聚合物溶液導電特性研究

張慶國，高華美，崔江漫, 王 碩, 何淑娟，張繼偉

（1. 東北石油大學地球科學學院， 黑龍江 大慶 163318； 2. 大港油田測試公司第一分公司， 天津 300000；3. 中國石油集團東方地球物理公司，河北 涿州 056000； 4. 吉林油田公司新木采油廠地質所，吉林 松原 138000）

隨著聚合物驅在油田的廣泛應用,研究聚合物溶液自身的電性特征及其對巖石的電性特征的影響是解決聚合物驅后測井解釋的重要環節。而本文重點對聚合物溶液自身的導電特性進行研究，據此進行了室內實驗研究, 并得到了一定的認識[1-3]。

1 聚合物溶液的配置

1.1 實驗儀器

利用電阻器及電阻率儀,測量聚合物溶液的電阻率, 研究聚合物溶液的電性特征。實驗用聚合物為日本三菱的MO-4000- HSF,主要成份為聚丙烯酰胺, 屬陰離子型聚合物，為弱電解質[4-6]。

1.2 實驗方法

驅油用的聚合物溶液通常利用地表淡水和采出污水配置，實驗室通常采用NaCl溶液配制[7]。本實驗配置聚合物溶液選取目前大慶油田常用的聚合物相對分子量分別為500，950，1 400，2 500，3 500萬，聚合物溶液的濃度采用1 000，2 000 mg/L 2種。實驗配置鹽水采用NaCl溶液，礦化度分別為500，1 000，3 000，5 000，7 000 mg/L 5 種。

1.3 溶液配制及電阻率測量

準確稱取1 g和2 g 聚丙烯酰胺樣品干粉，精確至0.000 1 g,稱取0.5 g氯化鈉放入盛有1 000 mL的燒杯中, 使用 S7401型電動攪拌器，調節轉速為700 r/min,使大部分溶液形成旋渦。將干粉均勻撒在旋渦內壁，調節轉速至1 400 r/min，攪拌2 h配成質量濃度為1 000 mg/L和2 000 mg/L的溶液，然后配置成不同礦化度的溶液待用[8]。

取配制好的聚合物溶液200 mL倒入燒杯中，將燒懷放入恒溫箱中進行加熱。將電阻率儀的測量電極垂直的放入燒杯中，分別在溫度為 20，25 ℃下測量不同分子量聚合物（500，950，1 400，2 500，3 500萬）、不同聚合物溶液濃度（1 000，2 000 mg/L）、不同配置水溶液礦化度（500，1 000，3 000，5 000，7 000 mg/L）的聚合物水溶液電阻率以及不同礦化度NaCl水溶液的電阻率，讀取并記錄聚合物溶液的電阻率值。

2 聚合物溶液導電規律研究

2.1 實驗結果與討論

為了更好地研究聚合物溶液的導電特性，將聚合物溶液電阻率與水溶液電阻率對比，根據實驗測量的110個數據點，繪制成不同溫度下聚合物溶液電阻率隨礦化度變化曲線圖（見圖1、圖2），由圖分析可以得到以下幾點認識：

圖1 20 ℃不同分子量、不同濃度下溶液礦化度與溶液電阻率關系Fig.1 Relationship of solution salinity and solution resistivity under conditions of different molecular weight,different concentration at 20 ℃

圖2 25 ℃不同分子量、不同濃度下溶液礦化度與溶液電阻率關系Fig.2 Relationship of solution salinity and solution resistivity under conditions of different molecular weight,different concentration at 25 ℃

由圖1至圖2可以看出：①在相同的測量溫度下，聚合物溶液與不同礦化度NaCl水溶液變化趨勢類似，均是隨著溶液離子礦化度的逐漸增大，電阻率逐漸減小；②在配置溶液離子礦化度和溫度相同的條件下，水溶液電阻率大于聚合物溶液的電阻率；③在配置溶液離子礦化度和溫度相同的條件下，隨著聚合物溶液濃度的增加，溶液電阻率略微減小；④當測量溫度相同時，聚合物溶液離子礦化度從500 mg/L變化到3 000 mg/L時，溶液電阻率急劇下降；當配置溶液離子礦化度從3 000 mg/L增加到7 000 mg/L時，聚合物溶液與水溶液電阻率趨近一致，此時聚合物的分子量對聚合物溶液電阻率影響很小；⑤隨著測量溫度的升高,聚合物溶液電阻率隨略有下降，但當礦化度較高時這種隨溫度變化而升高的幅度變得越來越小，這與NaCl水溶液電阻率隨溫度變化規律較為相似。

由圖3至圖6可以看出，在配制聚合物溶液所用鹽水礦化度相同的條件下，聚合物溶液電阻率在20 ℃和 25 ℃時隨分子量的變化而展現出的變化趨勢。當溶液離子礦化度小于3 000 mg/L時，聚合物溶液電阻率隨分子量變化有小量變化，但曲線的變化沒有規律可循，這種變化與溫度和濃度無關。當溶液離子礦化度大于3 000 mg/L時，起伏變得更小，這再次說明聚合物分子量對于聚合物溶液電阻率影響較小，其影響遠遠小于溶液礦化度對其的影響[9-12]。

圖3 礦化度500 mg/L聚合物分子量與溶液電阻率關系Fig.3 Relationship of polymer molecular weight and solution resistivity under the condition of salinity 500 mg/L

圖4 礦化度1 000 mg/L聚合物分子量與溶液電阻率關系Fig.4 Relationship of polymer molecular weight and solution resistivity under the condition of salinity 1 000 mg/L

圖5 礦化度3 000 mg/L聚合物分子量與溶液電阻率關系Fig.5 Relationship of polymer molecular weight and solution resistivity under the condition of salinity 3 000 mg/L

圖6 礦化度7 000 mg/L聚合物分子量與溶液電阻率關系Fig.6 Relationship of polymer molecular weight and solution resistivity under the condition of salinity 7 000 mg/L

3 結束語

通過室內實驗可知：聚合物溶液與NaCl水溶液一樣，聚合物溶液的電阻率隨配置水溶液礦化度的增高而降低。清水聚合物電阻率受聚合物溶液和分子量影響大，而污水聚合物（礦化度大于 4 000 mg/L）電阻率受聚合物濃度和分子量影響很小。礦化度相同的條件下，水溶液電阻率高于聚合物溶液電阻率。聚合物溶液具有一般稀電解質溶液的導電特征，在礦化度相同的情況下，注入聚合物溶液不會使儲層電阻率升高。

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