新型抗鹽聚合物2500A性能評價

郭營營，尼 萌，萬 影，劉 晶，李金環

（中國石油大慶煉化公司研究院，黑龍江大慶163411）

大慶油田二次采油、三次采油成為主要采油手段。對聚合物的需求也由簡單的低、中、高不同分子量陰離子聚合物擴展為適合不同油藏、不同地層，集耐溫、耐鹽、耐剪切等多功能于一體的高性能驅油用聚合物。2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙磺酸（AMPS）是一種含磺酸基團的烯類單體［1］，其作為聚丙烯酰胺類聚合物的功能單體可顯著提高聚合物耐溫、耐鹽性能［2］。

中科院理化研究所通過在聚合物中引入AMPS 等功能單體，使產品性能得到提高，開發出具有優秀性能的產品 LH2500［3］。LH2500 擁有優異的驅油聚合物各項實驗室檢測指標，在礦場試驗中表現出優異的應用性能［4］。

大慶煉化公司研究院為升級現有2500萬聚合物，研究出性能優異的抗鹽聚合物2500A，且經過工業化試生產，可實現工業化穩定生產；經檢測，其性能與LH2500相當。

1 檢測方法

按照行業標準Q/SY 119-2014《驅油用部分水解聚丙烯酰胺技術規范》[5]對樣品的固含量、水解度、粘度、分子量、過濾因子等指標進行檢測。

1.1 固含量的測定方法

聚丙烯酰胺的固含量即從聚丙烯酰胺中除去水分等揮發物后固體物質的百分含量。將一定量的聚合物干粉試樣，在恒溫干燥箱中120±1 ℃條件下烘干2 h，在干燥器中冷卻30 min至恒重，稱量干燥前后試樣質量，按照（1）式計算樣品固含量。

式中S—試樣固含量，%；m—干燥后試樣質量，g；m0—干燥前試樣質量，g。

每個樣品取3個平行樣同時測定，測定值修約至小數點后第2位，取其算術平均值作為結果。單個樣品測定值與平均值偏差大于0.5%時，重新取樣測定。

1.2 水解度的測定方法

測出試樣固含量S的值之后，在500 mL 燒杯中將（1/S）g試樣（準確至0.000 1 g）溶于（200～1/S）g的蒸餾水（準確至0.01 g）中，攪拌2 h 至試樣完全溶解，配制成濃度為0.5%的聚合物溶液。

取濃度為0.5%的溶液40.00 g、蒸餾水160.00 g加入500 mL 燒杯中，用立式攪拌器攪拌15 min 至溶液均勻，配制成濃度為0.1%的溶液。

在3 個250 mL 錐形瓶中分別加入濃度為0.1%的溶液30.00 g、蒸餾水100 mL，用等體積的滴管向錐形瓶中加入0.1%的甲基橙和0.25%的靛藍二磺酸鈉指示劑各2滴，攪拌均勻，試樣呈黃綠色。

用鹽酸標準溶液滴定，至試樣溶液顏色變為灰綠色且振蕩后穩定30 s 不變色，即為滴定終點，記下消耗鹽酸標準溶液毫升數。按照（2）式計算水解度：

式中HD—水解度，%；C—鹽酸標準溶液的濃度，mol/L；V—試樣溶液消耗的鹽酸標準溶液的毫升數，mL；m—0.1%試樣溶液的質量，g；23—丙烯酸鈉與丙烯酰胺鏈節質量的差值；71—與1.00 mL 鹽酸標準溶液相當的丙烯酰胺鏈節的質量。

每個試樣至少測定3次，將測定值修約至小數點后2 位，單個測定值與平均值最大偏差在±0.50以內，超過最大偏差應重新取樣測定。

1.3 粘度的測定方法

用燒杯將1.000 0 g 試樣溶于199.00 g 的鹽水中，用立式攪拌器攪拌2 h 至試樣完全溶解；取上述溶液20.00 g 于250 mL 燒杯中，加對應鹽水至100.00 g，用磁力攪拌器攪拌15 min至溶液均勻。

在45 ℃恒溫水浴中加熱15 min后用布氏粘度計測定上述溶液的粘度，每個樣品測定3 次，測定值保留小數點后1位，取平均值為測定結果。

1.4 粘均分子量的測定方法

在燒杯中將（1/S）g 試樣（準確至0.000 1 g）溶于（200～1/S）g 的蒸餾水（準確至0.01 g）中，用立式攪拌器攪拌2 h 至試樣完全溶解，配制成濃度為0.5%的聚合物母液。

取5 個100 mL 的容量瓶，稱取母液4.00 g、6.00 g、8.00 g、10.00 g 分別裝入 4 個容量瓶中，在 5個容量瓶中分別加50 mL緩沖溶液并搖勻；用蒸餾水分別加至100 mL刻度并搖勻。

用烏氏粘度計測量待測溶液流經粘度計兩刻度之間的流動時間，精確至0.01 s，重復測定3 次，測定結果相差不超過1 s，取平均值。緩沖溶液流出時間重復測定3次，測定結果相差不超過0.5 s。

根據（3）式計算4種溶液的粘度比：

式中ηsp—增比粘度；t—試樣溶液的流經時間，s；t0—緩沖溶液的流經時間，s。

計算各溶液的ηsp/c值，c 為試樣溶液的濃度，即100 g 試樣溶液中聚丙烯酰胺的克數。在坐標紙上以ηsp/c 為縱坐標，c為橫坐標作圖。用四點外推法求曲線上直線部分在縱坐標上的截距，讀出特性粘數IV。

按照（4）式計算粘均分子量：

式中Mη—粘均相對分子量；IV—特性粘數；0.000 373—經驗常數；1.515—經驗常數。

1.5 過濾因子的測定方法

在燒杯中將（1/S）g 試樣（準確至0.000 1 g）溶于（200-1/S）g的鹽水Ⅱ（準確至0.01 g）中，用立式攪拌器攪拌2 h 至試樣完全溶解，配制成濃度為0.5%的聚合物溶液。

取濃度為0.5%的溶液100.00 g 于1 000 mL 燒杯中，加400.00 g 鹽水Ⅱ，攪拌15 min 至溶液均勻，配制成濃度為0.1%的溶液。

用過濾因子測定裝置測定試樣溶液在系統壓力0.2 MPa 條件下流經3.0 μm 核孔濾膜的時間，每流出100 mL記錄1次，到濾出300 mL為止。

過濾因子（FR）定義為300 mL 與200 mL 之間的流動時間差與200 mL 與100 mL 的流動時間差之比，按照（5）式計算：

式中FR—過濾因子；T300mL—聚合物溶液濾出量為300 mL 的時間，s；T200mL—聚合物溶液濾出 200 mL的時間，s；T100mL—溶液濾出100 mL的時間，s。

1.6 水不溶物的測定方法

在1 000 mL 燒杯中將2.5 g 待測試樣（準確至0.000 1 g）溶于500 mL 的蒸餾水中，用立式攪拌器攪拌2 h至試樣完全溶解。

在壓力 0.2 MPa 條件下，用已稱重的 25 μm 篩網過濾試樣溶液，再用500 mL蒸餾水沖洗篩網。

過濾后的篩網在120 ℃烘箱中烘干2 h，在干燥器中冷卻30 min，稱量篩網干燥前后的質量（準確至0.000 1 g），按（6）式計算水不溶物：

式中Nd—水不溶物，%；W1—篩網質量，g；W2—篩網和不溶物質量，g；W—試樣質量，g。

2 聚合物性能評價及對比

2.1 理化性能檢測

按照以上方法對2500A樣品進行性能評價，并與大慶油田在用產品LH2500 和大慶煉化公司生產的常規2500萬聚合物進行對比，結果見表1。

表1 聚合物理化性能評價結果

從檢測結果看，2500A聚合物樣品在低水解度下仍具有較高的模擬污水粘度；在高鈣污水中增粘性能較常規2500萬產品好，與LH2500相當。

2.2 增粘性能評價

用模擬污水（NaCl 含量2 410 mg/L）配制聚合物母液濃度為5 000 mg/L，再用模擬污水稀釋至各目的液，濃度分別為200 mg/L、400 mg/L、600 mg/L、800 mg/L、1 000 mg/L、1 100 mg/L、1 200 mg/L、1 300 mg/L、1 400 mg/L、1 500 mg/L，測定各溶液粘度，結果見表2。

表2 增粘性能評價結果

從表2 可見，2500A 聚合物具有較好的增粘性能，相同濃度下溶液粘度與LH2500和常規2500聚丙烯酰胺相當。

2.3 抗剪切性能評價

用模擬污水（NaCl 含量2 410 mg/L）配制聚合物母液濃度為5 000 mg/L，再稀釋至1 000 mg/L，用吳茵剪切器高速剪切30 s，測定剪切前后的溶液粘度，結果見表3。由表3 可知，在濃度相同條件下，2500A聚合物經高強度機械剪切后，粘度保留率與LH2500、常規2500聚合物相當。

表3 抗剪切性能評價結果

2.4 抗鹽性能評價

將模擬污水（NaCl 含量2 410 mg/L）添加Ca2+配制成不同濃度的配制污水，用不同濃度的配制污水配制聚合物溶液濃度為5 000 mg/L，再稀釋至1 000 mg/L，測定各溶液粘度，計算粘度保留率。

表4 抗鹽性能評價結果

從表4 可以看出，隨著模擬污水中添加Ca2+濃度的升高，2500A聚合物溶液耐鈣離子的能力與市場產品LH2500相當，好于常規2500聚合物。

2.5 穩定性能評價

用總礦化度 6 000 mg/L（Ca2+含量為 50 mg/L）的模擬污水配制聚合物母液，濃度為5 000 mg/L，再稀釋至濃度為1 000 mg/L 的目的液，在無氧手套箱中將其保存在密閉廣口瓶中，恒溫45℃，測定放置時間分別為0、1、3、15、30、45、60、90 d 的溶液粘度，測定溶液粘度隨時間變化情況見表5。

2.6 驅油性能評價

實驗用天然貝雷巖心，規格4.5×4.5×30 cm，巖心飽和油后在45 ℃恒溫箱中老化20 h，用過濾后的采油四廠聯合站外輸污水配制相應聚合物溶液。首先進行水驅油，注入速度為0.3 mL/min，采出液含水率大于98%后結束水驅；然后注入新配制的聚合物溶液，注入速度為0.3 mL/min，注入濃度為1 000 mg/L 的聚合物溶液；最后進行后續水驅至采出液含水率大于98%，驅油實驗結果見表6。

表5 穩定性能評價結果

表6 驅油實驗結果統計

從表 6 可以看出，LH2500 與 2500A 樣品采收率基本相同，高于常規2500 萬聚合物1.37%～2.12%，說明LH2500 與2500A 二者驅油能力相當，明顯好于常規2500萬聚合物。

3 結論

2500A 與LH2500 產品在較低水解度下具有較高溶液粘度,尤其在高礦化度污水中較常規2500聚合物有更高的溶液粘度，其增粘性能、抗剪切性能與常規2500 萬聚合物相當，抗鹽性能、長期穩定性能和驅油性能明顯優于常規2500 萬聚合物，其應用效果更佳顯著，應用前景更加廣闊。