ASP 復合驅(qū)堿對聚合物黏度影響的研究

羅紅芳，馬 陽

（延安職業(yè)技術(shù)學院，陜西 延安 716000）

復合驅(qū)技術(shù)已成為油田開發(fā)的必然選擇，堿/聚合物復合驅(qū)是重要的三次采油技術(shù)。該技術(shù)通過用聚合物增加驅(qū)替液黏度，用堿提高驅(qū)替液洗油效率達到提高原油采收率的目的。因此，要達到理想的驅(qū)油效果，必須保證復合驅(qū)的流度控制能力，即保證堿/聚合物體系的黏度穩(wěn)定性。由于堿/聚合物體系黏度主要由體系中聚合物貢獻，則所有影響聚合物黏度的因素均會對堿/聚合物體系造成威脅。堿/聚合物驅(qū)的研究從20 世紀80 年代中期以來，得到了迅速的發(fā)展，對堿和聚合物長期相互作用也進行了研究。在室溫下，通過用蒸餾水配制堿和聚合物溶液并研究其相互作用，發(fā)現(xiàn)二者濃度較高時，堿對聚合物溶液的降黏作業(yè)非常顯著；而不同的堿對聚合物溶液的影響也不一致。

加入堿會使聚丙稀酰胺溶液黏度比初始降低，而隨著水解時間的增長，聚合物溶液濃度會逐漸增大。本文系統(tǒng)研究堿和聚合物相互作用對聚合物溶液黏度的影響。

1 實驗部分

1.1 主要實驗材料

實驗室常用聚丙烯酰胺（PAM），粉狀含固量大于92%，相對分子質(zhì)量為（500～800） ×104，膠體含固量為（8±0.2） %。堿試劑有NaOH、Na2CO3以及Na2SiO3，所有化學試劑均不低于化學純。

1.2 主要實驗儀器

高速攪拌機和六速旋轉(zhuǎn)黏度計。

1.3 實驗過程

1） NaOH 與PAM 黏度測定。

a. 溶液配制。

配制質(zhì)量分數(shù)為0.4%、0.5%、0.6%的PAM溶液各500mL，在6000r/min 高速下攪拌5min 后測其黏度。

b. NaOH 的加入。

測得溶液的初始黏度為6、7.5、8。在聚合物溶液中分別加入0.02%、0.05%、0.1% 的NaOH所得正交實驗結(jié)果如表1 所示。

由實驗可得：NaOH 的加入使聚合物溶液黏度降低，加入堿后所形成的二元復合體系黏度低于純聚合物溶液的黏度。但隨著水解時間的增長以及堿和聚合物濃度的增加，溶液黏度會逐漸增大。當堿的含量超過臨界值時，將對聚合物溶液產(chǎn)生屏蔽作用。

2） Na2SiO3與PAM 黏度測定。

a. 溶液的配制。

配制溶度質(zhì)量分數(shù)為0.4%、0.5%、0.6% 的PAM 溶液各500mL，在6000r/min 高速下攪拌5min 后測其黏度，并稱取0.05%、0.1%、0.15%的Na2SiO3。

表1 NaOH 與PAM 反應(yīng)黏度測定數(shù)據(jù)表

b. Na2SiO3與PAM 水解正交實驗。

各濃度溶液初始黏度為5、6、7，正交實驗結(jié)果如表2 所示。由正交實驗得出：Na2SiO3的降黏作用顯著，Na2SiO3與PAM 的濃度分別為0.5%、0.1%，水解時間為5min 效果最好。

表2 Na2SiO3 與PAM 反應(yīng)黏度測定數(shù)據(jù)表

3） Na2CO3與PAM 黏度測定

a. 溶液的配制。

配制質(zhì)量分數(shù)為0.4%、0.5%、0.6%的PAM溶液各500mL，在6000r/min 高速下攪拌5min 后測其黏度，并稱取質(zhì)量分數(shù)為0.2%、0.4%、0.6%的Na2CO3三份。

b. Na2CO3與PAM 溶液水解正交實驗。

PAM 溶液各濃度初始黏度為5.5、6.5、7.5，正交實驗結(jié)果表如表3 所示。

表3 Na2CO3 與PAM 反應(yīng)黏度測定數(shù)據(jù)表

由正交實驗得出：隨著Na2CO3濃度的增加，聚合物溶液剪切降黏作用減弱，黏度下降，且下降的數(shù)值越來越大；當聚合物質(zhì)量分數(shù)為0.5% ，Na2CO3質(zhì)量分數(shù)為0.1% ，水解時間為5min 時，效果最好，堿/聚合物復合體系溶液黏度穩(wěn)中有升。

2 加堿效果評價

三種堿對聚合物溶液黏度影響的效果，評價結(jié)果如圖1 所示。

圖1 不同堿對聚合物黏度的影響變化

隨著堿濃度的增加，聚合物溶液剪切降黏作用減弱，黏度下降，且下降的數(shù)值越來越大。NaOH 和Na2SiO3對PAM 溶液黏度的影響比Na2CO3稍大一些，黏度下降稍多一些。實驗進一步研究Na2CO3對PAM 溶液黏度的影響。

2.1 對Na2CO3 的影響效果進一步進行研究

配制質(zhì)量分數(shù)為0.4%、 0.5%、0.6%的PAM溶液300mL 各三份，高速攪拌機攪拌3min 后測其黏度，并在各質(zhì)量分數(shù)的溶液中分別加入0.05%、0.1%、0.15%的Na2CO3攪拌均勻，靜置24h 后測定黏度，黏度測定結(jié)果如圖2 所示。

圖2 不同水解水解黏度測定對比圖

2.2 Na2CO3 濃度對聚合物溶液黏度的影響

如表4 所示，隨著Na2CO3濃度的增加，聚合物溶液剪切降黏作用減弱，黏度下降，且下降的數(shù)值越來越大。我們認為，是通過兩個機理來改變聚丙烯酰胺溶液黏度的。一是堿提供陽離子進入聚合物溶液中，通過離子屏蔽作用降低聚合物的黏度。二是堿的加入可以促進聚合物鏈上的酰膠基水解，增加分子鏈上負電荷量，使分子間和分子內(nèi)的靜電斥力增大，從而使得聚合物分子鏈從較卷曲狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^舒展狀態(tài)。這一過程會使聚合物黏度增加。因此，堿對聚合物溶液黏度的綜合影響取決于這兩種作用的程度。

表4 不同濃度Na2CO3 與PAM 反應(yīng)黏度測定數(shù)據(jù)表

2.3 對Na2CO3 用量的分析實驗

A 組實驗：配制5 份質(zhì)量分數(shù)為0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0% 的PAM 溶液400mL，攪拌均勻后測其黏度后，分別加入0.6g 的Na2CO3，編記順序。

B 組實驗：配制5 份質(zhì)量分數(shù)為0.6%的PAM溶液400mL，攪拌均勻后測其濃度后分別加入0.12%、0.15%、0.18%、0.21%、0.24%的Na2CO3編記順序。兩組實驗數(shù)據(jù)如表5 所示。

表5 Na2CO3 與PAM 黏度測定A、B 兩組實驗數(shù)據(jù)表

Na2CO3與聚合物長期接觸后，隨接觸時間增長，堿/聚丙烯酰胺溶液黏度不斷升高，初始階段上升較快，以后速度減慢，經(jīng)過一定時間后黏度基本保持不變或有所下降。

3 結(jié)論

1） 堿/聚合物復合體系具有較大幅度提高水驅(qū)波及效率和驅(qū)油效率雙重作用。

2） 堿與聚合物長期接觸后，隨接觸時間增長堿/聚丙烯酰胺溶液黏度不斷升高，初始階段上升較快，以后速度減慢，經(jīng)過一定時間后黏度基本保持不變或有所下降。

3） Na2CO3體系出現(xiàn)白色絮狀沉淀，因而測得上層清液黏度都有所降低，隨著堿濃度增加，黏度上升幅度減小，同時達到最高黏度值的時間縮短。這是由于堿濃度增加，聚丙烯酰胺鹽敏性增強，同時聚丙烯酞胺水解速度加快。堿性水解由于靜電排斥作用是一個阻滯過程，并且水解度達到60%以后即達到飽和的緣故。聚合物黏度隨水解度升高而增大（一般達到30%～40%水解度后黏度不再增大）。但鹽敏效應(yīng)又因水解度的升高而加重，因而產(chǎn)生上述堿濃度增加，黏度上升幅度小，達到最高黏度值快的現(xiàn)象。

4） 在聚合物溶液中加入堿后，聚合物分子結(jié)構(gòu)和分子鏈尺寸出現(xiàn)了較大的變化。純聚合物溶液中的聚合物分子呈“網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)。加入堿后溶液中的離子強度增加，聚合物分子鏈上的擴散雙電層被壓縮，分子鏈開始明顯蜷縮，以線團狀態(tài)存在且線團之間也沒有分子鏈牽連，每個線團處于相對獨立的狀態(tài)，所以聚合物分子呈“帶狀”和“網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)。加入堿后溶液中的陽離子產(chǎn)生“電荷屏蔽效應(yīng)”，影響了聚合物分子在溶液中的伸展程度，分子之間相互纏繞的機會下降，在一定程度下分子鏈段的取向程度降低，從而使聚合物溶液黏度降低。

5） 堿/聚合物復合驅(qū)體系對剪切作用敏感，剪切時間短和剪切速率低時，復合驅(qū)體系黏度損失較小且可部分恢復；剪切時間長和剪切速率高時，復合驅(qū)體系黏度損失較大且無法恢復。聚合物的形態(tài)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，同時加速了其水解，使堿/聚合物復合體系黏度有較大幅度上升。

4 實驗存在的問題

實驗沒有對不同聚合物的效果做研究，因?qū)嶒炇揖酆衔锓N類有限，因此只分析了聚丙烯酰胺和三種堿之間的黏度想象及變化。對影響因素及實驗條件的考慮不夠全面，導致數(shù)據(jù)存在異常變動。