配制條件對聚合物溶液粘度影響因素研究

張敏

【摘 要】在聚驅或復合驅現場試驗存在聚合物溶液粘損嚴重的問題，為減少粘損，首先從聚母液配制過程中配制條件入手，對影響聚合物溶液粘度因素進行探討討，開展了一系列試驗，確定減少粘損的配制條件，指導現場施工。

【關鍵詞】配制條件;熟化時間;溫度;配制用水;攪拌速度;減少粘損

聚合物驅是重要的三次采油技術，主要應用聚合物以增加注入水的粘度提高波及效率【1】，所以配制聚合物溶液的粘度越高波及面積越大，驅油效果越理想，聚合物驅或復合驅礦場試驗施工中，聚合物溶液粘度損失嚴重，需要對不同環節尋找原因并及時整改，盡可能減少粘損，在配制站配制聚母液時，母液的熟化時間、配制水溫度、配制用水等因素對聚合物溶液粘度均有影響，為了確定減小影響粘損的配制條件，開展了一系列實驗，以期指導現場聚母液的配制。

1.實驗

1.1實驗方法

1.1.1熟化時間的確定

48℃下用深度處理污水配制5000mg/L的聚合物母液攪拌2小時后， 48℃下再分別熟化0、2、4、6小時后，48℃下測聚合物溶液粘度，然后用吳茵攪拌器4000/min剪切160S，在48℃測溶液粘度。

1.1.2配制用水的確定

43℃下用深度處理污水配制5000mg/L的聚合物母液，攪拌2小時后43℃下熟化4小時，分別用深度處理污水、回注污水稀釋成2500mg/L的目的液（攪拌30min），在43℃和55℃測目的液粘度。

1.1.3配制溫度的確定

不同配制溫度30℃、48℃下，用深度處理污水配制2500mg/L的聚合物目的液，攪拌2小時后分別在上述兩溫度下再熟化4小時后，在30℃、48℃測溶液粘度，然后用吳茵攪拌器4000/min剪切160S，測溶液粘度。

1.2實驗條件

1.2.1實驗用聚合物：為現場用的聚合物樣品。

1.2.2實驗用水：深度處理污水、回注污水。

1.2.3實驗溫度：48℃、43℃、30℃。

2.結果與討論

2.1熟化時間的確定

在48℃下聚母液用深度處理污水配制，隨著熟化時間的增加，未剪切的聚母液粘度逐漸上升，但熟化6-8小時情況下，粘度相差不多，說明聚合物在水中溶解，包括溶脹和水解的過程【2】【3】，短時間內只溶脹，水解的不充分，即聚合物分子鏈舒展程度不充分，體現溶液粘度相對低，隨著時間增加水解的充分，分子鏈相對舒展，粘度有所增加，但水解一定程度即不再變化，表現在溶液粘度上隨時間再增加變化也不大。而剪切后的聚母液粘度卻相反，熟化時間越短剪切后粘度越高，隨著熟化時間的增加，粘度下降，而且均比未剪切的高，剪切4-6小時粘度相差不多，但均比未剪切的高，說明熟化時間短，水解不充分粘度低，而剪切后經過攪拌作用，水解的更充分，因此粘度反而高，綜合測試結果認為熟化4-6小時較合適。

2.2配制用水確定

對配制聚合物所用的深度處理污水、回注污水進行水質分析，對比兩種水分析參數，找出粘度變化的影響因素。

深度處理污水中不含鈣、鎂離子，礦化度適中，不會使聚合物發生降解，而回注污水中含有鈣、鎂離子，當溶液中含有Ca2+時【4】，能引起HPAM降解，溶液粘度下降，若Ca2+含量較大的情況下，甚至會使HPAM溶液產生沉淀而失效，Mg2+對HPAM穩定性的影響比Ca2+小，一般情況下，Ca2++Mg2+濃度最好控制在100mg/L以下【5】。

在配注聚合物溶液的水源選擇上【6】，優先選擇低礦化度的水源水，并嚴格限制二價陽離子的含量，礦化度高，聚合物溶液粘度低，殘余阻力系數低，影響聚合物驅采收率，據資料表明：同是在正韻律油層條件下，當地層水礦化度由2500mg/L增至5～10×104mg/L時，采收率提高幅度將降低1/3～1/2，高價陽離子不但能嚴重降低聚合物溶液粘度，而且引起聚合物交聯，使聚合物從溶液中沉淀出來，即聚合物與地層水不配伍。一般認為最適宜聚驅的地層水礦化度為1603～30435mg/L，其中二價陽離子含量為7～738mg/L，因此無論是深度處理污水還是回注污水，從礦化度角度來考慮，均很低，都非常適合聚驅，而從水中Ca2+、Mg2+離子含量角度來考慮，配制聚合物最好用深度處理污水。

2.3配制用水對聚合物目的液粘度的影響實驗研究

43℃下，母液熟化6小時后，深度處理污水稀釋的目的液粘度比回注污水稀釋的目的液粘度高，而且不論哪種稀釋用水，隨著溫度從43℃升到地層溫度55℃下，目的液粘度均下降將近10mPa，s，下降約3%。這是由于回注污水中含有Ca2+、Mg2+，對聚合物產生降解，導致溶液粘度下降，而且溫度高會使聚合物水解度增大，分子鏈更舒展，易發生斷鏈而降解。

2.4溫度對聚合物目的液剪切前后粘度的影響實驗研究

在30℃和48℃下用深度處理污水配制2500mg/L的聚合物目的液熟化6小時后，無論剪切與未剪切，在48℃條件下的粘度均比30℃的高，說明溫度高有利于聚合物的溶解，HPAM分子中的酰胺基水解轉化為羧基使大分子內部產生靜電斥力，分子水動力學體積膨脹，分子鏈舒展，溶液粘度增加，在不同溫度下，HPAM水解速度差別很大，溫度高水解快，對于高濃度聚合物母液，主要表現在粉劑分散溶解上，溫度高利于溶解，但溫度不是越高越好【7】，隨著溫度的升高粘度逐漸降低，溫度每升高10℃，粘度下降20%左右，這是由于溫度升高分子運動速度加劇，高分子之間的纏結被部分解開【8】，同時聚合物碳鏈斷裂，使粘度下降，溫度控制在50℃以下【9】。

剪切后，粘損也是48℃的比30℃的大，可能是分子鏈越舒展，剪切后越易斷裂，粘損越大，由于30℃較48℃溫度低些，溶解后的聚合物分子鏈并不是達到最佳的舒展程度，剪切后聚合物舒展的分子鏈斷裂的程度相對低些，因此粘損也相對低些。

2.5溶解速度的確定

當HPAM遇水后，首先在粉粒表面形成凝膠層【10】，然后溶解。因此在配制粉劑HPAM時，應使粉劑均勻地分散在水中，如果粉劑未分散，形成凝膠層后，層內干粉不能與水接觸而形成“魚眼”，另外，在HPAM溶解期間應采用低速的攪拌器攪拌，加快凝膠層中的HPAM分子向水中擴散，以促進溶解。當采用螺旋槳攪拌時，轉速不應該超過1000r/min（最好是小于500～400r/min），否則會使HPAM降解。

3.結論

3.1聚合物母液最佳熟化時間為4～6小時。

3.2溫度是采出液處理后的溫度即可（43-48℃）。

3.3深度處理污水比回注污水配制聚合物溶液粘度高，耐剪切。

3.4聚母液溶解速度最好小于500～400r/min。

【參考文獻】

【1】張金國著，《聚合物溶液粘度的主要影響因素分析》，斷塊油氣田，第12卷第1期，2005年1月，第57頁。

【2】胡仲博主編，劉恒，李林主編，《聚合物驅采油工程》，石油工業出版社，1997年，第3頁。

【3】陳紹炳，李學軍著，《部分水解聚丙烯酰胺的水溶液性質》，油田地面工程（OSE），第10卷，第5期（1991年10月），第36頁。

【4】胡仲博主編，劉恒，李林主編，《聚合物驅采油工程》，石油工業出版社，1997年，第51頁。