三元复合驱用缔合聚合物浓度检测方法优选

高飞龙，郭拥军1，，周竞达，梁严，宋汝彤

(1.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室西南石油大学，四川成都 610500;2.西南石油大学化学化工学院，四川成都 610500)

三元复合驱是油田三次采油提高采收率一个重要的驱油方法，三元注入液除含有缔合聚合物外，还含有石油磺酸盐等表面活性剂及碱NaOH。缔合聚合物是驱油剂质量的重要指标，采出液中也存在缔合聚合物，增大了污水处理的难度［1］。因此，如何在现场条件下准确方便的检测三元复合驱体系中缔合聚合物溶液浓度，对于研究三元复合驱采油及其采出液的处理意义重大。

近年来，有关聚合物浓度分析技术发展很快，国内外均有大量文献报道［2-6］，主要有淀粉-碘化镉比色法、浊度法、紫外分光光度法、超滤浓缩薄膜干燥法、化学发光定氮法、氨电极法、离子色谱法、量热法等。其中前3种为油田常用的方法，近年来的研究主要集中在如何完善、改进测定条件，以提高准确性，同时也用于复合驱中聚丙烯酰胺浓度检测;后几种方法为新发展的方法，具有各自特殊的优点，但需要专用仪器，设备昂贵、操作复杂，不太适合于现场使用。

考虑到现场实际条件，因此本文考察淀粉-碘化镉法、浊度法的现场适应性和有效性，同时为了让操作更简便，增加了紫外分光光度法的对比。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

疏水缔合聚合物AP-C1;大庆磺酸盐表面活性剂(有效成分50%);pH缓冲液(pH=5)、饱和溴水、甲酸钠、淀粉、碘化镉、冰醋酸、次氯酸钠、氢氧化钠、硫酸钠、氯化钠、氯化钾、碳酸氢钠、氯化镁均为分析纯;大庆模拟地层水、矿化度见表1。

UV3802型双光束紫外/可见分光光度计。

表1 大庆油田模拟地层水矿化度Table 1 Daqing oil field simulated formation water salinity

1.2 实验方法

1.2.1 淀粉-碘化镉比色法［7-8］向容量瓶中准确加入稀释后的待测样2 mL，25 mL去离子水和5 mL pH缓冲液，摇匀。准确加入1 mL饱和溴水溶液，摇匀后静止15 min。加入1%甲酸钠溶液5 mL，摇匀，静止5 min。加入 5 mL淀粉-碘化镉溶液，静止20 min。用分光光度计在590 nm波长下测试其吸光度，并以广泛pH试纸测定其pH值。

1.2.2 浊度法［9-10］向具塞锥形瓶中准确加入5 mL待测样，5 mol/L冰醋酸溶液10 mL，充分混匀，放置2 min。加入15 mL的13.1 g/L次氯酸钠水溶液，摇匀，静止30 min。用分光光度计在470 nm波长下测试吸光度。

1.2.3 紫外分光光度法 以丙烯酰胺和丙烯酸单元为分子链主体的聚合物在202 nm处产生紫外吸收，在浓度范围40～150 mg/L，吸光度与浓度呈良好的线性关系［11-12］。先绘制聚合物浓度标准曲线，测定待测液在波长为202 nm的吸光度，通过标准曲线反算待测样浓度。

2 结果与讨论

2.1 扫描波长

为了了解三元复合驱体系各组分的吸收峰情况，分别对单独聚合物溶液、单独碱溶液、单独表面活性剂溶液(大庆磺酸盐)以及三元复合驱体系在紫外范围内，进行了波长扫描，结果见图1。

图1 紫外区波长扫描结果Fig.1 The results of ultraviolet wavelength scanning

由图1可知，在220 nm之前，磺酸盐表面活性剂和NaOH都有较强的吸收，会对紫外分光光度法的实验结果造成较大影响。

2.2 标准曲线绘制

配制1.2%NaOH+0.3%磺酸盐表面活性剂+1 000 mg/L缔合聚合物AP-C1溶液50 mL，用去离子水稀释成不同浓度的标准溶液，分别在各自规定的波长下用分光光度计测定吸光度，得到聚合物(AP-C1)标准曲线，见图2。

图2 不同测试方法的三元复合驱体系聚合物浓度标准曲线Fig.2 The standard curve of ASP flooding polymer concentration by different determination method

2.3 碱浓度的影响

2.3.1 淀粉-碘化镉法 聚合物浓度1 000 mg/L，大庆磺酸盐浓度0.3%，考察碱浓度对吸光度的影响，结果见表2。

表2 不同碱浓度体系聚合物浓度测试结果Table 2 Polymer concentration test results of different alkali concentration system

由表2可知，随着碱浓度的增加，吸光度降低，反算浓度与实际聚合物浓度差异变大。

2.3.2 浊度法 保持聚合物(AP-C1 1 000 mg/L)和表面活性剂(0.3%)浓度保持不变，碱浓度对于反算浓度的影响，见表3。

由表3可知，随着碱浓度的降低，三元复合体系下测得的聚合物浓度误差很大。因此建议，在进行浓度测试时尽量保证碱的加量一致，如果碱加量有很大调整，则需要根据实际的碱加量重新测试绘制标准曲线。

表3 不同碱浓度体系聚合物浓度测试结果Table 3 Polymer concentration test results of different alkali concentration system

2.4 大庆磺酸盐表面活性剂浓度的影响

2.4.1 淀粉-碘化镉法 聚合物浓度1 000 mg/L，碱浓度1.2%，大庆磺酸盐表面活性剂的浓度对吸光度的影响，见表4。

表4 不同表面活性剂浓度体系聚合物浓度测试结果Table 4 Polymer concentration test results of different surfactant concentration system

由表4可知，表面活性剂对聚合物浓度测量有一定的影响，其平均误差在5%左右，整体影响较小。

2.4.2 浊度法 聚合物(AP-C1 1 000 mg/L)和碱(1.2%)浓度保持不变，改变大庆磺酸盐表面活性剂浓度，表活剂浓度对于反算聚合物浓度的影响，见表5。

表5 不同表面活性剂浓度体系聚合物浓度测试结果Table 5 Polymer concentration test results of different surfactant concentration system

由表5可知，随着大庆磺酸盐表面活性剂加量的增加，反算浓度也随之增加。相对误差基本上在5%以内，表面活性剂浓度大小对缔合聚合物浓度测试的整体影响比碱浓度的影响小。

2.5 浓度测试验证

2.5.1 淀粉-碘化镉法 大庆磺酸盐浓度0.3%，碱浓度1.2%保持不变，改变聚合物浓度，考察浓度测试误差，结果见表6。

由表6可知，在碱和磺酸盐表面活性剂浓度不变的情况下，三元复合驱中的聚合物浓度测试结果在6.54%以下，但平行样间误差较大，达到4%。

表6 不同聚合物浓度体系的测试结果Table 6 The test results of different polymer concentration system

2.5.2 浊度法 大庆磺酸盐表面活性剂(0.3%)和碱(1.2%)质量浓度保持不变，改变聚合物APC1的浓度，浓度从 500～1 500 mg/L稀释到200 mg/L时，测定结果见表7。

表7 不同聚合物浓度体系的测试结果Table 7 The test results of different polymer concentration system

2.5.3 紫外分光光度法 大庆磺酸盐和碱浓度保持不变，改变聚合物浓度，结果见表8。

表8 不同浓度聚合物体系测试结果Table 8 The test results of different polymer concentration system

由于202 nm处，磺酸盐表面活性剂和NaOH都有吸收峰，会对实验结果造成影响，尤其是大庆磺酸盐表面活性剂的影响较大，所以目标溶液稀释到100 mg/L，相对大庆磺酸盐表面活性剂和NaOH高的含量为500 mg/L的聚合物溶液三元复合体系，其误差较大。

2.6 pH

各聚合物溶液稀释至浓度为100 mg/L后所测得各pH值见表9。

由表9可知，碱与聚合物体系为强碱性，磺酸盐表面活性剂与聚合物体系呈弱酸性，三元复合体系呈弱碱性。

表9 不同复合驱体系pH测试结果Table 9 Test results of different complex flooding system pH value

2.7 3种测试方法的准确度对比

缔合聚合物含量为500，1 500 mg/L的3元复合体系，3种方法的测定结果见表10、表11。

表10 3种浓度检测方法结果对比Table 10 The comparison between results of three kinds of concentration detection method

表11 3种浓度检测方法结果对比Table 11 The comparison between results of three kinds of concentration detection method

由表10和表11可知，测试三元复合体系中聚合物浓度最优的是淀粉-碘化镉法，其次是浊度法，紫外分光光度法测定三元复合驱中缔合聚合物浓度误差较大。

3 结论

(1)从准确度角度来看，测试三元复合体系中缔合聚合物浓度最优的方法是淀粉-碘化镉法，其次是浊度法，紫外光谱法误差较大，仅可作粗略考察时采用。

(2)淀粉-碘化镉法和浊度法都受碱和磺酸盐表面活性剂的影响，尤其受碱浓度影响较大。在碱浓度一定的情况下，聚合物浓度测试结果与实际浓度差异均不大，所以三元复合驱体系的配方调整时，特别是碱的加量有调整时，需要重新绘制相应标准曲线。

(3)淀粉-碘化镉法测定三元复合体系中缔合聚合物浓度相对误差最小，应用最为广泛，但是此方法稀释倍数过高，操作过程相对复杂，反应条件不易掌握，测量时容易引入人为误差，重复性难以保证。浊度法测试的反应时间为30～40 min，配制的1.31%次氯酸钠溶液尽量现配现用，存储期不应太长，且浊度法易受水质影响，在现场测试中容易引起误差。因此，配注污水有明显变化时，需要重新绘制相应标准曲线。

(4)在室内实验研究中淀粉-碘化镉法和浊度法两种方法在碱含量与标准曲线差异不大的情况下均适用。考虑浊度法操作更为简单方便，所以在现场实际条件下，建议采用浊度法进行检测。

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