離子型聚丙烯酰胺減阻性能研究

王雨薇，梅舜豪，焦凱，文守成

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離子型聚丙烯酰胺減阻性能研究

王雨薇，梅舜豪，焦凱，文守成

（長江大學 石油工程學院， 湖北 武漢 430100）

聚丙烯酰胺類減阻劑具有成本較低，減阻效果好，溶解速度快，能夠適用于現場施工混配要求的特點，因此成為目前壓裂液減阻劑的研究和應用的熱點和重點。本文從抗溫抗鹽性測試了離子型聚丙烯酰胺減阻性能。結果表明：溫度對陽離子型聚丙烯酰胺溶液減阻性能影響很大，60 ℃條件下減阻率下降至53%；陰離子型聚丙烯酰胺溶液抗鹽能力較差，加入鈉鹽后，減阻率下降至70%；隨著鈣鹽的加量增加，減阻率下降至53%。

陰離子聚丙烯酰胺；陽離子聚丙烯酰胺；抗溫性；抗鹽性；減阻率

聚丙烯酰胺類減阻劑成本較低、溶解速度快、減阻效果好且可滿足現場施工混配的要求，屬于壓裂液減阻劑研究、應用方向的重點。目前測試方法多為計算法，且性能良好的減阻劑仍處實驗階段；通過模擬現場檢驗得到的數據及結論很可能并不適用于現場實際應用[1]。

實驗中采用將減阻劑直接加入清水，還原現實井場環境減阻性能變化過程的閉式循環減阻系統（對比前后壓差）。地層溫度與所含的鹽離子的影響是實際應用不可忽略的兩個關鍵因素，故在實驗設計中進行溫度、Na鹽、Ca鹽對陰、陽聚丙烯酰胺水溶液減阻性能評價，以分析陰、陽聚丙烯酰胺水溶液在現場應用中作為減阻劑所存在的優點和缺點。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

800萬、1 200萬分子量聚丙烯酰胺（PAM）；使用水：工業水；市售純NaCl和純CaCl2。

1.2 實驗方法

（1）在儲液罐中裝入35 L清水，開啟裝置循環1 min，將管理內全替換為清水，同時確認壓差傳感器的正常運行，完成流量計的檢查工作，并確保獲得數據準確、穩定。

（2）使用清水循環3 min時間，同時記錄流量變化及當前流量下的壓差的變化。

（3）加入減阻劑，并開啟實驗儀器，開始試驗，以秒為單位記錄減阻率變化，循環時間30 min。

（4）保溫裝置可根據實際需要，在溫度達到要求值時開啟，開啟后循環30 min左右，通過記錄當前流量下的不同壓差、減阻率的變化情況來檢測溶液的抗溫性能。

（5）清水循環，在測試到的壓差滿足當前流量所對應壓差后將實驗停止。

2 結果與討論

2.1 陰、陽聚丙烯酰胺減阻劑抗溫性評價

在溫度變化的過程中，高聚物存在一定降解，所以考察降阻劑不同溫度下降阻的效果，必須與地層條件相互結合[2]。0.06%濃度下，將1 200萬分子量陰、陽聚丙烯酰胺在常溫以及60 ℃條件下的減阻性能進行對比。

圖1 溫度對1 200萬分子量陰、陽聚丙烯酰胺的減阻性能影響

在實驗過程中前期保持實驗在常溫下進行，一段時間后將溫度迅速提升至60 ℃。由圖1可知，在0.06%的濃度下，常溫至60 ℃條件下，隨著溫度的升高，PAM陰溶液的減阻性能呈現上升狀態，直至性能平穩；60 ℃條件下，PAM陽溶液減阻性能有明顯下降的趨勢，至53%。可見在抗溫性能上，PAM陽溶液減阻性明顯弱，現場條件下適應性差。

2.2 陰、陽聚丙烯酰胺減阻劑抗鹽性能評價

高聚物的耐鹽性是高聚物的一種重要性能[3]，在地層礦化度條件下，一些高聚物黏度會有所降低。無機鹽、尤其是陽離子Ca2+、陽離子Na+等，會影響陰、陽聚丙烯酰胺減阻劑的溶解及性能[4]。

2.2.1 鈉鹽對于陰、陽聚丙烯酰胺的減阻性影響

0.06%濃度的800萬陰、陽聚丙烯酰胺，對清水、1%濃度以及2%濃度鈉離子含量溶液比較實驗，研究鈉離子濃度對減阻性的影響。實驗結果如圖2所示。

圖2 鈉離子含量對陰、陽聚丙烯酰胺減阻性能的影響

在實驗過程中前期保持實驗在常溫下進行，一段時間后將溫度迅速提升至60 ℃。如上圖，鈉離子加入使PAM陰減阻性能降低。常溫時加入了1%~2%鈉離子濃度溶液的減阻性比較清水條件下降3%；60 ℃條件下，鈉離子溶解更充分，但PAM陰由于降解影響，其減阻性能仍有一定下降：相比于清水下降了3%。然而鈉離子含量的繼續增加并未進一步降低PAM陰的減阻性；1%、2%濃度溶液對于PAM陰的減阻性能的影響差別不大。鈉離子對PAM陽減阻性能的影響與PAM陰類似，認為抗鈉性能良好。

2.3.2 鈣鹽對于陰、陽聚丙烯酰胺的減阻性影響

0.06%濃度、800萬陰、陽聚丙烯酰胺基礎上，比較清水、500、1 000、1 500 mg/L濃度鈣離子含量條件下的減阻性，研究鈣離子含量對于陰、陽聚丙烯酰胺的減阻性能影響。實驗結果如圖3所示。

在實驗過程中前期保持實驗在常溫下進行，一段時間后將溫度迅速提升至60 ℃。從圖可以看出，PAM陰的減阻性能隨鈣離子含量增加而降低。常溫條件下，500~1 500 mg/L濃度鈣離子含量的減阻性能相比較清水條件下降了5%~7%；60 ℃條件下，鈣離子溶解更充分，PAM陰的減阻性能下降也更為明顯，減阻率分別下降至60%、57%、54%。故該溶液的抗鈣性能較差。而PAM陽在常溫下抗鈣性能好，清水條件下的減阻率與500~1 500 mg/L濃度鈣離子含量下減阻率無明顯區別，但在溫度上升至60 ℃后，減阻率有一定下降，500~1 500 mg/L濃度鈣離子條件下的減阻率分別下降至71%、65%、63%。可見，PAM陽在常溫以及60 ℃條件下，抗鈣性能略強于PAM陰。

圖3 鈣離子含量對陰、陽聚丙烯酰胺減阻性能的影響

3 結束語

通過實驗評價可知，在實驗范圍內，PAM陽雖然抗鹽能力略強于PAM陰，但受溫度影響明顯，不適于現場施工條件。而PAM陰在常溫以及高溫條件下（60 ℃）穩定性好，適用于現場施工，缺點是抗鈣離子能力較弱，所以在0.06%濃度下該類型溶液配制的滑溜水體系適用于溫度較高，含鈉鹽較多，但含鈣鹽較少的地層。

［1］張亞東, 蘇雪霞, 孫舉, 等. 國內壓裂用減阻劑的研究及應用進展[J]. 精細石油化工進展, 2016 (4): 8-11.

［2］董雯. 新型耐溫抗鹽聚合物增黏劑的合成及性能評價[J]. 西安石油大學學報（自然科學版）, 2014, 29 (5): 75-79.

［3］李洋, 文守成, 劉文碩. 陰離子型聚丙烯酰胺減阻性能評價及影響因素研究[J]. 化學工程師, 2016, 30 (11): 86-88.

［4］劉洪濤, 解勇珍, 許連潔, 等. 滑溜水壓裂液降阻劑的研制與應用[J]. 石油地質與工程, 2014 (5): 126-129.

Study on Drag Reduction Performance of Ionic Polyacrylamide

,,,

（Yangtze University, Hubei Wuhan 430100, China）

The polyacrylamide drag reducing agent has the characteristics of low cost, good drag reducing effect, fast dissolving speed and suitability for the field mixing requirements. Therefore, it has become the focus and hotspot in the research and application of drag reducing agents. In this paper,Drag Reduction Performance of Ionic Polyacrylamide was investigated from the aspects of temperature resistance and salt resistance. The results showed that the temperature had a great influence on the drag reduction performance of the cationic polyacrylamide solution, and the drag reduction rate was reduced to 53% at 60 ℃. The anionic polypropylene amide solution hadpoor salt resistance. After adding sodium salt, the drag reduction rate dropped to 70%. With the increase of calcium salt amount, the drag reduction rate dropped to 53%.

anionic polyacrylamide; cationic polyacrylamide; temperature resistance; salt resistance; drag reduction rate

2017-09-14

王雨薇（1990-），女，碩士研究生在讀，湖北省潛江人，從事水力壓裂等相關研究。

文守成（1972-），男，副教授，碩士生導師，主要從事鉆井液及壓裂液等相關研究。

TE 357.12

A

1004-0935（2017）12-1166-03