LH2500聚合物驱油体系中聚合物浓度检测方法研究

黄金

LH2500聚合物驱油体系中聚合物浓度检测方法研究

黄金

中国石油大庆油田有限责任公司第四采油厂（黑龙江大庆163511）

聚合物驱是目前提高采收率的重要方法之一，准确检测驱油体系中聚合物的质量浓度对于保证驱油效率非常重要。在相同注入量的条件下，LH2500聚合物驱油体系的含水下降幅度和采收率提高值均优于同区其他的普通聚合物驱油体系，但现场应用时发现次氯酸钠浊度法不能检测其浓度。通过分析元素和影响因素，采用提高检测用试剂浓度的方法对次氯酸钠浊度法进行改进，建立了LH2500聚合物驱油体系中聚合物浓度的检测方法。检测条件为乙酸浓度为5mol/L、次氯酸钠溶液的体积分数为2.5%，用量均为10mL。应用改进后的次氯酸钠浊度法检测配制体系聚合物溶液和注入井口聚合物溶液，检测准确度为95%以上，变异系数分别为1.03%和1.50%，满足化验检测要求。

聚合物驱；浊度法；聚合物浓度

聚合物驱是目前最主要的三次采油技术。为有效利用采出污水、降低水资源浪费、减轻环境污染，2001年王宝江等[1]提出了“清水配制、暴氧污水稀释”的聚合物溶液配制方法，使采出污水得到了有效利用。但是，为保持较高的聚合物驱提高采收率效果，需提高聚合物用量，导致开采成本增加。周浩、张晓芹等[2-3]通过室内评价优选出性能较优的LH2500抗盐聚合物，可使采收率提高13.8%，比采用黏均相对分子质量为2 500万的普通聚合物高4.9%。目前LH2500聚合物已进入现场试验[3-4]，在相同注入量的条件下，含水下降幅度和采收率提高值均优于同区的普通聚合物驱油体系，数值模拟预测最终采收率可提高15%以上。现场应用发现，配注体系普通聚合物浓度的检测方法——次氯酸钠浊度法[5]不能检测LH2500聚合物的有效浓度，影响注入体系质量的跟踪监测，为了及时跟踪监测注入体系的质量，研究了LH2500聚合物浓度的检测方法，为现场检测该类聚合物浓度提供了技术支持。

1 实验部分

1.1实验仪器和试剂

主要仪器有：UV2550PC分光光度计、vario MACRO cube CHNS元素分析仪。

主要试剂有：次氯酸钠（分析纯）、冰乙酸（分析纯）、普通聚合物、2 500万黏均相对分子质量聚合物、LH2500抗盐聚合物。

1.2次氯酸钠浊度法检测原理

乙酸与次氯酸钠反应生成氯气，氯气与聚合物中的酰胺基反应生成不溶于水的氯代化合物，使溶液变浑浊，溶液的吸光度与聚合物浓度呈线性关系。

1.3次氯酸钠浊度法操作步骤

用移液管吸取5mL稀释好的试样溶液加入到150mL锥形瓶中；用移液管吸取10mL浓度为5mol/L醋酸溶液加入到锥形瓶中，振荡，放置2min；用移液管吸取10mL体积分数为1.3%次氯酸钠溶液加入锥形瓶中，振荡，放置15min；用分光光度计在470nm下测其吸光度。参比溶液：5mL注入水，10mL浓度为5mol/L醋酸溶液，10mL体积分数为1.3%次氯酸钠溶液。

2 结果及讨论

2.1浊度法检测LH2500聚合物的适应性

配制不同浓度相对分子质量为2 500万普通聚合物（以下简称HPAM）溶液和LH2500聚合物溶液，应用次氯酸钠浊度法检测各溶液反应后的吸光度，并绘制吸光度-浓度曲线，见图1。结果表明，HPAM的浓度-吸光度曲线具有较好的线性关系，相关系数r=0.998 8，满足标准曲线使用要求。而对于LH2500聚合物，质量浓度在200～300mg/L范围内检测的吸光度均很低且不呈线性关系，不能应用此方法检测溶液中LH2500聚合物浓度。

图1 HPAM和LH2500聚合物浓度和吸光度关系曲线

2.2浊度法无法检测LH2500聚合物的原因分析

应用vario MACRO cube CHNS元素分析仪分析HPAM和LH2500抗盐聚合物的C、H、N、S元素，见表1。

表1 LH2500和HAPM聚合物元素含量分析结果

结果表明，HPAM中不含S元素，LH2500抗盐聚合物中含有S元素，且C、H、N元素含量比HPAM聚合物高，这是由于LH2500是一种AM-AA-AMPS三元共聚物，通过2-丙烯酸酰胺-2甲基丙磺酸（以下简称AMPS）引入S元素。

HPAM聚合物分子式：

LH2500聚合物通过AMPS引入磺酸基，磺酸基会产生静电作用和空间位阻作用，使氯气与分子链上酰胺基的反应难度增大，降低了酰胺基的氯代反应程度，溶液的吸光度降低，并且吸光度不随溶液浓度增加呈线性变化。

2.3检测条件优化

通过分析得出，次氯酸钠浊度法无法检测LH2500聚合物浓度的主要原因是磺酸基的静电作用和空间位阻作用导致氯代反应程度低，为提高反应程度，采取提高体积分数为1.3%次氯酸钠用量、固定次氯酸钠用量提高体积分数、固定体积用量提高乙酸浓度的方法。

2.3.1 提高1.3%次氯酸钠用量

将体积分数为1.3%次氯酸钠用量从10mL提高到20、30mL，参照次氯酸钠浊度法操作步骤检测LH2500聚合物清水体系不同浓度溶液反应后的吸光度，见表2。结果表明，提高1.3%次氯酸钠用量可提高吸光度，但无明显规律且不能达到化验检测要求。

表2 体积分数为1.3%次氯酸钠用量对吸光度的影响

2.3.2 提高次氯酸钠体积分数

固定次氯酸钠溶液用量为10mL，提高次氯酸钠体积分数，参照次氯酸钠浊度法操作步骤检测LH2500聚合物清水体系不同浓度溶液反应后的吸光度，应用R语言软件分析聚合物浓度与吸光度之间的线性关系，见表3。由表3中数据可知，当次氯酸钠体积分数提高到2.0%以上时，相关系数达到0.99以上，当次氯酸钠体积分数提高到2.5%时，相关系数最高，达到0.999 2，且各浓度点吸光度最高。因此，选择2.5%作为检测用次氯酸钠体积分数。

2.3.3 调整乙酸浓度

对比次氯酸钠的调整结果可知，提高浓度效果优于增大用量，因此只调整乙酸的浓度。固定次氯酸钠溶液和乙酸溶液用量均为10mL、次氯酸钠体积分数为2.5%，改变乙酸浓度，参照次氯酸钠浊度法[5]操作步骤检测LH2500聚合物清水体系不同浓度溶液反应后的吸光度，应用R语言软件分析聚合物浓度与吸光度之间的线性关系，见表4。结果表明，随着乙酸浓度的增加，吸光度逐渐增大，但当乙酸浓度提高到6mol/L，各浓度点吸光度减小；乙酸浓度在3～6mol/L范围内，相关系数均达到0.99以上，当乙酸浓度为5mol/L时，相关系数最大，r=0.999 2，因此乙酸最佳浓度为5mol/L。

表3 次氯酸钠浓度对吸光度影响结果

表4 乙酸浓度对吸光度影响结果

因此检测LH2500聚合物驱油体系中聚合物浓度时，乙酸溶液浓度为5mol/L、次氯酸钠溶液的体积分数为2.5%，用量均为10mL。操作步骤与原次氯酸钠浊度法相同。

2.4检测方法验证

2.4.1 应用配制体系聚合物溶液验证检测方法

使用清水配制质量浓度为1 000mg/L的LH2500聚合物母液，清水稀释到不同浓度，用改进后的浊度法检测各浓度的吸光度，标准曲线见图2。应用R语言软件分析聚合物浓度与吸光度之间的线性关系，相关系数r=0.999 3，满足标准曲线使用要求。

图2 改进后浊度法测定配制体系聚合物质量浓度标准曲线

聚合物在生产过程中，不能保证每个批次的产品完全一致，因此评价了改进后浊度法对不同批号聚合物干粉的适应性，取不同批号的聚合物干粉，使用清水配制5 000mg/L的聚合物标准溶液，应用改进后的浊度法检测溶液中聚合物浓度，验证改进后浊度法的准确度，详见表5。结果表明，改进后浊度法标准曲线检测的相对误差为-3.88%～1.94%，即准确度达95%以上，满足化验分析准确度要求。

为分析改进后浊度法的精密度，取现场配制系统LH2500聚合物母液，应用改进后浊度法分10次检测母液中聚合物浓度，用R语言软件分析检测结果的标准差和变异系数，结果见表6。变异系数为1.03%，说明改进后浊度法精密度较高，可用于检测配制系统LH2500聚合物母液中聚合物浓度。

2.4.2 应用井口聚合物溶液验证检测结果

用现场污水配制1 000mg/L的LH2500聚合物溶液，稀释到相应浓度，用改进后的浊度法检测各浓度的吸光度并绘制标准曲线，见图3。应用R语言软件分析聚合物浓度与吸光度之间的线性关系，相关系数r=0.998 4，满足标准曲线使用要求。

表5 聚合物质量浓度为5 000mg/L标准溶液验证改进后浊度法精度的结果

表6 应用现场聚合物母液验证改进后浊度法精度的结果

图3 改进后浊度法测定井口溶液聚合物质量浓度标准曲线

为评价不同批号干粉配制浓度对改进后浊度法的适应性，取不同批号的聚合物干粉，模拟现场井口溶液配制过程，清水配制5 000mg/L溶液，污水稀释到1 200、1 400、1 600mg/L，制备井口标准聚合物溶液，应用改进后的浊度法检测溶液中聚合物浓度，验证改进后浊度法的准确度，详见表7。结果表明，标准曲线的误差为-4.80%～4.29%，即准确度达95%以上，满足化验分析准确度要求。

为分析改进后浊度法的精密度，取LH2500聚合物区块注入井口聚合物溶液，应用改进后浊度法分10次检测溶液中聚合物浓度，采用R语言软件分析检测结果的标准差和变异系数，见表8。结果表明，变异系数为1.50%，说明改进后浊度法的精密度较高，可用于检测注入井口聚合物溶液中聚合物浓度。

表7 模拟井口标准溶液验证改进后浊度法精度的结果

表8 应用注入井口聚合物溶液验证改进后浊度法精度的结果

3 结论

1）LH2500聚合物通过AMPS引入磺酸基，磺酸基产生的静电作用和空间位阻作用，降低了酰胺基的氯代反应程度，提高次氯酸钠体积分数可有效提高氯代反应程度。

2）次氯酸钠体积分数提高到2.5%的次氯酸钠浊度法可检测LH2500聚合物浓度，应用改进后的次氯酸钠浊度法检测配制体系聚合物溶液和井口取样聚合物溶液，检测结果准确度均在95%以上。

[1]王宝江,李彦兴,姚兰，等.清水配制污水稀释聚合物溶液试验研究[J].大庆石油地质与开发,2001,20(2)：86-88.

[2]Zhang Xiaoqin,Li Xia,Guo Songlin,et al.A Unique Anti-Salt Polymer for EOR[C].SPE Asia Pacific Oil&Gas Conference and Exhibition.Society of Petroleum Engineers,2016.

[3]中国石油大庆油田有限责任公司开发部.聚合物溶液取样及化验操作规程：Q/SY DQ0925—2012[S].

[4]Foshee W C,Jennings R R,West T J.Preparation and Testing of Partially Hydrolyzed Polyacrylamide Solutions[C].SPE An⁃nual Fall Technical Conference and Exhibition.Society of Petroleum Engineers,1976.

[5]郑杰.试验设计与数据分析：基于R语言应用[M].广州：华南理工大学出版社,2016.

Polymer flooding is one of the most important methods to improve oil recovery at present.It is very important to accurately measure the mass concentration of polymer in oil displacement system.At the same injection amount,the water-cut decline and the en⁃hanced oil recovery of LH 2500 polymer oil displacement system are more than those of other common polymer oil displacement sys⁃tems,but in the site application,it is found that the concentration of the polymer cannot be measured using the sodium hypochlorite tur⁃bidity method.Based on element analysis and the analysis of influencing factors,the sodium hypochlorite turbidity method is improved by increasing the concentration of detection reagent,and the detection method of the polymer concentration in LH2500 polymer flooding system is established.The test conditions are that the acetic acid concentration is 5 mol/L,the volume fraction of sodium hypochlorite so⁃lution is 2.5%,and the dosage is 10 mL.Measuring the polymer concentration of the LH2500 polymer flooding system at the preparing site and wellhead using the improved sodium hypochlorite turbidity method,the detection accuracy is higher than 95%,and the variation coefficient of variation is 1.03%and 1.50%respectively,which meets the requirements of the test.

polymer flooding;turbidity method;polymer concentration

学敏

2016-12-12

黄金（1982-），男，工程师，主要从事油田化学研究。