配制条件对聚合物溶液粘度影响因素研究

张敏

【摘 要】在聚驱或复合驱现场试验存在聚合物溶液粘损严重的問题，为减少粘损，首先从聚母液配制过程中配制条件入手，对影响聚合物溶液粘度因素进行探讨讨，开展了一系列试验，确定减少粘损的配制条件，指导现场施工。

【关键词】配制条件;熟化时间;温度;配制用水;搅拌速度;减少粘损

聚合物驱是重要的三次采油技术，主要应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积越大，驱油效果越理想，聚合物驱或复合驱矿场试验施工中，聚合物溶液粘度损失严重，需要对不同环节寻找原因并及时整改，尽可能减少粘损，在配制站配制聚母液时，母液的熟化时间、配制水温度、配制用水等因素对聚合物溶液粘度均有影响，为了确定减小影响粘损的配制条件，开展了一系列实验，以期指导现场聚母液的配制。

1.实验

1.1实验方法

1.1.1熟化时间的确定

48℃下用深度处理污水配制5000mg/L的聚合物母液搅拌2小时后， 48℃下再分别熟化0、2、4、6小时后，48℃下测聚合物溶液粘度，然后用吴茵搅拌器4000/min剪切160S，在48℃测溶液粘度。

1.1.2配制用水的确定

43℃下用深度处理污水配制5000mg/L的聚合物母液，搅拌2小时后43℃下熟化4小时，分别用深度处理污水、回注污水稀释成2500mg/L的目的液（搅拌30min），在43℃和55℃测目的液粘度。

1.1.3配制温度的确定

不同配制温度30℃、48℃下，用深度处理污水配制2500mg/L的聚合物目的液，搅拌2小时后分别在上述两温度下再熟化4小时后，在30℃、48℃测溶液粘度，然后用吴茵搅拌器4000/min剪切160S，测溶液粘度。

1.2实验条件

1.2.1实验用聚合物：为现场用的聚合物样品。

1.2.2实验用水：深度处理污水、回注污水。

1.2.3实验温度：48℃、43℃、30℃。

2.结果与讨论

2.1熟化时间的确定

在48℃下聚母液用深度处理污水配制，随着熟化时间的增加，未剪切的聚母液粘度逐渐上升，但熟化6-8小时情况下，粘度相差不多，说明聚合物在水中溶解，包括溶胀和水解的过程【2】【3】，短时间内只溶胀，水解的不充分，即聚合物分子链舒展程度不充分，体现溶液粘度相对低，随着时间增加水解的充分，分子链相对舒展，粘度有所增加，但水解一定程度即不再变化，表现在溶液粘度上随时间再增加变化也不大。而剪切后的聚母液粘度却相反，熟化时间越短剪切后粘度越高，随着熟化时间的增加，粘度下降，而且均比未剪切的高，剪切4-6小时粘度相差不多，但均比未剪切的高，说明熟化时间短，水解不充分粘度低，而剪切后经过搅拌作用，水解的更充分，因此粘度反而高，综合测试结果认为熟化4-6小时较合适。

2.2配制用水确定

对配制聚合物所用的深度处理污水、回注污水进行水质分析，对比两种水分析参数，找出粘度变化的影响因素。

深度处理污水中不含钙、镁离子，矿化度适中，不会使聚合物发生降解，而回注污水中含有钙、镁离子，当溶液中含有Ca2+时【4】，能引起HPAM降解，溶液粘度下降，若Ca2+含量较大的情况下，甚至会使HPAM溶液产生沉淀而失效，Mg2+对HPAM稳定性的影响比Ca2+小，一般情况下，Ca2++Mg2+浓度最好控制在100mg/L以下【5】。

在配注聚合物溶液的水源选择上【6】，优先选择低矿化度的水源水，并严格限制二价阳离子的含量，矿化度高，聚合物溶液粘度低，残余阻力系数低，影响聚合物驱采收率，据资料表明：同是在正韵律油层条件下，当地层水矿化度由2500mg/L增至5～10×104mg/L时，采收率提高幅度将降低1/3～1/2，高价阳离子不但能严重降低聚合物溶液粘度，而且引起聚合物交联，使聚合物从溶液中沉淀出来，即聚合物与地层水不配伍。一般认为最适宜聚驱的地层水矿化度为1603～30435mg/L，其中二价阳离子含量为7～738mg/L，因此无论是深度处理污水还是回注污水，从矿化度角度来考虑，均很低，都非常适合聚驱，而从水中Ca2+、Mg2+离子含量角度来考虑，配制聚合物最好用深度处理污水。

2.3配制用水对聚合物目的液粘度的影响实验研究

43℃下，母液熟化6小时后，深度处理污水稀释的目的液粘度比回注污水稀释的目的液粘度高，而且不论哪种稀释用水，随着温度从43℃升到地层温度55℃下，目的液粘度均下降将近10mPa，s，下降约3%。这是由于回注污水中含有Ca2+、Mg2+，对聚合物产生降解，导致溶液粘度下降，而且温度高会使聚合物水解度增大，分子链更舒展，易发生断链而降解。

2.4温度对聚合物目的液剪切前后粘度的影响实验研究

在30℃和48℃下用深度处理污水配制2500mg/L的聚合物目的液熟化6小时后，无论剪切与未剪切，在48℃条件下的粘度均比30℃的高，说明温度高有利于聚合物的溶解，HPAM分子中的酰胺基水解转化为羧基使大分子内部产生静电斥力，分子水动力学体积膨胀，分子链舒展，溶液粘度增加，在不同温度下，HPAM水解速度差别很大，温度高水解快，对于高浓度聚合物母液，主要表现在粉剂分散溶解上，温度高利于溶解，但温度不是越高越好【7】，随着温度的升高粘度逐渐降低，温度每升高10℃，粘度下降20%左右，这是由于温度升高分子运动速度加剧，高分子之间的缠结被部分解开【8】，同时聚合物碳链断裂，使粘度下降，温度控制在50℃以下【9】。

剪切后，粘损也是48℃的比30℃的大，可能是分子链越舒展，剪切后越易断裂，粘损越大，由于30℃较48℃温度低些，溶解后的聚合物分子链并不是达到最佳的舒展程度，剪切后聚合物舒展的分子链断裂的程度相对低些，因此粘损也相对低些。

2.5溶解速度的确定

当HPAM遇水后，首先在粉粒表面形成凝胶层【10】，然后溶解。因此在配制粉剂HPAM时，应使粉剂均匀地分散在水中，如果粉剂未分散，形成凝胶层后，层内干粉不能与水接触而形成“鱼眼”，另外，在HPAM溶解期间应采用低速的搅拌器搅拌，加快凝胶层中的HPAM分子向水中扩散，以促进溶解。当采用螺旋桨搅拌时，转速不应该超过1000r/min（最好是小于500～400r/min），否则会使HPAM降解。

3.结论

3.1聚合物母液最佳熟化时间为4～6小时。

3.2温度是采出液处理后的温度即可（43-48℃）。

3.3深度处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。

【参考文献】

【1】张金国著，《聚合物溶液粘度的主要影响因素分析》，断块油气田，第12卷第1期，2005年1月，第57页。

【2】胡仲博主编，刘恒，李林主编，《聚合物驱采油工程》，石油工业出版社，1997年，第3页。

【3】陈绍炳，李学军著，《部分水解聚丙烯酰胺的水溶液性质》，油田地面工程（OSE），第10卷，第5期（1991年10月），第36页。

【4】胡仲博主编，刘恒，李林主编，《聚合物驱采油工程》，石油工业出版社，1997年，第51页。