ASP 復合驅堿對聚合物黏度影響的研究

羅紅芳，馬 陽

（延安職業技術學院，陜西 延安 716000）

復合驅技術已成為油田開發的必然選擇，堿/聚合物復合驅是重要的三次采油技術。該技術通過用聚合物增加驅替液黏度，用堿提高驅替液洗油效率達到提高原油采收率的目的。因此，要達到理想的驅油效果，必須保證復合驅的流度控制能力，即保證堿/聚合物體系的黏度穩定性。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/聚合物驅的研究從20 世紀80 年代中期以來，得到了迅速的發展，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，發現二者濃度較高時，堿對聚合物溶液的降黏作業非常顯著；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。

配制質量分數為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，將對聚合物溶液產生屏蔽作用。

2） Na2SiO3與PAM 黏度測定。

a. 溶液的配制。

配制溶度質量分數為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 反應黏度測定數據表

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 反應黏度測定數據表

3） Na2CO3與PAM 黏度測定

a. 溶液的配制。

配制質量分數為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，并稱取質量分數為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，正交實驗結果表如表3 所示。

表3 Na2CO3 與PAM 反應黏度測定數據表

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，且下降的數值越來越大；當聚合物質量分數為0.5% ，Na2CO3質量分數為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

配制質量分數為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，并在各質量分數的溶液中分別加入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，使分子間和分子內的靜電斥力增大，從而使得聚合物分子鏈從較卷曲狀態轉變為較舒展狀態。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 反應黏度測定數據表

2.3 對Na2CO3 用量的分析實驗

A 組實驗：配制5 份質量分數為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 份質量分數為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。兩組實驗數據如表5 所示。

表5 Na2CO3 與PAM 黏度測定A、B 兩組實驗數據表

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，經過一定時間后黏度基本保持不變或有所下降。

3 結論

1） 堿/聚合物復合體系具有較大幅度提高水驅波及效率和驅油效率雙重作用。

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）。但鹽敏效應又因水解度的升高而加重，因而產生上述堿濃度增加，黏度上升幅度小，達到最高黏度值快的現象。

4） 在聚合物溶液中加入堿后，聚合物分子結構和分子鏈尺寸出現了較大的變化。純聚合物溶液中的聚合物分子呈“網狀”結構。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，所以聚合物分子呈“帶狀”和“網狀”結構。加入堿后溶液中的陽離子產生“電荷屏蔽效應”，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/聚合物復合驅體系對剪切作用敏感，剪切時間短和剪切速率低時，復合驅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，復合驅體系黏度損失較大且無法恢復。聚合物的形態結構產生變化，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，因實驗室聚合物種類有限，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，導致數據存在異常變動。