提高采收率应用基础理论研究室;教育部油田开发重点实验室,北京102240;中国石油大学(北京)提高采收率研究院;中石油三次采油重点实验室低渗油田提高采收率应用基础理论研究室;教育部油田开发重点实验室,北京102240;中国石油大学(北京)提高采收率研究院;中石油三次采油重点实验室低渗油田提高采收率应用基础理论研究室;教育部油田开发重点实验室,北京102240;中国石油大学(北京)提高采收率研究院;中石油三次采油重点实验室低渗油田提高采收率应用基础理论研究室;教育部油田开发重点实验室,北京102240

【正文语种】中 文

【中图分类】TE357.45

油田在长期注水开发过程中，由于地下原油黏度较高，地层非均质性严重，导致部分注水开发井组注水效果差，层内及层间矛盾日益突出。为了改善这些地区的注水开发效果，提高注入水波及系数，需要对注水井进行深部调驱。聚合物微球是利用反相微乳液聚合技术合成的一种弹性微球［1，2］，由于其尺寸小、在水中分散性好、易进入地层深部及在油藏温度下遇水膨胀等特点被用于油田深部调驱来扩大注入水波及体积，改善水驱开发效果，是近几年发展的一种新型调驱技术［3，4］。目前已开展了聚合物微球技术的室内研究和矿产先导试验，证明了聚合物微球能有效封堵油田开发中后期形成的大孔道，改变液流方向，提高注入水利用率，能显著改善水驱开发效果［5］。但是随着聚合物微球的注入，为了解其注入效果，就必须研究产出液中聚合物微球的浓度。基于目前尚无明确检测聚合物微球的方法，因此实验采用检测聚合物微球溶液中聚丙烯酰胺浓度的方法来检测聚合物微球的浓度，目前检测聚丙烯酰胺最常用的方法主要有紫外分光光度法、粉-碘化镉法、浊度法、黏度法、荧光分光光度法、沉淀法、超滤浓缩薄膜干燥法、色谱法和发光定氮法。其中淀粉-碘化镉法操作复杂，测量范围窄，对溶液PH有较高要求且精度低［6］;浊度法虽具有较高的准确度和较少的干扰因素，但受HPAM水解度和分子量的影响，且浊度法对测定温度有要求，样品用量大，在测定环境温度较高或较低和样品较少时均不宜采用［7］。黏度法由于测定温度、离子强度、剪切速率、HPAM分子量、水解度和分子量分布的变化均影响HPAM溶液黏度，因此该方法的应用受到限制，一般只用于测定聚合物驱注入液中HPAM浓度，而不适用于测定采出液中HPAM的浓度［7］。荧光分光光度法由于实验反应速度缓慢，因此该方法较费时，实验效率低［8］。沉淀法检测相当费时，且仅在HPAM浓度很高时使用。超滤浓缩薄膜干燥法虽然准确度高且不受试样HPAM分子质量变化及水解度的影响，但样品预处理等需要做一系列繁复的准备工作［9，10］。色谱法和发光定氮法检测精度高，对样品条件要求低，但需要专门的昂贵设备，对分析人员技术水平要求较高，不适合实验中快速检测［11］。较其他方法相比，紫外分光光度法是根据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、测定温度、PH值、溶液黏度等因素对该方法基本无干扰或干扰很小，有较高的准确性和抗干扰性，且紫外分光光度法在检测过程中无无需试剂配制安全、无毒，在检测速度、检测范围及简便程度上具有显著优势，采用紫外分光光度法对聚合物微球产出液浓度进行分析，是一种快速、简便、准确的检测方法［12，13］。

1 实验

1.1 实验原理

由于聚合物微球是由丙烯酰胺、丙烯酸、交联单体反相微乳液共聚形成的预交联聚合物颗粒［14］，因此可根据其产出液中聚丙烯酰胺的浓度建立合适的检测方法。紫外分光光度法基于朗伯-比耳定律可以根据产出液中聚丙烯酰胺上酰胺基特有的、固定的吸收光谱曲线判别和测定该物质的含量，从而得到溶液中聚合物微球的浓度。 1.2 实验仪器与材料

UV-2000型紫外分光光度计;

聚合物微球:纳米球和核壳球(由中海油服提供，有效固含量为25%);

模拟地层水(矿化度为5 863.27 mg/L);

石英比色皿、电磁搅拌器、分析天平和恒温箱等。

1.3 实验方法

(1)测标准溶液的吸收曲线、吸收峰及其对应波长。

用模拟地层水配制纳米球和核壳球水溶液，以模拟地层水为参比，使用紫外分光光度计全波长扫描，绘制吸收曲线并找出波峰对应的吸收波长λ作为实验吸收波长［15］。

(2)绘制聚合物微球标准曲线。

用模拟地层水配制不同浓度的纳米球和核壳球标准水溶液，以模拟地层水为参比，在相同λ及实验条件下分别测其吸光度，以溶液浓度为横坐标、吸光度为纵坐标，画出微球溶液的标准曲线并拟合其所对应的数学方程，得到标准曲线的回归方程、拟合区间、相关系数［13，16］。

(3)检测产出液中聚合物微球浓度。

在相同实验条件下对聚合物微球产出液的吸光度进行测量，对超出标准曲线浓度区间的产出液，适当稀释再进行测量，用已获得的标准曲线方程求出待测溶液中所需测定的聚合物微球的含量。

2 实验结果与讨论

2.1 吸收曲线的测量及吸收波长λ的选择

配制纳米球和核壳球浓度为100 mg/L的标准水溶液，用紫外分光光度计从200～1 000 nm全波长扫描，得出其吸收曲线如下图1、图2所示。由于聚合物微球溶液在210～270 nm间吸光度最好，且230 nm处达到峰值，说明聚丙烯酰胺在230 nm处有强烈吸收，因此实验中选择λ=230 nm作为实验测定的吸收波长。

图1 纳米球吸光曲线Fig.1 Absorbance of Nano-Microspheres

图2 核壳球吸光曲线Fig.2 Absorbance of Core-shell Microspheres

2.2 标准曲线

分别配制纳米球和核壳球不同浓度(62.5～2 000 mg/L)的标准溶液，固定吸收波长为230 nm，在相同的实验条件下分别测得各个浓度所对应的吸光度，以溶液浓度为横坐标、吸光度为纵坐标，画出微球溶液的标准曲线如下图3、图4所示。可知纳米球有效浓度测量范围为125～700 mg/L，微球溶液的浓度与吸光度呈明显的线性关系，R2=0.999;核壳球有效浓度测量范围为150～800 mg/L，微球溶液的浓度与吸光度呈明显的线性关系，R2=0.999。因此，对产出液浓度分析时，需要将其稀释到最佳测量浓度范围内，再进行吸光度测量，以此达到更精确的分析。

2.3 实验检测实例分析

实验检测了聚合物微球注入1 m填砂管后产出液中微球的浓度。其中纳米球溶液注入1 000 mL浓度为2 000 mg/L;核壳球溶液注入1 000 mL浓度为5 000

mg/L。每隔一段时间在出口端采集一次产出液，并用紫外分光光度计测量其吸光度，根据标准曲线的线性回归方程计算出不同吸光度下采出液中聚合物微球的浓度。根据聚合物微球注入体积与产出液浓度关系作图，如图5、图6所示。

图3 纳米球标准曲线Fig.3 Standard curve of Nano-Microspheres

图4 核壳球标准曲线Fig.4 Standard curve of Core-shell Microspheres

图5 纳米球注入体积与产出液浓度关系图Fig.5 Relation curve of Nano-Microspheres between injected PV and concentration in produced fluid

由上图可知，纳米球和核壳球产出液浓度随注入体积的增大而增大，纳米球在1.7

PV时开始急剧升高，核壳球在1.1 PV时开始急剧升高，说明此时聚合物微球溶液开始大量排出。当注入量达到3 PV时曲线趋于平缓且数值偏高，曲线趋于平稳。另根据产液量求得产出液中微球原液含量，最后将每次产出液中微球原液含量累加求和，可知纳米球产出液中累积微球原液量为1.077 9 g，为实际注入微球总量的53.9%，核壳球产出液累积微球原液量为3.066 1 g，为实际注入微球总量的61.32%。通过紫外分光光度法分析聚合物微球溶液产出液可以定量地说明微球通过多孔介质时一部分滞留在了岩心孔隙内形成封堵，一部分通过孔喉运移至岩心出口，并能及时有效地观测和分析聚合物微球产出情况。

图6 核壳球注入体积与产出液浓度关系图Fig.6 Relation curve of Core-shell

Microspheres between injected PV and concentration in produced fluid

3 结论

(1)实验用紫外分光光度法测量聚合物微球的浓度，确定了最佳吸收波长λ=230

nm及纳米球和核壳球的线性回归方程，确定了两种聚合物微球的有效浓度测量范围，纳米球为125～700 mg/L、核壳球为150～800 mg/L。实验中对产出液浓度分析时应注意，若浓度过高需要将其稀释到最佳测量浓度范围内再进行吸光度测量，以达到更精确的分析。

(2)通过紫外分光光度法可对聚合物微球流动性实验产出液浓度进行有效并快速地检测。由测试结果可知纳米球在1.7 PV时、核壳球在1.1 PV时开始大量排出。微球在通过多孔介质时一部分滞留在了岩心孔隙内形成封堵，一部分通过孔喉运移至岩心出口，其中纳米球在砂管中的滞留量为46.1%，核壳球在砂管中的滞留量为38.68%。

(3)紫外分光光度法测量聚合物微球在流动性实验产出液浓度时与其它方法相比其仪器设备和操作都比较简单、费用少、灵敏度、准确度较高，且该方法具有快速、无毒检测范围广等优点，因此能够更简单有效地对聚合物微球溶液产出液浓度变化进行检测。 参考文献

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