矿化度对疏水缔合聚合物溶液溶解时间的影响研究.doc

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矿化度对疏水缔合聚合物溶液溶解时间的影响研究
矿化度对疏水缔合聚合物溶液溶解时间的影响研究

摘要：疏水缔合聚合物是在亲水的聚丙烯酰胺大分子主链上引入少量疏水基团合成的新型水溶型聚合物。其有耐温耐盐的良好特性。但是疏水基的引入降低了聚合物的水溶性，增加了溶解时间。本文以渤海某油田地层水的离子构成作为参考，通过配制不同矿化度溶液来溶解疏水缔合聚合物，探索矿化度对疏水缔合聚合物溶液粘度及溶解时间的影响，并从原理上解释了出现这些现象的原因。最终发现，随着矿化度升高，疏水缔合聚合物溶液粘度降低，溶解时间增大。这种现象是由于矿化度升高，溶液中电解质增多，溶液极性增强，影响了疏水缔合聚合物分子的展开和缔结。

关键词：疏水缔合聚合物矿化度溶解时间粘度
在我国三次采油技术中，聚合物驱是应用最广泛，也是目前最为有效的驱油技术。作为驱油聚合物，部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）已经在全国范围内取得了广泛的应用。但在高矿化度油藏使用时，其粘度损失很大[1]。耐盐能力差就成为了主要问题，使得驱油效果大打折扣。为了解决这个问题，近些年来国内外学者进行了深入地研究，其中疏水缔合聚合物受到了广泛关注[2-6]。
疏水缔合聚合物是在亲水的聚丙烯酰胺大分子主链上引入少量（一般小于摩尔浓度2%）[7]疏水基团合成的新型水溶型聚合物。非极性疏水基团的引入使得其溶液性质发生了很大的变化：当水溶液中聚合物的浓度增大时，疏水基团会使分子链发生缔合作用，构成空间网状，增粘效果明显。而且在盐水中，缔合而成的网状结构有一定的抗盐性。但是也正是由于疏水基团使得疏水缔合聚合物的水溶性变差，溶解时间变长。疏水缔合聚合物的溶解时间是一个很重要的参数，其直接关系到驱油工程装备的规模。陆上油田可以通过增加熟化罐的个数和容积解决聚合物溶液的配制问题，但是在面积、空间和承重都十分有限的海上平台上，过于庞大工艺系统是海上油田聚合物驱技术大规模应用的瓶颈。本文中，笔者以渤海某油田地层水的离子构成为参照，通过配制不同矿化度溶液，探索疏水缔合聚合物粘度和溶解时间的变化规律，并从微观原理上解释了出现此规律的原因，为不同矿化度油藏使用疏水缔合聚合物驱油做出参考。
一、实验部分
1.原料与试剂
本实验所使用的疏水缔合聚合物AP-P4呈固体粉末状，固含量93%，分子量约为113×107，水解度为27%。试验中还使用NaCl，MgCl2·6H2O，CaCl2，Na2CO3，K2SO4，其规格均为分析纯，生产厂家为成都市科龙化工试剂厂。
参照的渤海某油田的地层水，总矿化度为9374.12mg/L，离子组成如下表所示：
表1地层水离子组成
配制不同矿化度的溶液时，各离子保持上表中相互的比例不变。
2.实验装置
实验中用到的关键仪器是BrookfieldDV+pro粘度计，电子天平，水浴恒温箱，恒速搅拌器等。实验装置图1所示。
水浴恒温箱稳定在45℃，恒速搅拌器转速为100rpm，每组实验配制的疏水缔合聚合物浓度均是5000mg/L。
3.实验方法
3.1配制1L目标矿化度的溶液装入烧杯，放入恒温水浴箱中，温度调到45℃。烧杯中插入搅拌器开始搅拌，搅拌器转速为100rpm。
3.2恒温水浴箱加热20min后，迅速称取5g疏水缔合聚合物并加入到烧杯中，开始计时。
3.3每过5min，用移液管移取一定量的聚合物溶液进行粘度测试，记录下时间点以及其对应的粘度值。
3.4聚合物溶液粘度值达到最高点，并能稳定30min以上，则停止试验。
图1实验装置简图
二、结果与讨论
1.溶解时间的确定
疏水缔合聚合物在不同矿化度溶液溶解过程，可以看作是粘度随着时间的变化过程。如下图所示：
图2聚合物溶液粘度随水质矿化度变化曲线图
溶解开始后，溶液的粘度在一段时间内保持在0附近，这是因为疏水缔合聚合物的大分子链还没舒展开，不能增加溶液的粘度。这个过程称为溶胀阶段。溶胀过程结束后，溶液的粘度升高达到最大值，并在此值附近一定范围内保持稳定，即认为是溶解完成。此时疏水缔合聚合物的分子都展开到了最大程度，并且相互缔结成稳定的网状结构。达到最大值所用的时间即是溶解时间。
不同矿化度溶液溶解疏水缔合聚合物所对应的最终粘度和溶解时间，可以从上图读出。
2.矿化度对疏水缔合聚合物溶液粘度的影响
矿化度对疏水缔合聚合物溶解粘度的影响如下图所示：
图3聚合物溶液粘度随水质矿化度变化曲线图
随着矿化度升高，疏水缔合聚合物溶液完全溶解后的粘度降低。矿化度从10000mg/L上升到90000mg/L，相对应的聚合物溶液的最终粘度从5100mPa.s降至1700cmPa.s。从曲线的趋势也可以看出，随着矿化度的升高，聚合物溶液粘度下降的幅度在逐渐减小。当矿化度上升到60000mg/L后，聚合物溶液的粘度几乎不再继续下降，而是平稳地保持