二價(jià)陽(yáng)離子對(duì)疏水締合聚合物溶液性能的影響

許 匯，夏燕敏，蘇智青，王 蘭

（中國(guó)石化 上海石油化工研究院 中國(guó)石油化工集團(tuán)公司三采用表面活性劑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201208）

二價(jià)陽(yáng)離子對(duì)疏水締合聚合物溶液性能的影響

許 匯，夏燕敏，蘇智青，王 蘭

（中國(guó)石化 上海石油化工研究院 中國(guó)石油化工集團(tuán)公司三采用表面活性劑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201208）

利用黏度測(cè)試、拉伸流變測(cè)試和過(guò)濾因子測(cè)試考察了二價(jià)陽(yáng)離子對(duì)疏水締合聚丙烯酰胺（HAPAM）溶液黏度、拉伸行為和溶液均勻性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鈣鎂離子對(duì)HAPAM溶液黏度的影響沒(méi)有明顯規(guī)律；締合溫度隨總礦化度（TDS）的增大而下降。固定NaCl含量時(shí)，隨ρ（Ca2++Mg2+） 的增大，締合溫度下降；固定TDS時(shí)，隨ρ（Ca2++Mg2+） 的增大，締合溫度升高。當(dāng)NaCl含量不變時(shí)，加入鈣鎂離子會(huì)使溶液的彈性降低，ρ（Ca2++Mg2+）=7 000 mg/L時(shí)，HAPAM溶液彈性較好。TDS不變時(shí)，ρ（Ca2++Mg2+）較低的HAPAM溶液彈性較小。溶液中的微凝膠含量影響溶液的流動(dòng)性能。HAPAM溶液適合的油藏條件為：溫度高于80 ℃、TDS在120 000～200 000 mg/L范圍內(nèi)、鈣鎂離子總量不高于10 000 mg/L。

疏水締合聚丙烯酰胺；氯化鈉；鈣鎂離子；表觀黏度；拉伸流變；凝膠含量

由于現(xiàn)今的原油開(kāi)采工作越來(lái)越向高溫高鹽的苛刻油藏發(fā)展，一般的部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）無(wú)法滿足油田強(qiáng)化采油的工作要求［1-3］。而疏水締合聚丙烯酰胺（HAPAM）由于其良好的耐溫抗鹽性能［4-6］，越來(lái)越受到研究人員的重視。HAPAM形成的分子間締合對(duì)于高溫高鹽有較好的耐受性，但HAPAM分子鏈上同時(shí)含有親水鏈段和疏水基團(tuán)，這種兩親結(jié)構(gòu)使HAPAM在溶解［7］、流動(dòng)［8］和吸附［9］等方面存在比一般的HPAM更為嚴(yán)重的問(wèn)題，從而使HAPAM的推廣應(yīng)用存在一定的困難。

在對(duì)HAPAM的耐溫抗鹽性能的研究［4，6］中可看到，溶液中其他陽(yáng)離子對(duì)HAPAM在溶液中的形態(tài)及溶液黏度的影響比Na+更明顯，少量二價(jià)陽(yáng)離子（如Ca2+和Mg2+）會(huì)造成分子鏈團(tuán)縮和溶液黏度大幅下降；而NaCl則會(huì)促使HAPAM發(fā)生締合，溶液黏度反而大幅上升。由于HAPAM一般在締合濃度以上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，這就需知道在HAPAM已發(fā)生分子間締合的情況下，溶液中的二價(jià)陽(yáng)離子（如Ca2+和Mg2+）是否仍會(huì)對(duì)溶液性能（如黏度和流動(dòng)性等）產(chǎn)生影響。

本工作利用黏度測(cè)試、拉伸流變測(cè)試和過(guò)濾因子測(cè)試分析了二價(jià)陽(yáng)離子對(duì)HAPAM溶液黏度、拉伸行為和溶液均勻性的影響，考察了高溫下溶液的黏度、黏彈性與流動(dòng)性能，提出了HAPAM適用的油藏條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

NaCl，CaCl2，MgCl2·6H2O：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；去離子水：自制；HAPAM：自制，疏水單體為N-烷基丙烯酰胺，含量為HAPAM的1%（w）。

Haake Mars Ⅲ型旋轉(zhuǎn)流變儀、CaBER1型拉伸流變儀：賽默飛世爾科技有限公司；全自動(dòng)過(guò)濾因子測(cè)定裝置：自制；微孔濾膜：孔徑3 μm，中國(guó)科學(xué)院原子能研究所。

1.2 抗鹽性能的測(cè)試

二價(jià)陽(yáng)離子含量與溶液礦化度范圍：m（Ca2+）：m（Mg2+）=9：1，ρ（Ca2++Mg2+）范圍為0～20 000 mg/L，NaCl含量不小于120 000 mg/L；總礦化度（TDS）不大于200 000 mg/L。

1.3 表觀黏度的測(cè)試

固定溫度的黏度測(cè)試?yán)眯D(zhuǎn)流變儀，轉(zhuǎn)子為Z41，測(cè)試溫度85 ℃，剪切速率7.34 s-1，ρ（HAPAM）= 1 000 mg/L。黏溫曲線測(cè)試采用旋轉(zhuǎn)流變儀，轉(zhuǎn)子為Z38，測(cè)試溫度范圍為30～95 ℃，升溫速率1 ℃/min，剪切速率7.34 s-1，ρ（HAPAM）= 1 000 mg/L。

1.4 拉伸流變測(cè)試

使用CaBER1型拉伸流變儀，試樣臺(tái)直徑6 mm，測(cè)試溫度85 ℃，初始高度2 mm，拉伸高度6 mm，ρ（HAPAM）=1 000 mg/L；設(shè)定試樣表面張力40 mN/m，密度1.00 g/cm3，當(dāng)試樣細(xì)絲直徑為0時(shí)結(jié)束實(shí)驗(yàn)，該時(shí)間記錄為試樣的斷裂時(shí)間，并用儀器自帶分析軟件CaBER Analysis進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在彈性毛細(xì)拉伸階段［10-12］，用Elastic模式擬合，計(jì)算公式見(jiàn)式（1）。

式中，t為時(shí)間，s；DN（t）為t時(shí)刻試樣細(xì)絲的歸一化直徑，DN（t）=D（t）/D0，mm；D（t）為t時(shí)刻試樣細(xì)絲的直徑，mm；D0為試樣細(xì)絲的初始直徑，mm；λ為松弛時(shí)間，s；σ為界面張力，mN/m；G為試樣的彈性模量，MPa。

根據(jù)文獻(xiàn)［11］報(bào)道，在聚合物稀溶液中，G=ρRT/Mw；其中，ρ為聚合物濃度，g/L；R=8.314 J/（mol·K）；T為溫度，K；Mw為聚合物重均相對(duì)分子質(zhì)量。由于實(shí)驗(yàn)中聚合物試樣濃度超出稀溶液濃度范圍，無(wú)法直接計(jì)算G，故采用式（1）進(jìn)行擬合，擬合所得G/σ可直接作為溶液的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)考察HAPAM在溶液中的結(jié)構(gòu)，G/σ越大，結(jié)構(gòu)尺寸越大。

1.5 過(guò)濾因子的測(cè)試

使用全自動(dòng)過(guò)濾因子測(cè)定儀測(cè)定過(guò)濾因子（Fr），室溫下測(cè)試，測(cè)試壓力0.2 MPa，微孔濾膜直徑60 mm，孔徑3 μm，聚合物溶液的質(zhì)量濃度為1 000 mg/L。如在2 h之內(nèi)測(cè)試溶液流出180 g以上，按式（2）計(jì)算Fr［13］；如1 h內(nèi)測(cè)試溶液流出未滿100 g，直接記Fr＞2。

式中，t180，t160，t80，t60分別為測(cè)試溶液流出180，160，80，60 g時(shí)所需時(shí)間，s。

2 結(jié)果與討論

固定NaCl含量，改變?chǔ)眩–a2++Mg2+），溶液的TDS也隨之改變。由于TDS也對(duì)溶液黏度有影響，故溶液黏度的變化可能并不完全由ρ（Ca2++Mg2+）的變化引起的。為充分考慮這一點(diǎn)，將NaCl含量和TDS分開(kāi)考慮，從而將實(shí)驗(yàn)分為兩組，每一組中ρ（Ca2++Mg2+）范圍均為0～20 000 mg/L：一組固定NaCl含量為120 000 mg/L，其TDS范圍為120 000～180 000 mg/L；另一組固定TDS為200 000 mg/L，則NaCl含量的范圍為140 000～200 000 mg/L。

2.1 二價(jià)陽(yáng)離子對(duì)溶液黏度的影響

HAPAM溶液黏度隨ρ（Ca2++Mg2+）的變化見(jiàn)圖1。從圖1可看出，鈣鎂離子的存在對(duì)HAPAM溶液黏度的影響沒(méi)有明顯規(guī)律。這是因?yàn)椋环矫?，?dāng)HAPAM分子間締合形成［4］后，加入的Ca2+和Mg2+雖然會(huì)壓縮HAPAM分子鏈周圍的雙電子層使聚合物鏈?zhǔn)湛s，但在相對(duì)固化的凝膠網(wǎng)絡(luò)中，分子鏈?zhǔn)湛s的幅度有限；另一方面，高價(jià)陽(yáng)離子本身也能為正電荷中心提供靜電交聯(lián)點(diǎn)，使締合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固。在兩者同時(shí)作用下，溶液的黏度變化就顯得較無(wú)規(guī)律。

圖1 HAPAM溶液黏度隨ρ（Ca2++Mg2+）的變化Fig.1 Change of the apparent viscosity(AV) of hydrophobic association polyacrylamide(HAPAM) solution withρ(Ca2++Mg2+).Test conditions：85 ℃，7.34 s-1，ρ(HAPAM)=1 000 mg/L.■ρ(NaCl)=120 000 mg/L；● Total degree of salinity(TDS) 200 000 mg/L

不同TDS下HAPAM溶液的黏溫曲線見(jiàn)圖2。

圖2 不同TDS下HAPAM溶液的黏溫曲線Fig.2 AV-temperature curves with diferent TDS.Test conditions：heating speed 1 ℃/min，7.34 s-1，ρ(HAPAM)=1 000 mg/L.TDS/( mg·L-1)：■ 60 000；● 90 000；▲ 120 000；▼ 180 000；◆ 210 000

從圖2可看出，當(dāng)TDS較低（60 000 mg/L）時(shí)，溶液黏度很低且在測(cè)試過(guò)程中基本無(wú)變化。當(dāng)TDS超過(guò)90 000 mg/L時(shí)，較低溫度下溶液黏度很低且基本無(wú)變化；隨溫度的升高，溶液黏度開(kāi)始劇烈上升并達(dá)到最大值，黏度最大值對(duì)應(yīng)的溫度即為締合溫度；此后隨溫度的升高黏度呈下降趨勢(shì)，最后基本穩(wěn)定不變；不同TDS下的締合溫度不同。由于疏水作用的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力主要是熵增加［14］，故溫度升高有助于締合；同時(shí)，HAPAM的分子間締合需要通過(guò)分子鏈段運(yùn)動(dòng)將疏水鏈段暴露，從而接近其他分子的疏水鏈段以形成疏水微區(qū)；當(dāng)鏈段運(yùn)動(dòng)與締合微區(qū)尺寸恰好匹配時(shí)，溶液黏度達(dá)最大值。隨溶液TDS的增大，溶劑極性增大，聚合物鏈更易發(fā)生取向而使疏水鏈段暴露，分子間締合所需鏈段運(yùn)動(dòng)下降，即締合溫度隨TDS的增大而下降。TDS較低的溶液在測(cè)試過(guò)程中，聚合物的鏈段運(yùn)動(dòng)不足以滿足締合需求，故在測(cè)試溫度范圍內(nèi)均無(wú)締合產(chǎn)生。

ρ（Ca2++Mg2+）對(duì)締合溫度的影響見(jiàn)圖3。從圖3可看出，當(dāng)固定NaCl含量時(shí)，隨ρ（Ca2++Mg2+） 的增大，締合溫度下降。這是因?yàn)椋尤氲拟}鎂離子增大了溶液的TDS。當(dāng)固定TDS時(shí)，隨ρ（Ca2++Mg2+）的增大，締合溫度升高。這是因?yàn)?，加入的鈣鎂離子并未起提高溶液TDS的作用，但當(dāng)ρ（Ca2++Mg2+）增大時(shí)，NaCl含量則降低，分子間締合的形成需要更劇烈的分子鏈段運(yùn)動(dòng)以使疏水鏈段暴露形成疏水微區(qū)，由此造成締合溫度向高溫方向偏移。從圖3還可看出，所有溶液的締合溫度均在80℃以下，說(shuō)明在油藏條件為溫度超過(guò)80 ℃、TDS在120 000～200 000 mg/L范圍內(nèi)時(shí)，HAPAM溶液可發(fā)生締合并保持較好的黏度。

圖3 ρ（Ca2++Mg2+）對(duì)締合溫度的影響Fig.3 Efects ofρ(Ca2++Mg2+) on the association temperature(AT).Test conditions：30-95 ℃，heating speed 1 ℃/min，7.34 s-1，ρ(HAPAM)=1 000 mg/L.■ρ(NaCl)=120 000 mg/L；● TDS=200 000 mg/L

2.2 二價(jià)陽(yáng)離子對(duì)HAPAM溶液拉伸行為的影響

聚合物溶液在地下的運(yùn)移類似于拉伸行為，在此過(guò)程中，溶液彈性對(duì)提高采收率起非常重要的作用［15］。根據(jù)拉伸流變的原理，實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)所得結(jié)果均基于試樣的彈性表現(xiàn)［10-12，16-17］。

2.2.1 NaCl含量對(duì)HAPAM溶液黏彈性的影響

不含二價(jià)陽(yáng)離子的HAPAM溶液的拉伸流變行為見(jiàn)圖4，結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1。從圖4可看出，隨NaCl含量的增大，溶液的斷裂時(shí)間縮短。當(dāng)NaCl含量達(dá)到HAPAM形成分子間締合的濃度后，繼續(xù)增加NaCl含量雖然可增強(qiáng)溶劑的極性，但并不會(huì)增加HAPAM分子間締合的強(qiáng)度。因?yàn)镠APAM的含量固定后，溶液中可發(fā)生締合的鏈段含量是固定的，可形成締合點(diǎn)的數(shù)目在理論上不會(huì)發(fā)生大的變化。但更高的電解質(zhì)濃度會(huì)壓縮聚電解質(zhì)分子鏈附近的雙電子層，使分子收縮。雖然分子間締合形成的物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可提供一定的彈性，但分子鏈?zhǔn)湛s會(huì)使空間結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和舒展度有所下降，從而使溶液彈性降低。從表1可看出，當(dāng)溶液發(fā)生締合后，隨溶液中NaCl含量的增大，聚合物分子鏈?zhǔn)湛s，HAPAM溶液的結(jié)構(gòu)尺寸下降。

圖4 不含二價(jià)陽(yáng)離子的HAPAM溶液的拉伸流變行為Fig.4 Extentional rheology of HAPAM without bivalent cation.Test conditions：85 ℃，initial height 2 mm，fnal height 6 mm，ρ(HAPAM)=1 000 mg/L.DN(t)：normalized diameter at timet.ρ(NaCl)/( mg·L-1)：□ 120 000；○ 140 000；△ 180 000；▽ 200 000

表1 不含二價(jià)陽(yáng)離子時(shí)HAPAM的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)Table 1 Structure size parameters of HAPAM in brine without bivalent cation

2.2.2 二價(jià)陽(yáng)離子濃度對(duì)HAPAM溶液黏彈性的影響

NaCl含量不變時(shí)二價(jià)陽(yáng)離子對(duì)HAPAM黏彈性的影響見(jiàn)圖5，由圖5所得結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表2。從圖5可看出，當(dāng)NaCl含量不變時(shí)，加入鈣鎂離子會(huì)使溶液的彈性降低。由于鈣鎂離子在壓縮聚合物主鏈雙電子層的同時(shí)還會(huì)提高溶液TDS，所以溶液彈性并不簡(jiǎn)單地隨ρ（Ca2++Mg2+）的上升而降低。在含鈣鎂離子的溶液中，當(dāng)ρ（Ca2++Mg2+）=7 000 mg/L時(shí)斷裂時(shí)間最長(zhǎng)，說(shuō)明此時(shí)HAPAM溶液彈性較好。從表2可看出，黏彈性較好的HAPAM溶液的結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較小。這是因?yàn)?，結(jié)構(gòu)尺寸大則試樣剛性較大，彈性減弱，在拉伸過(guò)程中幾乎不存在松弛過(guò)程，細(xì)絲更易斷裂。

圖5 NaCl含量不變時(shí)二價(jià)陽(yáng)離子對(duì)HAPAM黏彈性的影響Fig.5 Efects of bivalent cations on the extentional rheology of HAPAM when NaCl content was fxed.Test conditions：85 ℃，initial height 2 mm，fnal height 6 mm，ρ(HAPAM)=1 000 mg/L，ρ(NaCl)=120 000 mg/L.ρ(Ca2++Mg2+)/( mg·L-1)：□ 0；○ 1 000；△ 3 000；▽ 5 000；▲ 7 000；▼ 10 000；◇ 15 000；● 20 000

表2 由圖5所得HAPAM溶液的結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 2 Structure size parameters of HAPAM calculated based on Fig.5

TDS不變時(shí)二價(jià)陽(yáng)離子對(duì)HAPAM拉伸行為的影響見(jiàn)圖6，由圖6所得結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表3。從圖6可看出，ρ（Ca2++Mg2+）較低的HAPAM溶液彈性較??；ρ（Ca2++Mg2+）=7 000 mg/L時(shí)，HAPAM溶液彈性最好。當(dāng)ρ（Ca2++Mg2+）上升，由于TDS不變，鈣鎂離子作為高價(jià)電荷中心提供靜電交聯(lián)點(diǎn)，使HAPAM的締合結(jié)構(gòu)更為堅(jiān)固。從表3可看出，當(dāng)ρ（Ca2++Mg2+）≤5 000 mg/L時(shí)，G/σ隨ρ（Ca2++Mg2+）的上升而上升；當(dāng)ρ（Ca2++Mg2+）≥10 000 mg/L后G/σ基本保持穩(wěn)定。但當(dāng)G/σ太大（G/σ＞1.20）時(shí)，由于試樣結(jié)構(gòu)太強(qiáng)，剛性太高，彈性反而降低，試樣細(xì)絲更容易斷裂。

集束化護(hù)理是循環(huán)實(shí)踐指南理論中的重要內(nèi)容，能夠有效的改善患者的預(yù)后效果，提升患者的治愈率，有效的提升患者的身心健康和生活質(zhì)量。為了有效的保證集束化護(hù)理在臨床實(shí)踐中有效的應(yīng)用，應(yīng)該注重對(duì)護(hù)理人員進(jìn)行專業(yè)化的集束化護(hù)理培訓(xùn)，使護(hù)理人員具有良好的護(hù)理知識(shí)和護(hù)理技能[7]。白血病患者使用化療藥物有較強(qiáng)的刺激性，普通的靜脈穿刺針很容易導(dǎo)致管道滲漏，即導(dǎo)致患者發(fā)生感染，不僅影響患者的身心健康，也影響患者的治療效果[8-9]。集束化護(hù)理作為一項(xiàng)系統(tǒng)化的護(hù)理方式，應(yīng)用在白血病PICC置管患者，可以減少導(dǎo)管感染、皮膚感染等并發(fā)癥的發(fā)生，有效地提升患者的身心健康和生活質(zhì)量。

圖6 TDS不變時(shí)二價(jià)陽(yáng)離子對(duì)HAPAM拉伸行為的影響Fig.6 Efects of bivalent cations on the extentional rheology of HAPAM when TDS was fxed.Test conditions：85 ℃，initial height 2 mm，fnal height 6 mm，ρ(HAPAM)=1 000 mg/L，TDS=200 000 mg/L.ρ(Ca2++Mg2+)/( mg·L-1)：□ 0；○ 1 000；△ 3 000；▽ 5 000；▼ 7 000；▲ 10 000；◇ 15 000；● 20 000

表 3 TDS不變時(shí)HAPAM溶液的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)Table 3 Structure size parameters of HAPAM when TDS was fxed

2.3 二價(jià)陽(yáng)離子對(duì)溶液均勻性的影響

在強(qiáng)化采油的應(yīng)用中，聚合物溶液的均勻性影響溶液在地下的流動(dòng)性能與作用范圍。高價(jià)離子的存在會(huì)造成聚合物鏈的聚并與塌縮，使溶液并非是均勻的真溶液而是有一定凝膠含量的混合流體。在實(shí)際應(yīng)用中，聚合物溶液會(huì)堵塞地下巖層；在實(shí)驗(yàn)室中，溶液無(wú)法均勻通過(guò)濾膜而造成封堵。不同礦化度下HAPAM溶液流過(guò)微孔濾膜的流出曲線見(jiàn)圖7～8。從圖7～8可看出，ρ（Ca2++Mg2+） 越高，聚合物溶液通過(guò)濾膜的流動(dòng)速率越慢。

實(shí)驗(yàn)室中以過(guò)濾因子［18］為指標(biāo)考察溶液的均勻性。HAPAM溶液通過(guò)微孔濾膜的流動(dòng)性和過(guò)濾因子與溶液中不溶凝膠的含量密切相關(guān)［19］，不溶凝膠越多，溶液流速越慢，過(guò)濾因子越高。溶液中的不溶凝膠含量可通過(guò)式（3）計(jì)算：

式中，f為溶液中的不溶凝膠含量，%。

固定NaCl含量或TDS時(shí)HAPAM的溶液參數(shù)分別見(jiàn)表4～5。

圖7 固定NaCl 含量時(shí)HAPAM溶液流過(guò)微孔濾膜的流出曲線Fig.7 Flow curves of HAPAM in brine with fxed NaCl content through a fltration membrane.Test conditions：room temperature，0.2 MPa，ρ(HAPAM)=1 000 mg/L，ρ(NaCl)=120 000 mg/L.ρ(Ca2++Mg2+)/( mg·L-1)：□ 0；○ 5 000；△ 10 000

圖8 固定TDS時(shí)HAPAM溶液流過(guò)微孔濾膜的流出曲線Fig.8 Flow curve of HAPAM in brine with fxed TDS through a fltration membrane.Test conditions：room temperature，0.2 MPa，ρ(HAPAM)=1 000 mg/L，TDS = 200 000 mg/L.ρ(Ca2++Mg2+)/( mg·L-1)：□ 0；○ 5 000；△ 10 000

表4 固定NaCl含量時(shí)HAPAM的溶液參數(shù)Fig.4 Solution parameters of HAPAM when NaCl content was fxed

表5 固定TDS時(shí)HAPAM的溶液參數(shù)Fig.5 Solution parameters of HAPAM when TDS was fxed

從表4～5可看出，在室溫下黏度對(duì)溶液的流動(dòng)性能沒(méi)有太大影響，造成溶液流動(dòng)性差異的主要因素是溶液中的微凝膠含量。當(dāng)ρ（Ca2++Mg2+）從0增大至5 000 mg/L時(shí)，雖然過(guò)濾因子相差不超過(guò)0.05，滿足中國(guó)石化企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［18］要求，但凝膠含量增大1倍。當(dāng)ρ（Ca2++Mg2+）進(jìn)一步增大到10 000 mg/ L時(shí)，HAPAM溶液中凝膠含量增大了1個(gè)數(shù)量級(jí)或更多，已無(wú)法滿足中石化企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。這是因?yàn)椋珻a2+和Mg2+作為正電荷中心與HAPAM主鏈上的陰離子發(fā)生相互吸引，使溶液中物理凝膠量增大。ρ（Ca2++Mg2+）含量越高，溶液中的凝膠含量越高，當(dāng)ρ（Ca2++Mg2+）≥10 000 mg/L時(shí)，溶液中的凝膠含量太高以至于無(wú)法滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，適宜的油藏鈣鎂離子總含量應(yīng)小于10 000 mg/L。

3 結(jié)論

1）鈣鎂離子的存在對(duì)HAPAM溶液黏度的影響沒(méi)有明顯規(guī)律。締合溫度隨TDS的增大而下降。固定NaCl含量時(shí)，隨ρ（Ca2++Mg2+）的增大，締合溫度下降；固定TDS時(shí)，隨ρ（Ca2++Mg2+）的增大，締合溫度升高。

2）HAPAM溶液中不含二價(jià)陽(yáng)離子時(shí)，隨NaCl含量的增大，溶液的斷裂時(shí)間縮短，HAPAM溶液的結(jié)構(gòu)尺寸隨NaCl含量的增大而下降。當(dāng)NaCl含量不變時(shí)，加入鈣鎂離子會(huì)使溶液的彈性降低，ρ（Ca2++Mg2+）=7 000 mg/L時(shí)，HAPAM溶液彈性較好；TDS不變時(shí)，ρ（Ca2++Mg2+）較低的HAPAM溶液彈性較小，ρ（Ca2++Mg2+）=7 000 mg/L時(shí)，HAPAM溶液彈性最好，當(dāng)ρ（Ca2++Mg2+）≥10 000 mg/L時(shí)，溶液剛性過(guò)大，彈性反而下降。

3）HAPAM溶液中的微凝膠含量影響溶液的流動(dòng)性能。HAPAM適用的油藏條件為：溫度高于80℃、TDS在120 000～200 000 mg/L、鈣鎂離子總含量小于10 000 mg/L。在該條件下，HAPAM溶液可保持較好的表觀黏度、黏彈性和流動(dòng)性。

［1］孔柏嶺. 聚丙烯酰胺的高溫水解作用及其選型研究［J］. 西南石油學(xué)報(bào)，2000，22（1）：66 - 69.

［2］鄒燕，何培新，張玉紅，等. 耐溫抗鹽型聚丙烯酰胺研究進(jìn)展［J］. 膠體與聚合物，2011，29（3）：138 - 139.

［3］王歷歷，曠曦域，任強(qiáng). 耐溫抗鹽驅(qū)油聚合物性能評(píng)價(jià)研究［J］. 重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，15（4）：70 -73.

［4］夏燕敏，蘇智青，許匯，等. 驅(qū)油用疏水締合聚合物臨界締合濃度的性能研究［J］. 塑料工業(yè)，2013，41（12）：61 - 65.

［5］鄒晨，黃志堅(jiān)，賈立文，等. 改進(jìn)型疏水締合聚合物性能的實(shí)驗(yàn)研究［J］. 廣州化工，2013，41（10）：110 - 111，132.

［6］耿愿，羅健輝，丁彬，等. 無(wú)機(jī)離子對(duì)疏水締合聚合物溶液行為的影響［J］. 油田化學(xué)，2015，32（2）：232 - 236，241.

［7］馮玉軍，王周玉，李富生，等. 疏水改性聚丙烯酰胺的溶解性能研究［J］. 西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，23（6）：57 - 60.

［8］張繼風(fēng). 疏水締合聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的注入性能［J］.石油地質(zhì)與工程，2010，24（5）：118 - 120.

［9］王星媛，王鵬飛. AP-P4/SDBS 二元體系在石英砂上的吸附特性［J］. 廣東化工，2014，41（2）：7 - 9.

［10］劉合，朱懷江，羅健輝，等. 聚丙烯酰胺及其共聚物水溶液拉伸流變行為研究［J］. 石油學(xué)報(bào)，2010，31（5）：806 -809.

［11］Clasen C，Plog J P，Kulicke W M，et al. How dilute are dilute solutions in extensional fows［J］. J Rheol，2006，50（6）：849 - 881.

［12］Rood L E，Scott T P，Cooper-White J J，et al. Capillary break-up rheometry of low-viscosity elastic fluids［J］. Appl Rheol，2005，15（1）：12 - 27.

［13］Reichenbach-Klinke R，Stavland A，Langlotz B，et al. New insights into the mechanism of mobility reduction by associative type copolymers［C］. DOI：10.2118/165225-MS.

［14］胡紅旗，陳鳴才，程镕時(shí). 疏水性締合作用的研究［J］. 廣州化學(xué)，2003，28（1）：26 - 33.

［15］Wang D M，Wang G，Wu W X，et al. The infuence of viscoelasticity on displacement efciency：From Micro- to Macroscale［C］. DOI：10.2118/109016-MS.

［16］韓玉貴，曹緒龍，宋新旺，等. 驅(qū)油用聚合物溶液的拉伸流變性能［J］. 大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，35（2）：41 - 45.

［17］van Nieuwkoop J，Muller von Czernicki M M O. Elongation and subsequent relaxation measurements on dilute polyisobutylene solutions［J］. J Non-Newtonian Fluid Mech，1996，67：105 - 123.

［18］中國(guó)石油化工集團(tuán)公司. Q/SH 0237—2008 驅(qū)油用聚丙烯酰胺技術(shù)要求［S］. 北京：中國(guó)石化出版社，2008.

［19］蘇智青，夏燕敏，許匯，等. 通過(guò)聚合物水溶液流經(jīng)濾膜的流出曲線計(jì)算不溶凝膠含量的方法［J］. 油田化學(xué)，2014，31（3）：466 - 469，474.

（編輯 鄧曉音）

Influence of divalent cation on hydrophobically associating polyacrylamide

Xu Hui，Xia Yanmin，Su Zhiqing，Wang Lan
（SINOPEC Key Laboratory of Surfactants for EOR，Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology，Shanghai 201208，China）

The effects of divalent cations on the viscosity，elastisity，and homogeneity of hydrophobic association polyacrylamide(HAPAM) solution were investigated by means of rotary rheometer，extensional rheometer and filter factor tester. The results indicated that，there was no obvious regularity about the influences of Ca2+and Mg2+on the solution viscosity；the association temperature would drop when the total degree of salinity(TDS) increased；whenρ(NaCl) was fxed，the association temperature would drop with increasingρ(Ca2++Mg2+)；the association temperature would rise with increasingρ(Ca2++Mg2+) when TDS was fxed；whenρ(NaCl) was fxed，the addition of Ca2+and Mg2+would reduce the elastisity of the solution； the elastisity was good atρ(Ca2++Mg2+) 7 000 mg/L；when TDS was fixed，the lower theρ(Ca2++Mg2+)，the lower the elastisity of the solution. The content of gel in the solution could infuence the fowability of the solution. The suitable conditions of oil felds for the application of HAPAM are：temperature of higher than 80 ℃，TDS of 120 000-200 000 mg/L andρ(Ca2++Mg2+) of lower than 10 000 mg/L.

hydrophobic association polyacrylamide；sodium chloride；calcium and magnesium ions；apparent viscosity；extensional rheology；gel content

1000 - 8144（2016）09 - 1075 - 06

TE 357.461

A

10.3969/j.issn.1000-8144.2016.09.009

2016 - 03 - 09；［修改稿日期］2016 - 05 - 19。

許匯（1985—），女，上海市人，碩士，工程師，電話 13795369031，電郵 xvh.sshy@sinopec.com。