活性乳化聚丙烯酰胺驅油劑的研究

劉存輝 石昀 韓英波 周傳臣 劉潔

摘 ?????要：活性乳化聚丙烯酰胺驅油劑是一種兼具乳化和增黏雙重功效的新型驅油劑，能在中低滲高含水油藏中發揮較好的驅油作用。以丙烯酰胺為主鏈，選用具有親油結構的疏水功能單體和具有親水、親油作用的兩種表面活性劑，采用水溶液聚合和復合氧化還原引發體系進行膠束共聚，合成出具有活性乳化效果的聚丙烯酰胺，并對其性能進行評價。

關 ?鍵 ?詞：活性乳化;聚丙烯酰胺;增黏

中圖分類號：TQ 016 ??????文獻標識碼：?A ??????文章編號： 1671-0460（2020）01-0113-04

Study on Active Emulsified Polyacrylamide Oil Displacement Agent

???LIU Cun-hui， SHI Yun， HAN Ying-bo， ZHOU Chuan-che， LIU Jie

（Dagang Oilfield Bingang Petroleum Technology Co.， Ltd.， Tianjin 300270， China）

Abstract： ?Active emulsified polyacrylamide oil displacement agent is a new type of oil displacement agent with both emulsification and viscosity enhancement， which can play a good role in oil displacement of medium and low permeability and high water cut reservoirs. In this paper， acrylamide was used as the main chain， hydrophobic functional monomer with lipophilic structure and two kinds of surfactants with hydrophilic and lipophilic effect were selected to synthesize polyacrylamide with active emulsification effect by micellar polymerization with aqueous solution polymerization and compound redox initiator system， and its properties were evaluated.

Key words： ?active emulsification; ?polyacrylamide; ?viscosity enhancement

目前聚合物驅及復合驅已成為中國穩定石油產量的戰略措施，年增油量達1 000萬噸以上，在各類三次采油技術中所占比例超過90%^[1]。驅油用化學劑的研究主要集中于聚合物和表面活性劑，現場試驗表明，聚表加堿三元復合驅增產效果非常顯著^[2]，但由于體系的成本較聚合物驅大大增加，即使有較高的提高采收率效果，其經濟效益仍難以滿足油田及目前低油價形勢的要求;另外三元復合驅中，注入工藝相對復雜，幾種化學劑的注入，易造成結垢、腐蝕等，同時采出液處理難、處理成本高也一直是工業化應用面臨的問題^[3]。

本文研究的活性乳化聚丙烯酰胺驅油劑，是以C-C為主鏈，引入具有親油疏水基團的功能單體，并在表面活性劑的增溶作用下，將疏水功能單體有序嵌入主鏈上，既提高了產品的增黏性能又使聚合物具備了乳化能力，是一種帶有功能性官能團的新型驅油劑，具有一劑多能的功效。

1 ?實驗部分

1.1 ?室內合成

室內優選合適的原料，探索適宜的實驗步驟，合成出活性乳化聚丙烯酰胺。

1.1.1 ?原料

丙烯酰胺（晶體）、疏水功能單體、OP-15（工業級）、斯盤60（工業級）、過硫酸鉀（分析純）、亞硫酸氫鈉（分析純）、純堿（工業級）、尿素（工業級）。

1.1.2 ?實驗器材

1.5 L杜瓦瓶、高純氮（99.999%以上）、2 L塑料量杯、電子天平、分析天平、100 ℃溫度計、恒溫水浴鍋、懸臂式攪拌器、電熱鼓風干燥箱。

1.1.3 ?實驗步驟

（1）取250 mL燒杯加入100 mL純水，加入1～5 g疏水功能單體，再分別加入一定量的OP-15和斯盤60，于60～65 ℃下加熱攪拌1 h。

（2）另取1?000?mL燒杯加入總質量21%的丙烯酰胺晶體和一定量的純水攪拌溶解，然后加入一定量的純堿（按照規定水解度）及尿素溶解。

（3）將溶解好的親油功能單體加入丙烯酰胺溶液中，調節聚合初始溫度為14～18?℃，通氮10?min后，每隔10?min按順序加入一種氧化還原復合引發體系，待全部加完，繼續通氮5?min后停止通氮，封口，觀察反應溫度升至最高點取出膠塊，于80?℃下水解10?h，烘干、粉碎得到產品。

1.2 ?合成影響因素分析

1.2.1 ?親油功能單體種類對聚合物溶解性影響

親油功能單體種類對聚合物溶解性影響見表1。

黏度測試條件：鹽水礦化度4 000 ppm，溫度45 ℃，母液濃度1 000 ppm

由以上結果知，十二烷基丙烯酰胺由于碳鏈較小，導致產物親油性差，親水性強，溶解速度過快，聚合物黏度偏低;隨著功能單體碳鏈的增加，溶解性逐漸變差，說明親油性逐漸增強，但碳鏈太長增加接枝難度，導致聚合物不溶。因此綜合三個因素，優選出合適的親油功能單體為十四烷基丙烯酰胺。

1.2.2 ?親油功能單體加量對聚合物溶解性影響

功能單體的合適加量對聚合物的溶解性和黏度均有影響，因此對加量進行優選。不同加量下溶解時間和黏度關系見圖1、圖2。

由圖1、圖2可知，隨著加量的增加，溶解時間呈先降低后升高的趨勢，以2.5%～3.2%最佳，而黏度呈先升高后降低的趨勢，以2.5%～3.0%最佳，綜合二者的最佳量考慮，親油功能單體加量優選為AM用量的2.5%～3.0%。

1.2.3 ?引發劑加量及比值對聚合物黏度的影響

引發劑加量過小會導致不聚或聚合緩慢，而加量過大會導致聚合速度過快，甚至爆聚，影響膠體質量和黏度，通過評價聚合物的黏度（檢測方法同上）優選出引發劑加量及兩種引發劑的最佳比值。結果見圖3、圖4。

由圖3可知，當兩種引發劑總加量為AM的200 mg/L時聚合物黏度最高，由圖4可知，當Y/H的比值控制在1.8時，聚合物黏度最高，因此優選出氧化劑加量為130 mg/L，還原劑加量為70 mg/L。

1.2.4 ?聚合初始溫度對聚合物黏度的影響

對于設計水解度25%的堿量在丙烯酰胺水溶液中會有一定的溶解度限制，在10 ℃以下堿會析出，導致不聚，而溫度太高會產生爆聚，導致分子鏈斷裂，黏度降低，因此，需對聚合初始溫度進行優選。結果見表2。

由表2看出，初始溫度過低形成的膠體較軟，質量不理想，并且聚合物黏度較低;而初始溫度過高又會導致爆聚，形成的膠體較脆、無彈性，使得聚合物溶解性較差^[4]。綜合聚合反應時間、膠體質量和黏度三個因素考慮，優選出最佳初始溫度為14～18 ℃。

1.2.5 ?表面活性劑加量對聚合物乳化能力的影響

由于該產品引入了兩種表面活性劑，通過評價聚合物對原油的乳化效果和速度（與原油1∶1混合后的乳化效果和24 h析水率）優選其最佳加量（聚合物溶液濃度1 000 ppm）。結果見表3和圖5。

由表3看出，隨著表活劑加量的增加，乳化速度逐步加快，在4.0%～5.0%之間時，僅需震搖100～150次即可乳化，說明表活劑的加入對加快乳化速度有明顯作用。考慮成本問題，優選出兩種表活劑總量為4.0%。

由圖5可知，斯盤60加量為AM的1.0%～2.0%時，乳化效果較好，24 h乳化析水率最低，根據表3中優選出的兩種表活劑總量為4.0%，得出OP-15加量為AM的2.0%～3.0%（表活劑的量以折百計）。

2 ?性能評價

2.1 ?增黏性評價

將活性乳化聚丙烯酰胺用大港油田港西某區塊的采出水配制成不同濃度的溶液，分別與不同分子量的常規聚合物在65 ℃下進行黏度對比。結果見圖6。

由圖6可知，不同聚合物溶液的黏度隨著濃度增加而增大，在1 500 mg/L附近存在一個臨界濃度，當聚合物溶液濃度大于此臨界濃度時，黏度上升趨勢特別明顯^[5]，明顯優于其他常規聚合物。

2.2 ?穩定性評價

將活性乳化聚丙烯酰胺和其他常規聚丙烯酰胺用同一區塊的采出水配制成1 000 mg/L濃度的溶液，密封放置于65 ℃烘箱中，分別檢測1、3、5、7、15、30、60、90 d的黏度，并繪制黏度—時間關系曲線，見圖7。

由圖7可知，常規聚丙烯酰胺在1 000 mg/L濃度下，黏度均隨時間變化而降低，而活性乳化聚丙烯酰胺溶液的黏度變化平穩，降低幅度小，黏度保留率高，表現出較高的黏度穩定性。

2.3 ?乳化性能評價

將不同濃度的活性乳化聚丙烯酰胺溶液和常規聚丙烯酰（2 500萬）溶液分別與同一區塊目標油藏的脫水原油進行1∶1（體積比10 mL∶10 mL）混合，用力振蕩300次后，放入25 mL具塞管中，于65 ℃烘箱中恒溫30 min，觀察不同時間段、不同聚合物的乳化情況。結果見圖8-11。

由圖8和圖9可知，不同濃度的活性乳化聚丙烯酰胺溶液與原油混合后乳化快，7 d后除600 ppm和800 ppm的溶液底部出現水層，其余濃度乳化效果良好，說明該產品在1 000 ppm濃度以上與原油的乳化穩定性更好。

由圖10和圖11可知，乳化2 h后，不同濃度活性乳化聚丙烯酰胺的乳化效果明顯優于常規聚合物與表活劑混合的效果，表現出較強的乳化能力^[6]。

3 ?結論

本文合成出一種具有活性乳化功能的聚丙烯酰胺驅油劑，對其聚合過程中的影響因素進行了分析，優選出最佳配方，在此研究基礎上，又將產品與常規聚合物進行性能對比評價，得出一些結論，歸納如下：

（1）優選出親油功能單體為十四烷基丙烯酰胺，其合適加量為2.5%～3.0%;

（2）優選出氧化還原復合引發體系的加量為：氧化劑130 mg/L，還原劑70 mg/L;

（3）優選出聚合初始溫度為14～18 ℃;

（4）優選出兩種表活劑的合適加量：斯盤60加量為1%～2%，OP-15加量為2%～3%;

（5）活性乳化聚丙烯酰胺在油田采出水中的增黏能力和黏度穩定性均優于常規高分、超高分聚合物;

（6）活性乳化聚丙烯酰胺與常規聚合物對比，對原油的乳化能力更強，且形成的乳狀液穩定，可持續7 d不分層。

參考文獻：

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