聚合物应用范文（精选12篇）
聚合物应用 第1篇
1 问题的提出
大庆油田某开发区开展聚合物驱以来, 取得了较好的开发效果。但不同区块受油层发育、构造条件以及聚合物本身特性影响, 开采过程中增油倍数、含水降幅以及产液水平存在着较大的差异。主要表现在以下几个方面:
1) 部分井区在水驱空白阶段, 受原井网水驱开发影响, 初含水较高, 油层存在大孔道、注入剖面集中、高渗透层突进现象较为突出。
2) 在注聚过程中, 油层发育较好、剩余油富集、产液能力较强的井区易出现剖面反转现象, 薄差油层、低渗透油层受效程度受到影响[1]。
3) 在后续水驱阶段, 由于水油流度比的再次改变, 高产液高含水等低效循环井层增多, 投入产出比高, 目前五个后续水驱区块采出井产液量大于150 t的井有111口, 占采出井总数的22.5%, 含水大于98%以上的井有85口, 比例达到17.2%, 这部分井均是控液的主要对象。
2 不同开发阶段节能技术应用效果
2.1 水驱空白阶段深度调剖技术
由于油层非均质的特性, 单纯依靠聚合物有限的调剖能力不足以有效调整油层的吸水剖面, 部分井区在注聚过程中存在聚合物沿高渗透层突进、吸水状况变差、聚驱效果差等现象。低浓度 (CDG) 深度调剖、复合离子调剖、预交联体膨颗粒调剖、纳微米微球深度调剖等技术对不同区块、不同注聚阶段、不同井区的整体开发效果起到了至关重要的作用。
以目前应用较广的纳微米微球深度调剖[2]为例, 该技术能够起到降低含水、改善剖面的作用。采油用调剖剂LHW型纳微米微球深度调剖剂在油相中为稳定的水分散颗粒, 微球平均直径为几百纳米至几个微米 (图1) , 基本形态为球形, 具有良好的变形性和特殊的流动特性, 可以进入油藏深部。微球在油藏的流动过程中, 使油藏中的“水窜通道”发生“动态堵塞”, 不断产生液流改向, 调整、扩大驱替剂的波及剖面, 进一步提高原油采收率。2011年5—7月, 在A区块一个6注13采井组开展纳微米微球调剖, 共注入调剖剂41 700 m3, 微球乳液用量190.16 t。
调剖实施后井区开发效果得到改善:一是调剖后注入压力稳步上升, 注入剖面得到改善。2012年2月份, 6口井注入压力12.24 MPa, 与调剖前对比上升1.18 MPa。统计6口注入井吸水剖面资料, 调剖后砂岩和有效吸液厚度比例分别增加了24.4%和13.9%, 其中调剖目的层有效吸液厚度比例为90.6%, 吸液比例51.0%, 吸液强度11.5 m3/ (d·m) , 与调剖前对比分别下降5.2%、30.4%和7.2 m3/ (d·m) ;非调剖目的层有效吸液厚度比例为80.2%, 吸液量比例49.0%, 吸液强度9.4 m3/ (d·m) , 与调剖前对比分别增加28.5%、30.4%和3.4 m3/ (d·m) 。二是调剖井区采出井含水降幅、增油倍数均高于未调剖井区。调剖井区13口采出井, 2012年2月份日产液949 t, 日产油88.7 t, 含水90.65%, 与调剖前对比, 日降液124 t, 日增油29.9 t, 含水下降3.87个百分点, 含水降幅比未调剖井区多下降2.04个百分点。调剖井区目前增油倍数达到1.16, 比未调剖井区高0.38倍。截至2012年3月份, 该井组调剖后累计控液33 450 t, 增油4050 t。
2.2 注聚过程中聚合物交替注入技术
注聚过程中, 既要改善不同油层注入状况, 又要提高聚合物利用率。因此, 进行不同浓度的交替注入, 不但可以进一步探索提高聚驱采收率技术, 还能有效降低聚合物干粉用量, 达到“降本增效”的目的。
2011年4月, 在B区块开展了聚合物驱多段塞交替注入现场试验。高浓度段塞设计注入浓度2015 mg/L, 注入压力由10.24 MPa上升到11.06MPa, 低浓度段塞注入浓度调整至944 mg/L, 注入压力达到11.16 MPa。在相同注入孔隙体积条件下, 交替注入后, 砂岩和有效吸液厚度比例分别达到74.6%和81.5%, 比水驱阶段高17.1和19.5个百分点, 比对比区高4.0和7.1个百分点, 说明高浓度段塞对厚油层起到了调剖作用, 低浓度段塞薄差油层的动用得到改善。试验区阶段见效井比例达到64.8%, 比对比区高10.3个百分点, 采收率多提高1.52个百分点, 产液量降幅高19.7%, 综合含水多下降3.57个百分点。截至2012年3月份, 累计节约干粉223 t, 节约15.6%。
2.3 后续水驱控注控液技术
2.3.1 周期注采技术
区块转入后续水驱后, 高产液、高含水井层增多, 低效无效循环矛盾较为突出。国内外矿场实践表明, 周期注采[3]是中高含水期改善油田开发效果的有效手段之一。该技术通过注入采出井周期性开井、关井, 有目的地调整分流线与主流线关系, 在大井距条件下改变液流方向, 形成新的地下流场, 在控制低效无效注入采出的同时进一步挖掘剩余油。具有投资小、见效快、简单易行的优点, 可以在一定程度上减缓含水上升率, 提高最终水驱采收率[4]。
2009年在后续水驱C区块一个5注12采井组开展了现场试验, 2010年在三个后续水驱区块大规模推广应用, 共实施四个周期, 累计关井1001井次, 其中注入井关井483井次, 采出井关井518井次, 注入井方案提量275井次。截止2010年12月底, 累计控注353.73×104m3, 控液418.82×104t, 控注控液效果显著。
周期注采后含水上升速度减缓, 控液部分含水97.4%。三个区块周期注采结束后, 开井初期含水较高, 为97.03%, 正常生产后含水呈下降趋势。2011年4月份日产液33 029 t, 日产油1043 t, 含水96.84%, 与正常递减水平对比, 日产液量低447 t, 日产油量高93 t, 含水低0.32个百分点。周期注采恢复后, 月均含水上升速度为0.018%, 与周期注采前对比减缓0.015%。
周期注采后吸水层段增加, 剖面得到调整。统计周期注采前后10口注入井吸水剖面资料, 周期注采后吸水层段增加13个, 吸水砂岩、有效厚度分别增加17.7 m和15.1 m, 吸水厚度比例和吸水量比例分别提高9.89%和11.65%。其中Z1和Z2单元吸水有效厚度比例分别增加25%和31.16%, 吸水量比例分别提高2.68和1.52个百分点。
2.3.2 采出井封堵技术
由于区块油层纵向隔层厚度小, 高含水层段上、下隔层均大于1.5 m的采出井较少, 目前的常规工艺不能实现薄隔层封堵。2011年选取了2口高产液、高含水、薄隔层采出井, 采取长胶筒封堵工艺和压电开关封堵工艺进行试验, 初期日降液94 t, 日降油0.9 t, 含水下降0.32个百分点。
以X井压电开关封堵为例 (图2) 。压电开关封堵技术主要是通过控制地面打压时间和两次打压间隔时间的不同, 来控制封堵目的层的开和关, 以达到调整生产层的目的。该技术具有易操作、堵层可控的技术优势。考虑到堵水后产量接替问题, 先将X1层段关闭, 其它层段正常生产, 初期日降液44 t, 日降油0.5 t, 含水下降0.3个百分点。待观察一段时间后可将X1层段压电开关打开, 将X2层段压电开关关闭, 进行交替生产, 通过压力场的变化启动剩余油, 在控液的同时达到周期采油的目的。
2.3.3 注入井停层不停井调整技术
2011年9月初, 在C区块对高含水井区进行注入井方案层间精细调整5口。全井日配注由840 m3调整到680 m3, 减少160 m3。其中限制层Z5停注, 日配注减少380 m3, 加强层由460 m3增加到680m3, 增加220 m3, 加强层注入强度由18.33 m3/m提高到27.09 m3/m, 提高8.76 m3/m。调整后注入压力下降0.7 MPa, 日实注减少114 m3。井区3口中心采出井2011年12月份日产液526 t, 日产油15 t, 含水97.16%, 与调整前对比日降液23 t, 日增油3.2 t, 含水下降0.7个百分点。
2.4 优化方案, 节约干粉用量
2010年以来通过优化方案调整及适时转后续, 累计节约聚合物干粉21 439×104t。其中2013年, 三次采油区块对四个区块进行了注入速度调整, 对部分井区进行了注入浓度调整, 对即将注聚区块科学确定注聚时间以及适时把握转后续时机, 全年节约干粉7053 t。
3 效益评价
2010年以来, 该开发区三采区块实施各类节能技术1882井次, 累计控注1260×104m3, 控液1008×104t, 节约聚合物干粉21 439×104t。在不考虑人工费的情况下, 共节约成本投入42 133万元。
4 几点认识
1) 摸清低效无效循环的根源, 优化方案设计是注控液、稳油控水的重要保证。
2) 在聚合物驱不同开发阶段采取相应的节能技术, 可有效减少低效无效循环, 节约成本投入, 改善开发效果, 具有较好的经济效益和推广应用价值。
3) 对于厚油层内部高含水、高产液层段的封堵技术还有待于进一步研究。
参考文献
[1]葛家理.油气层渗流力学[M].北京:石油工业出版社, 1982:104-114.
[2]王鸣川, 失维耀, 王国峰, 等.纳米聚合物微球在中渗高含水油田的模拟研究[J].西南石油大学学报, 2010, 32 (5) :105-108.
[3]万新德, 高淑明.特高含水期层状砂岩油田周期注采的实践与认识[J].中外能源, 2006 (5) :42-44.
聚合物应用 第2篇
二十世纪九十年代，化纤行业中用来过滤聚脂熔体原料的设备为一种板框式压滤机或立式、卧式过滤器，其过滤方式是熔体原料通过螺杆挤压机的管道进入筒式聚合物熔体过滤机的过滤器组件的过滤筒体内，经过金属过滤芯部件滤出，由出料口管道输出达到过滤的目的。此种设备主要存在着这么几个方面的问题：
1.1.1整机加热后温度不均匀、局部易出现过热点，不利于介质的分解；
1.1.2保温层的结构不合理、热损失严重，加温预热时间过长；
1.1.3在密封结构上有一定的缺陷，存在着泄漏问题；
1.1.4结构单一，只有七芯以下的两室小流量型的，不能满足化纤行业各厂家生产发展的需要。
1.2筒式聚合物熔体过滤机（专利号：91208976・8）的构成及其优点
筒式聚合物熔体过滤机包括，支座体及位于其上的筒体组件及操纵阀体。其特征在于：筒体组件及操纵机构外罩有保温层组件，筒体组件内依次装有热交换器、授液盘、过滤器组件，过滤器组件包括过滤器筒体，其内装有过滤芯，过滤器上端盖通过止口与过滤筒体相连，下端盖通过密封圈与过滤器筒体连成一体，过滤器上端盖加工有入料口，下端盖加工有出料口，过滤室筒体外罩有保温层。
上述所说的保温层组件由薄钢板或不锈钢板焊接成形，内腔里装有玻璃丝棉或硅酸铝岩棉。操纵阀体组件包括阀体、阀杆、连接套杆、密封垫圈、密封圈、螺杆套筒、滚针轴承、手轮支架、手轮、螺帽等组成。
本实用新型筒式聚合物熔体过滤机的优点是：
1.2.1由于采用热管技术和远红外加热技术，加热熔体温度均匀、节能效果好，可控制在295℃-315℃之间任意调解；
1.2.2过滤精度高，可在20μ、25μ、30μ、40μ、60μ等范围内根据需要任选；
1.2.3由于采用独特的工艺和密封结构，因此密封性能良好无泄漏。
1.3筒式聚合物熔体过滤机（实用新型专利号：91208976・8）的一个最佳实施例 因本实用新型可根据用户的具体要求，进行专门的设计，现只介绍一款的具体构成，以供大家参考。一般的筒式聚合物熔体过滤机由以下几部分组成：
1.3.1支座组件：支座组件采用标准槽钢焊接而成，可选用方形及三角形两种形式，底部带有滚轮，便于移动。其作用是用于整机的支撑部件的`安装和其它零部件定位用。
1.3.2筒体组件：支座组件上安装有筒体组件，其作用是用来安装过滤器组件、热交换器组件、连接架组件及操纵阀体组件、授液盘等。筒体组件的作用是把设备的各部分连成一体，筒体组件采用厚钢板卷制，由两块立式连接板焊接成形。
1.3.3热交换器：热交换器位于筒体组件内，用无缝钢管焊接或铝合金铸造成形且外表涂有远红外涂料。
1.3.4授液盘：授液盘位于热交换器内，其作用是用来接收废液保持过滤器组件与热交换器组件及其它部件的清洁，采用薄不锈钢板焊接成形。
1.3.5过滤器组件：授液盘内为过滤器组件，它包括过滤室筒体，上下端盖，下端盖通过过滤芯定位与过滤室筒体相连。在过滤芯定位板与过滤室筒体下端盖之间安装有密封圈，其作用是保证密封良好，无泄漏、流量大。过滤芯安装在滤芯固定板上，用于控制聚酯熔体原料从管道流经过滤器进行切换。
1.3.6操纵阀组件：导向作用的操纵阀组件由阀体、阀杆、连接套杆、密封垫圈、密封圈组件、螺杆套筒、滚针轴承手轮支架、手轮部件、螺帽等组成，阀体采用不锈钢材料制造，在筒体组件及操纵阀体外罩有保温层，采用薄钢板或不锈钢焊接成形。内腔里面装有玻璃丝棉或硅酸铝岩棉，其作用是设备的保温、保持热平衡作用。
整个设备的工作过程是：整机组装后，在生产线中安装定位，操纵手轮，使阀杆部件的通道与过滤器组件管道处于相通的位置，熔体原料通过原料管道或螺杆挤压机的管道在一定的压力作用下，流进过滤器组件内，经过过滤芯滚出，由出料口管道送入计量泵或喷丝箱体管道达到过滤的要求。在运行一定的时间为一个周期后，通过操纵阀体组件、操纵手轮，把阀杆部件拉向第Ⅱ过滤器组件管道相通位置，进行切换接通工作。达到连续过滤生产目的。
聚合物应用 第3篇
关键词：聚合物；采油；工艺；应用；研究
1.聚合物及采油工艺技术的应用及现状
聚合物驱是一种提高采收率的方法，在宏观上，它主要靠增加驱替液粘度，降低驱替液和被驱替液的流度比，从而扩大波及体积；在微观上，聚合物由于其固有的粘弹性，在流动过程中产生对油膜或油滴的拉伸作用，增加了携带力，提高了微观洗油效率。当前油田采油技术发展迅猛，聚合物驱油等技术已成为东部油田实现技术接替稳产的重要手段。我国目前市场上的均聚物种类主要有：聚丙烯酸及其盐、聚马来酸及其盐。
2.聚合物三次采油技术装置
无论注聚还是三元复合驱，注入的关键设备为三部分：聚合物分散装置(包括自控)、注聚泵及流量计量。
注聚泵。生产注聚泵的国内厂家众多，主要有大港总机厂、重庆水泵厂、本溪水泵厂等。据使用效果反映,重庆水泵厂的注聚泵性能较好,聚合物降解率低(1%～3%)。
聚合物分散装置。国内多数油田配套企业能够自行生产,所采用的都是近润湿分散后大罐熟化的办法。
聚合物及水的高压计量。主要采用LDG电磁流量计(大港仪表厂)、L22金属高转子流量计(天津宇光仪表厂研究所)、ZDY型高压磁流量计等装置,以上仪表各自反映良好。
3.聚合物分散溶解装置的主要特点
3.1常用驱油聚合物
如果要确保聚合物溶液不会发生鱼眼、结团及沉降现象，就需要自动控制系统来保证聚合物干粉均匀定量的输送，能够保证聚合物干粉与水完全混合，这样的情况下，内部装置采用合理工艺保证聚合物溶液不会产生化学降解与机械降解。整套装置采用集散式控制系统，自动化程度高，装置的主要电器元件、控制仪表及机泵均引进国外成熟产品，得以充分保证该系列装置在技术上的先进性与可靠性。
3.2聚合物自动跟踪控制的工作状况分析
如果大部分时间搅拌机处于停止状态,也就是说,在分散初溶过程中大部分时间只是靠混合头水粉直接混合,并无搅拌直接输出到熟化罐。目前，分散装置液位控制，在罐满液位时停止进水,进药,中液位时开始启动搅拌机搅拌,在罐低液位时停排液泵,为保持进水,进粉的连续常常设定排液速度略大于进水速度，正常工作时溶解罐液位大部分时间处于中低液位，由于长时间液位在较低状态,溶解罐底部造成自然漩涡,排液泵在吸入时必然吸入部分空气,此时水粉几乎来不及充分混合即被排出,同时,排液泵采用的是单螺杆泵,其定子是橡胶制品,在供液不足吸入空气情况下,定子摩擦力增加,发热加快定子损坏,设备运转振动增强,无功损耗增加。所以对聚合物母液的常规指标危害严重,造成大量干粉浪费,结块和沉积对流程造成堵塞。
3.3工艺改进和装置原理
当前油田采油技术发展迅猛，聚合物驱油等技术已经成为东部油田实现技术接替稳产的重要手段。作为稠油油藏断层相对较多、断块较为复杂、纵向上层数多的特点的辽河油田各区块，针对转蒸汽驱的区块进入开采的中后期，油藏条件变化很大的特点，对不同油层的原油储量、油藏条件精确注汽，必须采用V型内锥流量计和涡街流量计两种计量方式，结合国外的挡板计量方式，重新开发计算公式，设计出能够精确计量单井用汽量的计量器，同时还要吸取国外做法将蒸汽输送管线采用T型分布，降低热量损失，减少了外网管线的长度，可以得到十分明显的效果。
3.4现场应用分析
从辽河油田某区块反馈的数据来进行分析和统计,清阀,清过滤器周期延长为原来2~4倍；同浓度下母液粘度指标提高10%~15%;节电20%左右,减少维修费15万元;直接经济效益30万元/年以上.该系统稳定可靠,寿命10年以上.同时,在相同情况下,可以适当减少熟化时间,从而提高配制站整体输液能力,达到节约电能、环保的良好效果。
3.5工艺改进和推广
由于我国长期以来在环氧化物线性聚合方面的相关技术水平较低，以目前的技术水平完善聚合工艺的道路还很漫长，进一步的工业化将存在相当大的难度。北京化工大学的熊蓉春老师已经在实验室合成了聚环氧琥珀酸，并对其性能进行了测定，让我们看到了发展的曙光。国内对聚合物分散剂中，聚环氧琥珀酸，具有相当好的生物降解性能，且同剂量下的阻垢效果明显优于HEDP和PAA；国内有人提出了在制造环氧琥珀酸方面采用了不同于国外的技术，是采用顺酐与钙离子螯合成钙盐，在环氧化的过程中，以沉淀的形式析出，从而大大提高了环氧化的收率，且易于精制，具有良好的应用前景。
4.聚合物装置的改进趋势和未来发展方向
4.1现在的分散装置,一般是采用电动调节阀稳定上水速度,人工调节给粉量(下粉变频器频率),电动阀价格昂贵,易损坏。
4.2如果根据本文提示,也采用下粉速度及时跟踪上水速度,可以去掉电动调节阀,即保证了聚合物母液浓度配制精度,又节约了投资,减少系统隐患,减小系统维修机率。
5.结论和认识
在石油勘探新增储量十分有限的东部老油田，聚合物驱油技术对于保持油田稳产起到了重要的保障和稳定作用，是稳定东部的一个重要技术力量，但是由于后备储量严重不足、油田产油量逐年递减、特别是井网加密的措施已经对可采储量的提升十分有限，特别是高含水阶段，我们可以采用的措施手段已经越来越少，增油量也已经不能弥补油田递减的速度情况下，对于解决保持原油生产的持续稳产的这一难题，对于辽河油田千万吨产量稳产的任务异常艰巨，需要全体采油、地质、勘探开发人员共同的努力，为老油田的稳产接替和提高采收率展开了广阔的前景。
参考文献
[1]王鸿勋,张琪单 .采油工艺原理[M]石油工业出版社.1989
[2]冈秦麟.论我国的三次采油技术[M] 油气采收率技术.1998.04
新型聚合物泥浆的研制与应用 第4篇
1.1 技术现状
修井泥浆是大修队伍在进行“磨铣”和“打通道”等上修井作业施工的必备之物。以往, 锦州油田作业队在进行“磨铣”和“打通道”现场施工时, 配制泥浆水平有限, 多数采取外购修井泥浆, 其中有卤水泥浆, 水基泥浆。采用这些泥浆进行施工时, 由于与地层不配伍, 经常会发生漏失、卡钻、污染油层等事故;并且这些泥浆价格较高。现在锦州油田处于开发的中后期, “打通道”、“磨铣”等带泥浆作业会逐渐增多, 对泥浆的需求也急剧增加, 急需开发研制自己的泥浆技术。
1.2 聚合物泥浆
聚合物泥浆就是以某些具有絮凝和包被作用的高分子量聚合物为主处理剂的泥浆。其具有以下特点:固相含量低;具有良好的流变性;钻井速度高;稳定井壁的能力较强, 井径比较规则;对油气层的损害小, 有利于发现和保护产层;可防止井漏的发生。
聚合物处理剂的作用机理:桥联与包被作用;絮凝作用;增粘作用;防塌作用。
锦州油田构造上位于辽河断陷盆地西部凹陷西斜坡西南端, 为一复杂断块油田。泥岩和砂岩发育, 地层裂缝发育, 多为垂直缝和高角度缝, 储层渗透率低, 属于中低孔、特低渗油藏。井漏现象在目的层段时有发生, 容易给储层带来固相、液相损害。
我们对聚合物泥浆体系做了评价, 评价结果显示, 该体系能够有效地抑制泥页岩的水化分散膨胀、阻止钻井液滤液的侵入、抗盐抗污染能力强、高温流变性稳定、润滑效果好, 很好的起到了稳定井壁的作用。钻井液体系固相含量低, 对油气层损害小, 有利于保护油气层。
2 处理剂的优选
根据锦州油田的地质特点, 在室内进行了小井眼侧钻泥浆体系的配方研究。首先在室内针对防塌抑制剂和降滤失剂等主要处理剂进行了筛选, 确定了钻井液中所用的抑制剂、降滤失剂、降粘剂和润滑剂。在此基础上, 进行了处理剂的评价, 最后, 确定NH4-HPAN作为降粘剂, CMC作为降滤失剂, 原油作为润滑剂。
3 聚合物泥浆性能评价
3.1 聚合物泥浆体系抑制性评价
由表1结果可知, 清水中岩心线膨胀率2h、24h时分别为12.1%、28.8%, 对于泥浆体系中的岩心, 2h的线膨胀百分率仅为2.3%, 24h的线膨胀百分率仅为8.9%, 可见, 泥浆体系能显著降低泥页岩的水化膨胀量, 具有很强的抑制泥页岩水化膨胀的能力, 能有效地防止泥页岩地层因水化造成的井壁不稳定。
3.2 聚合物泥浆体系抗污染能力评价
评价了聚合物泥浆体系抗可溶盐污染和钻屑污染能力。实验结果表明, 聚合物泥浆体系具有良好的抗可溶盐 (NaCl、CaC12) 和钻屑污染的能力。聚合物泥浆体系, 在130℃高温16h作用下, 抗N a C l达15%、抗CaC12达1.0%、抗钻屑达10%。
3.3 聚合物泥浆体系对储层伤害评价
实验方法:配制不同密度的泥浆
(1) 用模拟水将储层岩心饱和后, 再用模拟水在65℃条件下测其渗透率;
(2) 将泥浆注入中间容器, 并在65℃及2.0MPa的条件下向岩心中注入泥浆, 注入时间为5h;
(3) 将泥浆侵入后的岩心放置于65℃下12.0h;
(4) 取出岩心, 用水冲刷除去在注入端形成的滤饼;
(5) 计算岩心损害前后的渗透率, 并计算岩心渗透率恢复值。计算方法:
式中:R—渗透率恢复值, %;
K1—岩心损害前渗透率, μm2;
K2—岩心损害后渗透率, μm2。
实验结果表名, 不同比重下的钻井液体系对储层的渗透率恢复值均达到了85%以上, 说明该体系有很好的油气层保护效果。
4 现场应用情况
2011年锦采现场主要采用比重为1.15g/cm3, 漏斗粘度为50s性能的泥浆, 钻进过程中, 加入药品维护, 确保性能稳定, 固井前加入重晶石加重泥浆比重, 确保固井质量。全年共计施工10口井, 共计使用泥浆1200方, 消耗成本85万元。
所用配方:淡水+膨润土+纯碱+大钾+NH4-HPAN+铁络盐+NaOH+CMC+润滑剂
现场钻井液维护:
(1) 开窗前用淡水充分洗井, 排掉废液。
(2) 开窗时要保持足够高的粘度和切力, 可加入适量的cmc提粘或在泥浆中土粉含量较高的情况下, 用适量烧碱和纯碱提粘。
(3) 开窗完成后要充分循环洗井, 将铁屑排除干净。
(4) 钻进施工中根据井下实钻情况, 补充高聚物, 提高泥浆的抑制性能。
(5) 跟踪井身轨迹, 在井斜较大处, 加入润滑剂。
(6) 根据井下实际情况, 发现井漏, 及时加入暂堵剂。
(7) 固井前用重晶石加重至要求密度, 保证固井质量。
5 认识及建议
(1) 该泥浆体系与锦州油田地层配伍良好, 可减少井下复杂事故的发生, 保护储层作用较好。
(2) 锦采油区断块复杂, 小断块间地质情况有差异, 不同区块施工时, 要观察和分析工作, 及时调整泥浆性能。
(3) 建议对一些性能较好的剩余泥浆, 进行回收利用。
(4) 基于完善的泥浆基础配方, 建议下一步研究废弃泥浆的固化配方及其它处理方法, 减少泥浆伤人及环境污染事故的发生。
摘要：锦州油田目前处于开发的中后期, 大修换井底, 磨铣施工井越来越多。修井泥浆是大修队伍在进行“磨铣”和“换井底”等上修井作业施工的必备之物。对锦州油田地质情况进行分析后, 我们确定了适合锦州油田侧钻所需的密度为1.15g/cm3, 漏斗粘度为50s的聚合物泥浆配方, 现场应用效果良好。
关键词：新型聚合物泥浆
参考文献
[1]李克向主编.保护油气层钻井完井技术.石油工业出版社, 1993
[2]鄢捷年主编.钻井液工艺学.中国石油大学出版社, 2001
聚合物应用 第5篇
梯度型聚合物光纤中折射率分布的洛仑兹函数模型应用
利用洛仑兹函数对梯度型聚合物光纤(棒)中折射率分布曲线进行模拟, 建立折射率分布的`洛仑兹函数模型. 该模型只需掺杂物的初始浓度、分子体积和聚合温度3个基本参数. 利用该模型对各种高折射率的掺杂物掺杂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制备的梯度型聚合物光纤中的折射率分布进行了预测, 发现掺杂物的折射率比分子体积对折射率梯度的影响更大; 惰性掺杂物中二苯硫(DPS)掺杂效率最高; 共聚掺杂物中苯甲酸乙烯酯(VB)掺杂效率最高.
作 者：储九荣 温序铭 丁文 徐传骧 作者单位：储九荣(西安交通大学电气工程学院,西安,710049;中国科学院西安光学精密机械研究所,西安,710068)温序铭,丁文,徐传骧(西安交通大学电气工程学院,西安,710049)
刊 名：高等学校化学学报 ISTIC SCI PKU英文刊名：CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 年，卷(期)： 24(4) 分类号：O631 关键词：梯度型聚合物光纤 折射率分布 洛仑兹函数聚合物应用 第6篇
【关键词】高分子聚合物;太阳能电池;电解质;应用
顺应经济发展的趋势，各种新型能源层出不穷。太阳能是目前发展较被看好的朝阳能源，太阳能电池是太阳能在能源供应产业中的应用较好的能源利用新方式。但由于科学技术的限制，现阶段我国的太阳能电池的发展面临着一些新问题，需要得到及时高效的解决。
一、高分子聚合物在太阳能电池电解质中应用的简要概述
（一）高分子聚合物简介。高分子聚合物在太阳能电池电解质中的应用主要是以凝胶剂的形式存在。高分子聚合物凝胶剂从表面上看是液体，但实际上是一种固态物质，是一种介于固态和液态之间的准固态物质，无固定形状、无流动性。该物质是一种长链状结构，应用于太阳能电池电解质中时，稳定性较高，不受时间和温度的影响，能有效避免电池受高温易爆炸的缺陷。高分子聚合物在太阳能电池电解质中有两种应用途径，第一种途径是将高分子聚合物凝胶剂注入到呈液态的电池电解质中，以扩大交联面的方式提高电池的导电率和机械制动性能。第二种途径与第一种途径相反，是将高分子聚合物制成膜状物质，而后将电解质注入至膜中，完成高分子聚合物在太阳能电池电解质中存在与制作。高分子聚合物在太阳能电池电解质中的应用，主要是为解决电解质易挥发、封闭困难、电流不稳定的问题。目前在太阳能电池电解质中的应用较广的高分子聚合物有以下几种：聚氧化乙烯（PEO）、聚乙烯吡啶、聚丙烯腈（PAN）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和六氟丙烯的共聚物P（VDF-HFP）等等。
（二）高分子聚合物在太阳能电池电解质中应用的原理。高分子聚合物在太阳能电池电解质中应用的原理以光生载流子理论解释作为多数无机太阳能电池理论基础，以半导体的能带理论为基准，其载流子的产生过程相对较为简单，电池产生的电子主要是通过吸收能量，这种能量主要来源于一种高于禁带宽度的光子，太阳能电池的电流便是来源于这些自由载流子的输运，便能蓄电使用。在生成的过程中，如果在内部建设电场，将更加有利于太阳能电池光生载流子的吸收，电池使用寿命将更久。有机太阳能电池的制作材料主要是由施主材料（P）型和受主材料（N）型所组成，这两种材料都是无极半导体的部分结构，用于制作太阳能电池，能用无机太阳能的理论部分解释有机太阳能电池的物理机理。并且这种材料在太阳光照射下，能将材料中的光生电子提供转移受体，在外界激光态间的电荷转移作用下，给体中的光生电子能与受体之间直接发生转移，受体的光生空穴同样也能快速的转移，即超快的电转过程，完成有效的电阻，实现电池载流子的生成。
二、高分子聚合物在太阳能电池电解质中应用存在问题与解决措施
（一）高分子聚合物在太阳能电池电解质中应用存在问题与原因分析。与传统的液态电解质相比，使用高分子化合物凝胶剂作为太阳能电池电解质的过程中，电池电解质的光电流、光电压及转换效率都低于液态电解质电池，这在一定程度上限制了这种成本低廉且原材料较易获得的新型能源电池的应用与发展。造成这些问题的原因主要有以下几个方面：第一，高分子聚合物凝胶剂掺入太阳能电池电解质之后，使得电解质黏度加强，不利于电解质的流动，电池载流子的生成效率降低，俗称电池的电导率降低。第二，由于传统的电解质都是以液态的形式存在着，高分子聚合物凝胶剂加入到太阳能电池的电解质之后，受电解质液态形式的影响，其黏度降低，逐渐变为液态存在，技术人员为降低该物质的挥发性与不易封闭的问题，在其中添加了数种交联剂和增塑剂。这种添加方式虽然使电解质的形态发生了改变，解决了传统的挥发和流动问题，但是交联剂和增塑剂对电解质中的相互反应造成了一定程度上的阻隔，降低了电池持续放电的稳定性。第三，经过观察发现，高分子聚合物凝胶剂的网状结构使电解质的部分染料分子在释放能量后不能得到及时的还原，影响了电池的持续放电。
（二）解决高分子聚合物太阳能电池电解质存在问题的措施。解决高分子聚合物太阳能电池电解质存在问题的措施可以从两个方面着手，第一方面为改善高分子聚合物凝胶剂的性能，使其能更好地适应太阳能电池电解质的应用与发展。第二方面为寻找新的可替代能源。改善高分子聚合物凝胶剂性能的方式有：依据高分子聚合物凝胶剂在不同状态下的导电性能，将高分子聚合物制作成存在状态不同的形态，满足人们对太阳能电池的不同需要。如可以通过区分太阳能电池的使用范围达到将高分子聚合物制作成不同状态的目的。随着新型能源的普及，太阳能电池在工业和高科技产业中的应用越来越广泛。此外，居民在日常生活中接触到的太阳能的频率也逐渐增多。举个常见的例子，“太阳能热水器”。高分子聚合物太阳能在这些领域的广泛应用使得通过考虑太阳能电池的具体使用用途研究太阳能电池电解质的制作成为了可能。针对寻找新的可替代能源，可以在太阳能电池电解质中添加多种高分子聚合物，降低电解质内部的结晶性，或者用新型的纳米材料用作高分子聚合物的替代能源的材料。
结束语
本文是对高分子聚合物在太阳能电池电解质中应用的探讨，文章通过对高分子聚合物的介绍和高分子聚合物在太阳能电池电解质中应用原理的简析，分析了高分子聚合物在电解质中应用的问题并提出了相应的解决措施。希望本文提出的观点能为我国新型能源的开發做出贡献。
参考文献
[1]周娴，潘华锦，张莉等.高分子聚合物在太阳能电池电解质中的应用[J].现代化工，2010，30（3）
[2]徐康平.高分子聚合物在太阳能电池中的应用探析[J].中国化工贸易，2013，（12）
[3]王惟嘉，杨英，郭学益，田庆华.准固态聚合物电解质在染料敏化太阳能电池中的应用[J].化学通报，2011.
超支化聚合物的研究及应用 第7篇
超支化聚合物结构和树枝状大分子非常相似,树枝状大分子分子结构中只含有末端单元和支化单元。而超支化聚合物不仅含有末端单元,支化单元,还有线形单元,如图1所示。
超支化聚合物一般是用ABX(X≥2)型单体聚合而成的。在原理上,所有可行的聚合方法:缩合、加成、开环等都可以用于超支化聚合物的制备中,溶液聚合是目前报道的最适宜的聚合方法,但本体聚合和固相聚合也有报道[2,3]。
本文由于选择了聚酰胺酯作为后面聚合的单体,而聚酰胺酯的合成包括了酰胺化和酯化反应,所以我们在逐步聚合中选择一种简便的无控制增长的“一步法”。“一步法”指由ABX型单体不加控制一步反应,其优点是合成方法简单,一般无需逐步分离提纯,且聚合物仍可保持树形大分子的许多结构特征和性质。
本文用多种酸酐(丁二酸酐、邻苯二甲酸酐和六氢邻苯二甲酸酐)和二异丙醇胺为主要原料合成了一种超支化聚酯酰胺,并用丙烯酸对端基成功改性,应用在水处理试剂的合成[4]上,可以提高产品的分子量及综合性能。
1 超支化单体的合成
1.1 AB2型单体的合成
称取一定量的二异丙醇胺(DIPA),用氯仿溶解后,置入装有搅拌器、温度计的四口烧瓶中,在一定温度下加入按一定的摩尔比计量的丁二酸酐(SA)、邻苯二甲酸酐(PA)、六氢邻苯二甲酸酐(HHPA),反应约4～5 h,减压蒸出氯仿,得到浅黄色粘稠物,酸值分别为239.0 mgKOH/g(理论酸值240.49 mgKOH/g)、酸值199.0 mgKOH/g(理论酸值199.42 mgKOH/g)和酸值195.02 mgKOH/g(理论酸值195.26 mgKOH/g)。
1.2 超支化聚酰胺酯(HP)的合成
AB2减压蒸出溶剂后,温度升至140～180 ℃之间,间歇减压蒸出生成得水,直到体系的酸值小于20 mgKOH/g,即可得到端基带大量羟基的超支化聚酰胺酯(HP)。
1.3 HP的改性
将一定量的单体HP、催化剂对甲苯磺酸,阻聚剂对苯二酚置于四口烧瓶中,温度升至100～120 ℃之间,然后用甲基丙烯酸改性,直到无水滴产生。
1.4 测试方法[5,6,7]
样品的红外吸收光谱(IR)的测定:红外吸收光谱(IR)测试在FTIR-670型红外光谱仪上进行,样品采用KBr涂膜法得到。
样品的凝胶色谱法(GPC)的测定:凝胶色谱法(GPC)测试用Waters-244型凝胶色谱仪,以四氢呋喃为淋洗溶剂。
酸值的测定方法:准确称取一定量(0.4～0.8 g)的样品溶解在适量的无水乙醇中,以酚酞为指示剂,用标准KOH的乙醇溶液滴定,溶液呈现浅红色,15 s不褪即为终点。酸值的计算:
K=56.1×N×V/G
式中:N——氢氧化钾-乙醇溶液的当量浓度,0.1 mol/mL
V——滴定所需氢氧化钾-乙醇溶液的体积,mL
G——式样质量,g
1.5 结果与讨论
1.5.1 HP的改性[8]
在这步反应中,将HP用甲基丙烯酸端基改性,由于是传统的酯化反应,故加入催化剂对甲苯磺酸可以提高反应的活性,由于甲基丙烯酸含有双键,故需要加入阻聚剂对苯二酚防止交联,但温度过高并且长时间反应也有可能交联,所以温度在100～120 ℃左右最好,反应6～8 h,羟基与甲基丙烯酸的摩尔比为1:(1.1～1.4),过量的甲基丙烯酸减压蒸馏除去。
1.5.2 红外吸收光谱(IR)表征
由三种酸酐合成的样品,AB2单体,超支化聚酰胺酯(HP)及其改性物的红外光谱(IR)如图2～图4所示。
从图2～图4的比较中可以看到:在AB2单体的IR图谱中,1727.01 cm-1、1713.93 cm-1和1729.61 cm-1出现了羧酸中的羰基的伸缩振动峰,1621.31 cm-1、1620.08 cm-1和1622.73 cm-1处出现了酰胺基的吸收峰,752.61 cm-1周围的多重峰为苯环的吸收峰,并没有出现更高波数的酯基的吸收峰,说明合成了含有羧基羟基和酰胺基的AB2单体。
在超支化聚酰胺酯(HP)的IR图谱中,羧基的1727.01 cm-1、1713.93 cm-1和1729.61 cm-1吸收峰消失,同时出现酯基的特征吸收峰1731.58 cm-1、1731.58 cm-1和1730.12 cm-1,说明这步的酯化反应已经成功。
在HP端基改性物的IR图谱和HP的IR图谱比较中,可以看到,1731 cm-1、1731 cm-1和1730 cm-1处的酯基的吸收强度更加增强,并且991.98 cm-1、987.94 cm-1也出现了烯烃的面外弯曲振动峰,所以可以判断单体已经成功改性。
1.5.3 分子量及分子量分布
我们分别对合成的超支化聚酰胺值采用凝胶色谱法来测定它的分子量及分子量分布,凝胶色谱测定条件:Agilent 1100单元泵,示差折光检测器Organic GPC start up kit,300 mm×7.5 mm色谱柱,四氢呋喃为流动相,流速为1.0 mL/min。
图5为DIPA/SA=1.3时的GPC图谱,平均数均分子量为496,多分散指数为1.4672,平均端基数为4.0。
图6为DIPA/PA=1.25时的GPC图谱,平均数均分子量为575.47,多分散指数为1.7867,平均端基数为4.5。
图7为DIPA/HHPA=1.15时的GPC图谱,平均数均分子量为762,多分散指数为2.1824,平均端基数为6。
通过控制单体的加料比可以达到控制分子量的目的,由AB2单体自缩聚合成超支化聚合物的过程中,当体系存在过量二异丙醇胺时,由于它的胺基具有较高的活性,容易与反应体系中的羧基发生反应,从而使聚合物在较低分子量时被封端而失去继续反应的能力。如果体系中二异丙醇胺过量越多。则羧基消耗量越多,体系中存在的低分子量部分较多,平均分子量就相对较小。从峰形来看,呈现多重峰的叠加,这说明在反应体系中存在多个活性中心,具有不同的分子量分布形式。出现这种结果的原因可能是由于体系中过量的二异丙醇胺与羧酸发生反应后,出现不同的活性中心,由于活性中心出现的时间及几率不同,而使分子量呈现几种分布。在整个反应过程中,活性中心是逐渐产生的,首先形成的活性中心在继续与AB2单体发生反应时,由于这时单体的浓度很大,反应的几率大,分子量增长快,在后期形成的活性中心,由于单体已所剩无几,就只能生成分子量较小的分子了。
2 水解马来酸酐-丙烯酸-超支化单体共聚
在涉及水处理的各个领域,如工业循环冷却水、锅炉给水、造纸、石油工业、海水脱盐等,结垢都可能给生产带来严重的后果,降低生产能力,甚至引起停工。由于阻垢剂是一种含醚键、羧基、胺基、磺酸基,膦基、羟基等的聚合物,对多种垢具有一定的阻垢、分散能力和缓蚀性能,利用加阻垢剂进行阻垢处理是众多阻垢方法[9,10]中的相对方便和高效的一种方法。
目前,在众多的阻垢剂中,马来酸酐系列阻垢剂被认为是无毒、污染很小、环境可接受的水处理药剂,我们通过在马来酸酐系列共聚物中添加超支化聚合物单体来提高它的分子量,以此来提高它的综合性能,我们对超支化聚合物(聚酯酰胺)进行末端改性,得到末端含有多双键的单体即超支化多双键单体,并且由于这种超支化多双键单体含有支化结构,导致其比线形同系物的溶解性高,更适宜作为水处理剂的添加剂。
超支化聚合物的溶解性能可以通过支化单元、端基单元等来控制,用丁二酸酐合成的超支化聚酯酰胺有良好的水溶性,用邻苯二甲酸酐为原料合成的超支化聚合物具有疏水性能,而以六氢邻苯二甲酸酐为原料合成的超支化聚合物的溶液性能则介于二者之间,用在水处理试剂中,特别是高分子絮凝剂中,不仅可以提高分子量,还可以提高它的抗温、抗盐、抗剪切性能。不仅在阻垢剂还是絮凝剂上都有很好的应用。因此本实验选用以六氢邻苯二甲酸酐为原料合成的超支化聚合物[11,12,13,14]。
2.1 实验
在装有搅拌器,温度计,回流冷凝管,恒压滴液漏斗的四口烧瓶中加入一定量的马来酸酐和水,二价铁离子催化剂,MA:AA = 1:1 (摩尔比),升温到80～85 ℃,后,间隔滴加甲基丙烯酸与单体混合物和引发剂双氧水。滴加时间控制在2～4 h以内,反应时间2 h,可制得转化率为90%以上的新型阻垢剂。
2.2 结果讨论
2.2.1 IR 图谱
将合成的聚合物样品经过烘干后,采用溴化钾涂膜法测定红外吸收光谱,如图8所示。
从图中可以看到,第三峰区出现了多重峰的重叠,这个峰区主要是羰基的重叠峰,并且和马来酸酐-甲基丙烯酸共聚物的红外图谱和HP端基改性物的IR图谱的比较中可以看到在1636.74 cm-1出现了酯基的伸缩振动峰,1590.94 cm-1出现了酰胺基的伸缩振动峰,说明在三元共聚中,HP单体已经成功的参加了反应。
2.2.2 阻垢性能分析
将试液和空白试液的两锥形瓶浸入(80±1) ℃的恒温水浴中(试液的液面不得高于水浴的液面),恒温放置10 h。冷至室温后用中速定量滤纸干过滤。各移取25.00 mL滤液分别置于250 mL锥形瓶中,加水至约80 mL,加5 mL氢氧化钾溶液和约0.1 g钙-羧酸指示剂。用乙二胺四乙酸二钠标准滴定溶液滴定至溶液由紫红色变为亮蓝色即为终点[3,4]。
阻垢率=(Va-Vo)/(Vb-Vo)×100%
式中:Va——试验后加水处理剂消耗EDTA体积,mL
Vb——实验前测定总钙量时消耗EDTA体积,mL
经过分析,发现当药剂量达到10 mg/L时,阻垢率可以达到98%以上,表明该三元共聚物具有良好的阻垢性能。
3 结 语
本文主要合成了三种端基为羟基的超支化聚酰胺酯,它们分别是以丁二酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、邻苯二甲酸酐和二异丙醇胺聚合得到,并用甲基丙烯酸改性,作为聚合物的一种单体,然后合成了水解马来酸酐-甲基丙烯酸-超支化单体的三元共聚物。并对其进行了阻垢性能的测试,发现三元阻垢剂在药剂用量为10 mg/L时,对碳酸钙的阻垢率达98%以上,具有良好的阻垢性能。
摘要：以二异丙醇胺(DIPA)及酸酐为原料合成了含有一个羧基、两个羟基的AB2型单体,采用AB2型单体自缩聚的方法合成了超支化聚酰胺酯,然后用甲基丙烯酸对超支化聚酰胺酯的端基功能改性。然后将超支化单体与马来酸酐、甲基丙烯酸共聚合成阻垢分散剂。
EVA高性能聚合物应用进展 第8篇
在医药行业, 高性能医疗级EVA是一种快速增长的替代PVC应用的新型材料。增塑剂与焚烧产生二恶英的困扰使PVC不得不最终停止在医疗行业的应用。CELANESE是世界上唯一一家出产医疗级EVA的供应商, 首创EVA在波纹麻醉管的应用, 奠定了其在医疗市场技术领导者的地位。CELANESE对于医疗级EVA设立独立测试机构, 产品具备USP VI级资质, 通过SIO10993认证, 医疗用Ateva® EVA共聚物性能见表1。EVA共聚物在医疗领域主要应用在输血和存储, 全肠外营养, 麻醉应用, 牙科应用, 药品包装, 先进的无菌包装 (BFS) , 医用导管和引流, 伤口护理, 透皮装置, 不育症, 医疗部件等方面。
2 光伏
在太阳能新兴市场, CELANESE出产光伏级的高性能EVA 3325A可用于生产太阳能电池封装膜, 卓越的EVA性能保障了产出的胶膜具备优异的透光率、良好的稳定性、优秀的耐紫外线老化性能和耐湿热老化性能、极低的收缩伸长率。
3 热熔胶
在热熔胶行业, CELANESE可提供从高VA含量 (最高40%) 到低VA (18%) 的全系列选择。 以EVA为主要组分的热熔胶, 由于不用溶剂, 没有环境污染和易燃的危险, 而且适应于高速自动化生产流水线操作, 因此广泛应用于书籍无线装订、包装、家具封边、汽车和家用电器的装配、制鞋、地毯涂层和金属制品上的耐腐涂层。该粘合剂固化时间短, 适于快速自动化生产。因不含水和溶剂, 因此无需干燥, 易于贮存和运输。
CELANESE出产的特殊热熔级牌号3325、4030、2850, 产品性能见表2, 其优质的性能指标可以满足特殊高性能热熔胶的需求。
4 软包装
AT EVA提供优良的密封性能, 可提供出色的光学特性, 用于食品包装、个人护理膜、温室和农用薄膜、镭射膜以及其他广泛应用的工业薄膜。
在中国, 薄膜最主要的用途是在农膜中用作功能性棚膜, 目前主要用进口EVA生产。AT EVA 1807、1811生产的棚膜, 产品性能见表3, 其光透过率高, 保温能力强, 具有非常好的耐老化性能、防雾滴性;在EVA主料中加入光稳定剂, 可制成抗紫外线膜, 作为温室构筑物的被覆材料, 可提高作物产量;在EVA主料中加入放滴剂, 可得到无雾农膜。
5 发泡
新型聚合物保温砂浆的开发与应用 第9篇
保温隔热材料的发展是以建筑节能的发展为背景,随着节能率的提高,对保温隔热材料的要求也越来越高。建筑节能的中心是降低建筑耗能,提高建筑中的能源利用效率。同时,建筑节能需以不影响人们舒适度为前提,即室温冬季不低于18℃,夏季不高于26℃。在各种建筑节能技术中,外墙外保温技术的优越性十分明显,能避免产生建筑热桥、内墙面冬季结露,有利于保护主体结构,极大的减小温度应力对结构的破坏作用,延长结构寿命;便于进行外装饰,可以使建筑物更美观[1,2,3]。聚合物保温砂浆具有较好的抗拉和抗折强度,与传统砂浆相比,聚合物保温砂浆粘结性能和韧性更优[4]。本文研制了一种新型的聚合物保温砂浆,并对其性能进行了优化与测试。
1 试验
1.1 试验原料
(1)普通硅酸盐水泥,焦作千业水泥厂;(2)粉煤灰,焦作李封电厂;(3)膨胀珍珠岩,河南范县豫龙珍珠岩有限公司;(4)聚丙烯短纤维,郑州中天建筑节能有限公司束装单丝,拉伸极限15%,抗拉强度大于276 MPa,弹性模量3793 MPa,自分散性和抗酸碱性好,熔点168℃;(5)可再分散乳胶粉,北京国豪化工机械有限公司;(6)纤维素醚,郑州中天建筑节能有限公司。
根据组成材料在复合材料中所起的作用可将其分成以下4部分:保温骨料以膨胀珍珠岩为主;弹性加强纤维以聚丙烯短纤维为主;胶结组分以水泥、粉煤灰为主;改性组分是各种外加剂。其中保温骨料是决定材料保温隔热性能的主导因素,胶结组分则决定着材料的整合性和强度(抗压、抗拉及粘结强度)等性能,纤维组分赋予材料一定的弹性。
1.2 试验设备
(1)YAW-300C电液式水泥抗压抗折试验机,济南中创工业测试系统有限公司;(2)KZJ-5型电动抗折试验机,北京中交工程仪器研究所;(3)混凝土搅拌控制器,北京五洲世通机械控制设备有限公司;(4)40 mm×40 mm×160 mm钢质试模;(5)FA/JA系列电子天平,上海方瑞仪器有限公司;(6)JW-1型墙体及玻璃制品保温性能检测装置;(7)Z7JL-76型温度与热流巡回自动检测仪,西化仪(北京)科技有限公司。
1.3 试件制备
(1)干粉砂浆的制备。将膨胀珍珠岩跟水泥混合搅拌后,添加改性剂如聚丙烯短纤维、可再分散乳胶粉、纤维素醚等进行干混,干混均匀得到干粉砂浆。
(2)测试试件的制备。干粉砂浆跟水进行搅拌得到拌合物,将拌合物一次注满试模并略高于其上表面,用捣棒均匀由外向里按螺旋方向轻轻的捣25次,确保不破坏保温骨料。为了防止可能留下孔洞,用油灰刀沿模壁捣数次,直到插捣棒留下的孔洞消失,最后将高出部分拌合物沿试模顶面削去抹平。试件制备后用聚乙烯薄膜覆盖,在20℃下静置48 h左右,拆模后置于自然环境下,即制得待测试件。
1.4 测试方法
1.4.1 干制品质量
将保温砂浆制成40 mm×40 mm×160 mm的试件,自然养护2 d后脱模,放入电干燥箱内,温度控制在100℃左右,烘干直到恒重;然后,称量试件自然条件下的质量,烘干至恒重后移至自然养护室冷却至室温。恒重的判据为恒温3 h,2次称量试件质量的变化率小于0.2%;称量烘干后的试样质量G。
1.4.2 抗折强度
将40 mm×40 mm×160 mm试件的1个侧面放于抗折实验机支撑方柱上,试件长轴垂直支撑于方柱,然后匀速将负载垂直加在棱柱体相对侧面上,直至折断,并按式(1)进行计算。
式中:R——抗折强度,MPa;
F——折断时施加于棱柱体中部的荷载,N;
L——支撑方柱之间距离,mm;
b———棱柱体正方形截面边长,mm。
1.4.3 抗压强度
将40 mm×40 mm×160 mm试件置于干燥箱中,缓慢升温至110℃,烘干至恒重。然后将试样转移至干燥器冷却室温。在试样受压面距棱边1 mm处长度和宽度,在厚度的2个对应面的中部测量试件的厚度,测量结果取2个测量值的平均值,精确至1 mm。将试件置于压力试验机的承压板上,使压力试验机承压板中心与试件中心重合。开动试验机,当上压板与试件接近时,调整球座,使试样与受压面与承压板均匀接触,以(2400±200)N/s的加载速度对试件加载荷,直至试样破坏,计算试样的抗压强度。
1.4.4 导热系数
双平板法是稳定测量法的一种,适用于导热系数为0.01～1.00 W/(m·K)的测定,相对误差控制在4%以内,重复性误差一般小于1%,温度范围很广,适用于测量各种绝热材料及非良导热材料。结构原理:在热板与冷板之间放置试样,热箱内装有若干组加热器,均热板在密封良好的情况下,当主加热器的热量不能沿加热环板方向传入或传出的时候,只能沿试样方向导出。随着时间的不断延长,热面温度和冷面温度不再随时间变化时,此状况为一维导热状态。根据傅里叶定律求得材料在t=(t1+t2)/2温度(t1、t2分别为墙内、外温度)时的导热系数:
式中:λ———材料的导热系数,W/(m·K);
δ———试样的厚度,m;
A———试样的受压面积,m2;
IU———主加热器的功率,W。
2 结果与讨论
2.1 膨胀珍珠岩对保温砂浆导热系数和抗压强度的影响
膨胀珍珠岩为多孔的轻质材料,导热系数较低,膨胀珍珠岩用量可直接决定导热系数的大小。图1为膨胀珍珠岩用量对保温砂浆导热系数的影响。
从图1可看出,保温砂浆导热系数随膨胀珍珠岩用量的增加而减小。主要是因为膨胀珍珠岩导热系数较低,膨胀珍珠岩用量越大,导热系数也越小。此外组成相同的材料,干制品质量与孔隙率有很大的关系,也间接反映出了其孔隙率的大小。
图2为膨胀珍珠岩用量对保温砂浆抗压、抗折强度的影响。
从图2可看出,保温砂浆抗折、抗压强度随膨胀珍珠岩用量的增加,在一定范围内有一定程度的增长,当用量达32%时抗折、抗压强度均达到了最佳状态,用量再增加则抗折、抗压强度又降低。随保温砂浆中起充填和粘结作用的胶凝材料含量相对减少,材料体内的“骨架作用”减弱,复合保温材料的抗压强度变小。通过增加膨胀珍珠的用量使聚合物保温砂浆导热系数降低的同时也会导致抗压强度的降低。又因为在这个值时导热系数也较低,所以确定膨胀珍珠岩的用量为32%。
2.2 纤维素醚对保水性的影响
砂浆保水性差,容易产生离析,涂抹在保温墙体表面时,由于保温墙体的吸水率高,会发生严重失水现象,不但影响砂浆的正常硬化,而且会影响砂浆与墙面的粘结程度,导致墙面开裂、脱落[4]。在砂浆中加入纤维素醚主要起到保水缓凝作用。纤维素醚用量对保温砂浆保水率的影响见图3。
从图3可以看出,纤维素醚可以提高保温砂浆的保水率,主要是由于纤维素醚的亲水胶体特性和所形成聚合物膜的封闭作用。当纤维素醚用量为1.4%时,保温砂浆的保水率达到99%;在纤维素醚用量为1.7%时,其保水性能稳定,保水效果最佳。
2.3 水泥用量对保温砂浆抗压强度的影响
实验表明,水泥用量(水泥/水泥粉煤灰总量)对干制品密度影响并不大,因而也基本不影响导热系数的变化。水泥作为保温砂浆的胶凝材料,其本身的水化反应程度直接关系到保温砂浆干制品的强度。所以保温砂浆的抗压强度指标主要通过调整水泥的用量来控制(见图4)。
从图4可以看出,随着水泥用量的增加,保温砂浆强度呈线性增加。通过水泥用量的调节,可以作为控制聚合物保温砂浆强度的一个主要因素。聚合物保温砂浆中通过增加膨胀珍珠岩用量达到了降低导热系数的目的,但抗压强度也会随着降低。通过增加水泥用量在一定程度上实现对抗压强度的调整。粉煤灰中含有大量的玻璃微珠,增加了混凝土的和易性和保水性,改善泌水性和离析性,粉煤灰还能减少水化热,热膨胀值低,可避免聚合物保温砂浆由于收缩引起的干裂缝。粉煤灰的减少可能造成砂浆抗裂性等性能下降,可以通过添加聚合物添加剂进行改善。
2.4 配方的确定
通过对聚合物保温砂浆各个组分用量的研究分析,基于对低导热系数的要求,增加膨胀珍珠岩来降低导热系数,也会导致抗压强度的降低;抗压强度降低通过提高水泥含量(水泥/水泥粉煤灰总量)得到补偿,同时也会因此对压折比和抗裂性能产生影响,通过可再分散乳胶粉与聚丙烯短纤维用量调节压折比,提高抗裂性能;纤维素醚的合理用量可保证砂浆的保水性能。通过试验确定聚合物保温砂浆的配方为:水泥粉煤灰总量68%[其中m(水泥)∶m(粉煤灰)=60∶100],膨胀珍珠岩32%,可再分散乳胶粉1.5%,聚丙烯短纤维(体积含量)0.8%,纤维素醚1.7%。
2.5 应用试验
对新配方进行了初步的应用试验,聚合物保温砂浆建筑节能试验体系如图5所示
试用结果表明,所开发的聚合物保温砂浆的导热系数为0.0912 W/(m·K),符合应用要求;抗压强度达1.98 MPa、压折比为2.21,抗裂性能显著改善,具有良好的和易性和保水性能。该聚合物保温砂浆的特点是热工性能好、密度小、施工方便、工程造价低。相对于聚苯板材料和聚苯颗粒砂浆,不存在白色污染、消防隐患和易老化的问题,是一种应用前景较广的保温技术。
摘要：研究了膨胀珍珠岩、水泥用量、可再分散乳胶粉、聚丙烯短纤维和纤维素醚对聚合物保温砂浆性能的影响,结果表明,导热系数随膨胀珍珠岩用量的增加而降低;抗折、抗压强度随膨胀珍珠岩用量的增加在一定范围内先提高后下降,膨胀珍珠岩的最佳用量为32%;膨胀珍珠岩用量对干表观密度的影响比水泥的大,说明膨胀珍珠岩对砂浆密度的影响占主要作用;随着纤维素醚用量的增加,保水率增大,可调整纤维素醚的用量使砂浆获得良好的保水性。所获得的新型聚合物保温砂浆的导热系数为0.0912 W(/m.K),抗压强度达1.98 MPa,压折比为2.21。
关键词：保温砂浆,膨胀珍珠岩,聚丙烯纤维,性能优化
参考文献
[1]JGJ 75—2003,夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准[S].
[2]北京土木建筑学会.建筑节能工程设计手册[M].北京:经济科学出版社,2005.
[3]JGJ134—2001,夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S].
聚合物内养护材料中试及其应用研究 第10篇
关键词：混凝土内养护,聚合物,中试,示范应用
前言
养护是指为保证新拌混凝土持续水化并发挥潜在性能所采取的维持湿度与温度条件的一种策略[1]。建筑从业者很早就认识到, 充分养护是获得耐久混凝土和可靠结构的前提条件, 也是满足混凝土在大多数环境或常见使用条件下发挥最佳性能最重要、最廉价的手段之一。高强/高性能混凝土因水胶比低、胶材用量大、过量使用超细矿物掺合料等, 而普遍存在早期开裂问题。内养护 (Internal curing或Self-curing) 技术[2]是目前高强/高性能混凝土抗裂防裂研究的热点, 其能够通过“预先内置的方法适时释放水分”, 显著增强混凝土内部相对湿度, 使自干燥最小化、水泥水化最大化, 从而成为一种极具潜力的抑制高强/高性能混凝土早期开裂[3]的前沿技术。
适用内养护材料是混凝土内养护技术的关键。已有内养护材料常见的为轻集料和高吸水树脂两大类。轻集料 (LWA) 由于吸水率低、降低弹性模量、降低强度等问题尚未成为理想的内养护材料。聚合物内养护材料如高吸水树脂 (SAP) 具有几百甚至上千倍吸水能力, 使用极少量即可显著增加混凝土内部相对湿度改善自干燥现象, 是一类应用前景广阔的内养护材料。现有聚合物内养护材料有离子型和非离子型两类, 前者如聚丙烯酸钠[4], 后者如聚丙烯酰胺[5]、聚丙烯酸酯[6]、淀粉改性醚[7,8]。离子型聚合物吸水倍率高, 但因“同离子效应”, 聚合物凝胶不可控失水, 影响混凝土工作性和强度;非离子型聚合物吸水倍率相对偏低, 后期内养护效果欠佳。综合来看, 现有单一离子型聚合物难以满足在混凝土的复杂碱性环境 (高p H、复杂离子、多离子价态) 下的高吸水-稳定储水-可控释水的性能需求, 亟需开发具有特定组成和特定结构的新型聚合物内养护材料。
近五年来, 本研究小组开展了四方面工作:1) 进行了聚合物内养护材料 (ICA) 的设计和实验室小试研究;2) 探讨了ICA对高强/高性能混凝土体积稳定性等的影响规律;3) 进行了ICA合成中试研究;4) 进行了ICA在典型高强/高性能混凝土的示范应用。本文概要介绍后两部分工作。
1 聚合物内养护材料中试合成研究
1.1 试验方法
1.1.1原料及设备
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 (AMPS) 、丙烯酰胺 (AM) 、N, N-亚甲基双丙烯酰胺、木薯淀粉、水玻璃、Na OH, 均为工业级;硝酸铈铵、过硫酸铵, 均为化工级;市售农用保水剂;去离子水;聚合釜;微波干燥装置;试验小磨;空压增压泵;旋转粘度计。
1.1.2工艺流程
采用水溶液聚合法合成内养护材料, 合成工艺流程见图1所示。
1.1.3性能检测方法
按照企业标准Q/PLJ 001-2011《混凝土内养护剂》[9]对内养护材料进行了外观、含水率、吸水-储水-释水性能测定。采用茶袋法 (Tea-bag法) 测定吸去离子水率, 采用合成孔溶液浸泡法测定保水率, 采用真空负压法测定释水率, 结果如表1。采用旋转粘度法测定中试产品粘度。
1.2 结果与讨论
1.2.1中试产品性能指标
在江西萍乡联友建材有限公司进行了10余批次200L中试合成试验, 通过得到了质量稳定的中试产品。由表可知, 内养护材料释水、细度等总体达到标准要求。因目前国内国际尚无同类内养护材料, 本文选用以聚丙烯酸钠为主要成分的市售农用保水剂作为对比。对比发现, 所得内养护材料吸去离子水虽稍低于保水剂, 但其吸去离子水倍率/吸合成孔溶液倍率比值 (反映与碱性环境适应性, 比值越低适应性越好) 而言, 中试产品仅为3.08, 市售农用保水剂为9.46, 表明所得内养护材料比现有农用保水剂更适用于混凝土。另外, 保水率与释水率也比聚丙烯酸钠保水剂分别提高了20.1%和16.9%。
1.2.2工艺讨论
小试中提出的“糊化—引发—接枝共聚—复合交联”工艺路线在中试时得到了再次确定, 各试验均采用此工艺, 且都基本顺利进行。
(1) 操作方法确定
中试阶段物料出入都是百公斤级, 工业化生产时甚至以吨计, 待处理物料量比实验室阶段显著增加, 必须确定其操作方法。中试过程中主要考虑有:计量、进出料、转运及包装等。计量方面, 依据原料处理量和流动速率大小选择相应计量设备, 下料要求匀速、连续、平稳、准确, 本次中试生产过程中, 主要采用计量泵实现定量投料。物料状态方面, 因采用水溶液法, 所有原料均需溶解, 中试的原料均溶解成液体。由于引发剂易潮解, 原料必须现取现配;其中由于单体量较大, 在溶解过程需不断搅拌, 使其充分溶解。
(2) 卸料速度控制
中试合成后物料依靠自重实现从反应釜中自动下料, 其优势在于, 无需额外动力、便于计量;其不足之处在于, 卸料口狭窄, 卸料慢。实践发现, 中试物料卸料速度与凝胶粘度有直接关系, 凝胶粘度越大, 卸料越慢, 生产效率也越低, 后处理难度越大。提高卸料速度的方法在于降低粘度。为了确定合适的卸料速度, 考察了不同稀释水量对凝胶粘度的影响, 实验中稀释水量 (相对于粗产物质量的倍数) 分别取1~3倍, 所得凝胶粘度和稀释水量之间关系如表2。
可以看出, 随着稀释水量用量增加, 粘度显著下降, 反应釜卸料时间相应缩短。稀释水量为1倍时, 凝胶均可自动下料。如果仅考虑生产效率而不考虑长距离运输带来的成本问题, 3倍甚至更高倍数稀释是合理的。综合考虑, 1倍稀释水量是合理的, 此时可以达到产品技术性能、现场操作和经济性三者之间的平衡。
(3) 产品形态优化
内养护材料产品的形态有凝胶状和粉末状两种, 粉末状产品由凝胶状产品烘干而得。中试过程中, 内养护材料设计固含量仅为5%~10%, 完全烘干后终水分4%~8%, 产品得率仅为9%~18%, 产量极低。如果以粉末作为产品最终形态, 大规模工业化生产必须要配套包括烘干、造粒、粉磨等工艺环节和相应设备, 势必增加厂房建设和投资成本。另外, 生产表明, 由于内养护材料设计固含量低, 合成和烘干过程中伴随着大量水分进出, 按终水分4%~8%计, 有82%~91%的水分需要脱出, 蒸发能耗极大。从商品混凝土流态化施工的普遍要求、简化生产工艺、降低烘干导致的巨大成本三方面出发, 本文建议以凝胶状作为内养护材料工业化生产规模的终产品形态。
1.2.3设备讨论
(1) 设备材质选择
从物料性质和反应原理出发对合成设备的材质进行了调研, 重点是考察所用酸碱性原料对设备的接触腐蚀问题。联友公司现有0.2m3反应釜为不锈钢内胆, 对此, 课题组在中试放大前进行了质量比10%的AMPS溶液和10%的烧碱溶液腐蚀试验, 试验发现没有腐蚀现象。
(2) 搅拌器型式选择
相当部分化学合成反应是非均相反应, 反应热效应较大。在小试研究中由于物料体积较小, 搅拌效率高, 传热、传质问题表现不明显。中试放大时, 由于搅拌效率的限制, 传热、传质问题暴露出来。因此, 中试放大时必须根据物料性质和反应特点优选搅拌器的型式, 考查搅拌速度对反应的影响规律, 特别是在选择合乎反应要求的搅拌器型式和适宜的搅拌转速。中试选用框式搅拌器, 试验表明所用搅拌器基本满足工艺需求。
2 聚合物内养护材料示范应用研究
2.1 示范工程之一—江西新余中能
2.1.1工程简介
示范工程为江西新余中能商混公司员工宿舍楼楼顶屋面工程。该宿舍楼设三层, 砖混结构, 总建筑面积约4000m2。根据设计要求, 楼顶屋面采用C25等级掺内养护材料混凝土, 浇筑工程量约100m3, 设计要求混凝土7d以前不能出现裂缝。
2.1.2原材料及配合比
红狮P.O42.5水泥;新余电厂Ⅱ级粉煤灰;新余南方S95级矿粉, 比表452m2/kg, 活性指数98%;江西联友AD减水剂;新余河砂, 模数2.5;碎石, 5mm~31.5mm连续级配, 压碎值10.0%;江西联友内养护材料 (ICA) , 使用前经饱水成凝胶, 配合比见表3。
2.1.3施工质量控制
施工当天为多云天气, 15-21℃, 风力2-3级, C25混凝土, 坍落度要求180mm~220mm, 泵送施工, 施工时间为2012年8月4日。
图2为掺内养护材料混凝土浇筑现场图, 工作性及强度结果见表4。混凝土一次浇筑成功, 现场检测初始坍落度为210mm, 扩展度540mm, 2h坍落度和扩展度损失仅分别为20mm和120mm, 泵送性能优良, 满足现场施工要求, 混凝土质量优良。施工7d内未采取洒水、覆盖等其他养护措施。
2.1.4应用效果
掺内养护材料混凝土7d以前表面无开裂现象。强度达到设计要求, 抽样的20组混凝土试件28d平均强度为26.5MPa。其在28d~90d内养护混凝土强度还在加速增长, 60d、90d分别达到32.6MPa、35.5MPa (详见表4) , 说明内养护材料有助于增强后期强度。
采用内养护技术省却了外部浇水养护过程, 简化了施工工艺, 提高了混凝土的早期抗裂性, 业主、设计和监理对掺内养护材料混凝土的施工质量和内养护材料材料性能给予了高度评价。
2.2 示范工程之二—江西井冈山风景管理局污水处理厂
2.2.1工程简介
示范工程为江西省井冈山风景管理局污水处理厂生化池剪力墙。该剪力墙设计尺寸为20m×50m×0.85m, 浇筑方量约1000m3, 采用C30P8混凝土, 设计要求7d以前不能出现裂缝。
2.2.2原材料及配合比
井冈山泉涌水泥;吉安华能电厂Ⅱ级粉煤灰;新余南方S95级矿粉, 比表465m2/kg, 活性指数98%;吉安美玲减水剂;泰和河砂, 模数2.7;碎石5mm~31.5mm连续级配, 压碎值10.2%;江西联友内养护材料 (ICA) , 使用前经饱水成凝胶, 配合比见表5。
2.2.3施工现场质量控制
施工当天为多云天气, 15℃~21℃, 风力2-3级, C30P8混凝土, 坍落度要求150mm~190mm, 泵送施工, 施工时间为2013年10月18日。
图3为掺内养护材料混凝土浇筑现场图, 工作性及强度结果见表6。混凝土一次浇筑成功, 现场检测初始坍落度为190mm, 扩展度500mm, 2h坍落度和扩展度分别损失30mm和100mm, 泵送良好, 满足现场施工要求。施工7d内未洒水、覆盖。
2.2.4应用效果
掺内养护材料混凝土7d以前表面无开裂现象。强度达到设计要求, 20组试件抽样检测表明, 混凝土试件28d平均强度为34.5MPa。其在28d~90d内养护混凝土强度还在加速增长, 60d、90d分别达到40.6MPa、43.5MPa, 说明内养护材料有助于增强混凝土后期强度。
由于掺用内养护材料, 取消了外部浇水养护, 不仅简化了施工工艺, 还提高了混凝土的早期抗裂性和后期强度增进率, 用户反映良好。
结论
(1) 通过前期调研和中试放大试验, 确定了水溶液法合成混凝土内养护材料的工艺路线, 探索了内养护材料生产的工程化实施方法。
(2) 开展了多批次0.2m3内养护材料中试放大合成试验, 制备了符合标准、质量稳定的内养护材料。
(3) 中试合成反应的反应温度、反应时间、搅拌速度、p H调控, 均参照小试进行, 合成过程总体正常, 工艺上已打通。但由于设计固含量偏低, 产品得率较低, 生产过程伴随极大量水分进出, 能耗极大。下一步应以得率为目标, 着重提高反应液固含量, 优化配比改善合成反应条件, 高效、低能耗合成内养护材料。
(4) 中试产品示范应用中效果良好, 提高了混凝土的早期抗裂性, 能够有效的增强混凝土后期强度。
(5) 中试为10t级生产线的设备选型和工艺设计提供了基础数据, 为下一步工业化生产奠定了坚实基础。
参考文献
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[2]万广培, 李化建, 黄佳木.混凝土内养护技术研究进展[J].混凝土, 2012 (7) :51-54.
[3]陈德鹏, 钱春香, 高桂波, 赵洪凯.高吸水树脂对混凝土收缩开裂的改善作用及其机理[J].功能材料, 2007, 38 (3) :475-478.
[4]Jensen O M, Hansen P F.Water-entrained cement-based materialsⅡ:Experimental observations[J].Cement and Concrete Research, 2002, 32 (6) :973-978.
[5]Siriwatwechakul W, Siramanont J, Vichit-Vadakan W.Superabsorbent polymer structures[R].International RILEM Conference on Use of Superabsorbent Polymers and Other New Additives in Concrete, 2010:253-262.
[6]詹炳根, 丁以兵.掺聚丙烯酸酯类SAP低水灰比水泥浆水化研究[J].建筑材料学报, 2007, 10 (2) :148-153.
[7]赵利化, 黄海燕, 韩强.一种混凝土内养护剂、其制备方法及使用方法:中国, 201010183987.7[P].2011-11-02.
[8]王立华, 陈捷, 段毅凡.水泥保水剂:中国, 200510042047.5[P].2006-05-22.
元素化合物中“微粒”教学的应用 第11篇
【关键词】元素化合物教学 微粒观 化学微观思维
在“元素化合物”的教学中，教师应充分挖掘具体知识之深刻内涵，确定有关教学内容中蕴含着的能够帮助学生透彻认识物质和变化规律的微粒观，进而确定学生从宏观和微观两方面去认识物质和变化的思维方式，增强学生对化学学科特征与本质规律之认识。
1初中课程标准中化学微观知识与元素化合物教学内容的分析
元素化合物知识被主要安排于“身边的化学物质”这一主题中，包括了“水与常见的溶液”“我们周围的空气”“金属与金属矿物”与“生活中的常见化合物”共四个二级主题。这些物质性质及其变化规律和它们的微粒性关系密切，通过引导学生于分子等微粒基础上运用比较和归纳、推理等思维方法来学习与研究，能加深认识不同化学物质间的区别与联系，进而促进学生深刻理解化学的微观知识。
2立足微粒认识的初中元素化合物教学实践
2.1引导学生认识微观粒子与宏观物质的联系，初步建立化学微粒观
首先，用典型的生活现象、化学史实、科学技术成就和探究实验等，使学生认识到物质的确是由看不见的微粒构成，从而初步建立原子与分子的概念；然后，运用一些具体实例，引导学生认识物质的性质和变化与其构成微粒之联系。最后，借助一些简单微粒模型，让学生感悟和体验到化学变化中分子可分但原子不能再分之过程，从而初步认识化学变化之本质。让学生在微粒水平上认识物质结构、性质及其变化规律，从而初步建立化学微粒观。
2.2引导学生了解利用微粒观研究物质的方法，形成化学微观思维
初中生在建立必备的化学微观知识之后，还需经过以微粒观为指导，运用理论的演绎分析与事实的实验验证来分析问题，这样，才能逐步形成化学微观思维与在微粒水平上研究物质之学习方法。
2.3引导学生运用微粒观理解物质的性质，形成化学知识系统
物质的结构决定了其性质，化学微粒应当成为解释与预测宏观物质变化之工具。学生利用比较不同物质构成，找出它们在结构上的共同点，借助于化学微观思维做认知迁移，能够快速搞清各类物质的联系和区别，从而提高学习效率。
3立足微粒认识的元素化合物教学策略
3.1深入挖掘元素化合物知识的微观内涵
教材上所呈现的一般是具体知识，而包含基本观念的过程与方法通常是内隐的。只有先对元素化合物知识内容做深入分析，充分挖掘微观内涵，才能于教学上有的放矢，引导学生立足微粒认识去学习元素化合物的知识。在思想方法层面，要挖掘从微观角度去认识物质性质和变化的微观思维方式，并让其转化为学生分析问题与解决问题之思想方法。
3.2突出运用化学微粒观念学习和研究物质的方法
微粒观的构建意义，就是当学生面对某具体物质时，能对其构成微粒进行分析，并依据这些微粒特点及其和其他微粒之相互作用从而预测该物质之性质与变化，进行生成性学习。具体教学中，教师应突出化学学科之思维方式，引领学生从微观视角分析与解释物质之宏观变化，把观察物质宏观变化与想象微观结构紧密结合，深刻理解和认识物质及其变化之本质规律。要引导学生从物质构成的异同，来进行物质的分类；从构成物质的微粒特点，来推测物质性质与相关变化现象，从而形成通过化学微粒观念和对相关化学微粒之认识来学习与研究物质的思路。一旦学生形成了通过化学微粒观念去学习研究物质之方法思路，就能够促进对于元素化合物知识之理解。即使在以后把相关具体知识忘了，也能运用这种方法思路很快使知识重现出来。
3.3注重运用实验进行验证
立足微粒认识进行化学教学，应当引导学生自觉从微粒角度对物质进行分类，探讨物质结构特点，从而利用对比、迁移进而认识其他同类物质性质。然而形成的新认识正确与否，还需要利用实验探究来验证。除此此外，结合化学实验，利用科学探究模式，组织立足于微粒认识的教学，能够使学生的理论分析与实践认识有机结合，增强学生的思维过程。
3.4善用问题驱动微粒层次的思考
初中生的微观知识还处在形成过程中，应当以问题引领与驱动学生从微粒角度出发去研究物质。可设计一些聚焦于微粒层面的问题，从而启发学生于微粒认识水平做深层次思考，使学生在运用微粒观解决具体问题的过程中，实现对元素化合物知识的理解。立足微粒认识的化学教学，要以“观念建构”去促进“知识建构”。用微粒观用作指导教和学的方法，在一定程度上，为学生另辟蹊径，避免学生进入纷繁芜杂的表象，从本质上清晰认识各物质的区别与联系，和各种化学规律，进而构建科学和深刻的化学知识系统。更为重要的，让学生熟悉从微观角度来研究化学知识之学习方法。因为这种方法也正是学习高中化学知识的重要方法，从而有利于学生的可持续学习，把初中与高中良好衔接起来。
总之，立足微粒认识之化学教学，能够让学生把观念转化到行动，在物质构成奥秘中去体验化学知识的无穷妙趣。
【参考文献】
[1]中华人民共和国教育部. 义务教育化学课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2011：47.
聚合物驱采油工艺应用研究与评价 第12篇
关键词：聚合物驱,偏磨,断脱,检泵周期
新疆油田公司七东1区聚合物驱2006年开始投产试验, 取得了较好的驱油效果。但从2007年底, 随着聚合物驱油井见效和产出液含聚浓度的升高, 抽油井杆管偏磨断脱加剧, 造成油井频繁作业。2006年底统计试验区抽油井见聚前共断脱仅9井次, 平均检泵周期达到440天, 而见聚后发生杆管断脱共18井次, 平均检泵周期缩短为182天。对试验区有杆泵抽油系统进行优化调整, 研究应用新技术、新配套工艺减少抽油井杆管断脱、延长检泵周期, 这对保证聚驱三次采油试验顺利进行具有重要的意义, 同时也为七中区复合驱工业化试验和后续聚合物驱工业化扩大试验提供了技术支持。
1 聚驱井杆管偏磨机理研究
1.1 轴向力的影响
在抽油机下行过程中, 抽油杆柱由于受到下行阻力的作用, 使得抽油杆柱下部受压, 而上部抽油杆柱则由于抽油杆柱自身重力的作用而受拉。因此, 抽油杆柱在下行阻力和其重力的共同作用下, 在抽油杆柱上必然存在既不受压, 也不受拉的一点, 此点即中和点[1]。中和点以下, 抽油杆柱处于受压状态, 有可能发生弯曲而产生偏磨。
聚驱时, 油相的原油已经与水驱阶段采出的原油有很大差别, 原油重量成分增加, 原油与聚合物溶液易形成乳状液, 粘度成倍增加, 从而导致与粘度有关的各种摩擦力增加, 中和点的位置相对要上移, 偏磨井段增大。
1.2 法向力的影响
聚合物溶液具有粘弹性, 会对抽油杆产生侧向作用力。当抽油杆柱位于油管中心时, 径向力360º圆周上受力平衡, 当杆柱稍有偏离, 受力平衡就会被打破, 加剧管杆接触并发生偏磨[2]。
根据计算, 0.1N/m的法向力对16m长的抽油杆足以产生偏磨, 500m以上长度的抽油杆只需要10-8N/m的侧向力就会产生偏磨。
1.3 交变载荷的影响
随着油井见聚, 采出液密度粘度、摩擦阻力增大, 上行程悬点载荷上升, 下行程悬点载荷下降, 并随冲次的增加, 交变载荷进一步增大, 加剧了杆柱“失稳”弯曲, 造成管杆震荡、疲劳损坏加剧, 使用寿命缩短。
ES7006井于2007年10月见聚, 且含聚浓度迅速上升, 到2008年2月聚合物浓度已达200mg/L, 悬点最大载荷增加30%, 最小载荷减小约10%。
1.4 沉没度的影响
沉没度过低或过高, 均会对油井偏磨产生一定的不利影响。当油井沉没度过低时, 活塞在下冲程过程中会发生液击现象, 产生液击现象的同时还会产生一个附加的液击力, 引起集中轴向压力急剧加大, 导致供液不足油井偏磨井数增加, 偏磨现象加剧, 检泵周期缩短;当油井沉没度过高时, 油井往往具有旺盛的供液能力, 为了求得较高的产量, 多采用较大的泵径和较快的抽及参数生产, 因此产出液在流经泵阀时流速较高, 阻力较大, 产生的集中轴向压力也较大, 比较容易产生偏磨现象。
2 聚驱井防偏磨配套工艺技术研究与应用
针对造成偏磨、断脱的原因, 着重从改善杆柱受力、增加杆柱抗磨能力、改善管杆接触、规避大全角变化率井段、优化抽油参数等方面入手, 开展配套工艺研究, 以达到减缓偏磨, 延长检泵周期的目的, 形成一套适合聚合物驱油井生产的有效防偏磨配套工艺技术。
2.1 抽油杆防偏磨工艺
2.1.1 应用加重杆
油井见聚以后, 抽油杆柱下行阻力增大, 中和点上移, 偏磨井段增长, 通过在抽杆下部下入加重杆, 可以有效减少杆柱下行阻力, 缩短偏磨井段长度, 见表1。
据统计, 7179、ES7013、ES7002、T72236、T72246、T72260、T72276等井已实施抽油杆加重, 平均偏磨井段缩短1/3, 延长检泵周期71天。
2.1.2 应用双向抗磨接箍
试验应用双向抗磨接箍4口井, 较使用常规抗磨接箍延长检泵周期125天。该装置延长了抽油杆柱的有效使用时间, 单独使用易把油管磨穿, 造成生产管柱失效, 普通油管实用性差。
2.1.3 应用抽油杆扶正器
经现场试用, 抽杆扶正装置、陶瓷扶正器均可减缓管杆偏磨, 大幅延长检泵周期, 但价格较贵, 在全角变化率大的井段适应性差。考虑到经济效益, 除偏磨严重井外, 尼龙扶正器与抗磨接箍组合使用综合效益较好。使用效果统计见表2。
2.2 油管防磨工艺
经研究摸索, 研制了特种聚乙烯抗磨抗腐内衬油管, 其内壁光滑、摩擦系数低, 将管杆硬质摩擦转换为抽杆与内衬层间的软摩擦, 增强了抗磨、防腐、防垢、防蜡功能。对井斜大、全角变化率大、偏磨严重的井, 结合抗磨接箍、尼龙扶正器使用效果更佳。2011-2012年, 七东1聚驱采用内衬油管完井16口, 其检泵周期对比见图1。
由图1可知, 三采井因管杆偏磨造成的断脱、双漏、管柱漏等情况与活动前相比降幅较大, 三采井检泵周期延长明显。
2.3 优化下泵深度
对全角变化率大的井, 即使采用抗磨油管、扶正装置也无明显效果。经现场试验摸索, 采用提高泵挂、加长尾管的方式, 可有效避开严重偏磨段, 并满足生产需求。
5034井, 在900-1000米井斜由2.14增大至17.2, 且全角变化率大。见聚后, 检泵周期仅为128天, 抽杆磨断、油管磨穿。2012年, 上提泵挂至900米, 泵接150米油管尾带绕筛完井, 检泵周期延长达180天, 优化前后产液量基本持平。
3 结论与认识
(1) 实施抽油杆加重可以有效减少抽杆下行阻力, 缩短偏磨井段1/3;
(2) 对一般偏磨井, 尼龙扶正器价格较低, 适用性强;对偏磨较严重井, 抽油杆扶正装置和陶瓷扶正器效果较好;对偏磨严重、全角变化率较大的井, 采用抗磨油管、或与抽油杆扶正、双向抗磨接箍组合使用效果最佳;对全角变化率特大的井, 适当上提泵挂规避狗腿段, 并加长尾管满足生产需求;
(3) 通过现场试验, 形成了一套七东1聚驱井防偏磨配套工艺技术, 有效改善管杆接触面和受力状态, 减少偏磨断脱故障发生率, 实现延长检泵周期、提高生产时率、减低作业成本。
参考文献
[1]Lukasievicz, S.A.Dynamic Behavior of the Sucker Rod String in the Inclined Well.SPE21665.1991 80-85
[2]杨海滨, 狄勤丰, 王文昌.抽油杆柱与油管偏磨机理及偏磨点位置预测[J].石油学报.2005 (02) 74-77
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