三元復(fù)合驅(qū)用締合聚合物濃度檢測方法優(yōu)選

高飛龍，郭擁軍1，，周競達，梁嚴(yán)，宋汝彤

(1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室西南石油大學(xué)，四川成都 610500;2.西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，四川成都 610500)

三元復(fù)合驅(qū)是油田三次采油提高采收率一個重要的驅(qū)油方法，三元注入液除含有締合聚合物外，還含有石油磺酸鹽等表面活性劑及堿NaOH。締合聚合物是驅(qū)油劑質(zhì)量的重要指標(biāo)，采出液中也存在締合聚合物，增大了污水處理的難度［1］。因此，如何在現(xiàn)場條件下準(zhǔn)確方便的檢測三元復(fù)合驅(qū)體系中締合聚合物溶液濃度，對于研究三元復(fù)合驅(qū)采油及其采出液的處理意義重大。

近年來，有關(guān)聚合物濃度分析技術(shù)發(fā)展很快，國內(nèi)外均有大量文獻報道［2-6］，主要有淀粉-碘化鎘比色法、濁度法、紫外分光光度法、超濾濃縮薄膜干燥法、化學(xué)發(fā)光定氮法、氨電極法、離子色譜法、量熱法等。其中前3種為油田常用的方法，近年來的研究主要集中在如何完善、改進測定條件，以提高準(zhǔn)確性，同時也用于復(fù)合驅(qū)中聚丙烯酰胺濃度檢測;后幾種方法為新發(fā)展的方法，具有各自特殊的優(yōu)點，但需要專用儀器，設(shè)備昂貴、操作復(fù)雜，不太適合于現(xiàn)場使用。

考慮到現(xiàn)場實際條件，因此本文考察淀粉-碘化鎘法、濁度法的現(xiàn)場適應(yīng)性和有效性，同時為了讓操作更簡便，增加了紫外分光光度法的對比。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

疏水締合聚合物AP-C1;大慶磺酸鹽表面活性劑(有效成分50%);pH緩沖液(pH=5)、飽和溴水、甲酸鈉、淀粉、碘化鎘、冰醋酸、次氯酸鈉、氫氧化鈉、硫酸鈉、氯化鈉、氯化鉀、碳酸氫鈉、氯化鎂均為分析純;大慶模擬地層水、礦化度見表1。

UV3802型雙光束紫外/可見分光光度計。

表1 大慶油田模擬地層水礦化度Table 1 Daqing oil field simulated formation water salinity

1.2 實驗方法

1.2.1 淀粉-碘化鎘比色法［7-8］向容量瓶中準(zhǔn)確加入稀釋后的待測樣2 mL，25 mL去離子水和5 mL pH緩沖液，搖勻。準(zhǔn)確加入1 mL飽和溴水溶液，搖勻后靜止15 min。加入1%甲酸鈉溶液5 mL，搖勻，靜止5 min。加入 5 mL淀粉-碘化鎘溶液，靜止20 min。用分光光度計在590 nm波長下測試其吸光度，并以廣泛pH試紙測定其pH值。

1.2.2 濁度法［9-10］向具塞錐形瓶中準(zhǔn)確加入5 mL待測樣，5 mol/L冰醋酸溶液10 mL，充分混勻，放置2 min。加入15 mL的13.1 g/L次氯酸鈉水溶液，搖勻，靜止30 min。用分光光度計在470 nm波長下測試吸光度。

1.2.3 紫外分光光度法 以丙烯酰胺和丙烯酸單元為分子鏈主體的聚合物在202 nm處產(chǎn)生紫外吸收，在濃度范圍40～150 mg/L，吸光度與濃度呈良好的線性關(guān)系［11-12］。先繪制聚合物濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線，測定待測液在波長為202 nm的吸光度，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線反算待測樣濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 掃描波長

為了了解三元復(fù)合驅(qū)體系各組分的吸收峰情況，分別對單獨聚合物溶液、單獨堿溶液、單獨表面活性劑溶液(大慶磺酸鹽)以及三元復(fù)合驅(qū)體系在紫外范圍內(nèi)，進行了波長掃描，結(jié)果見圖1。

圖1 紫外區(qū)波長掃描結(jié)果Fig.1 The results of ultraviolet wavelength scanning

由圖1可知，在220 nm之前，磺酸鹽表面活性劑和NaOH都有較強的吸收，會對紫外分光光度法的實驗結(jié)果造成較大影響。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

配制1.2%NaOH+0.3%磺酸鹽表面活性劑+1 000 mg/L締合聚合物AP-C1溶液50 mL，用去離子水稀釋成不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別在各自規(guī)定的波長下用分光光度計測定吸光度，得到聚合物(AP-C1)標(biāo)準(zhǔn)曲線，見圖2。

圖2 不同測試方法的三元復(fù)合驅(qū)體系聚合物濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 The standard curve of ASP flooding polymer concentration by different determination method

2.3 堿濃度的影響

2.3.1 淀粉-碘化鎘法 聚合物濃度1 000 mg/L，大慶磺酸鹽濃度0.3%，考察堿濃度對吸光度的影響，結(jié)果見表2。

表2 不同堿濃度體系聚合物濃度測試結(jié)果Table 2 Polymer concentration test results of different alkali concentration system

由表2可知，隨著堿濃度的增加，吸光度降低，反算濃度與實際聚合物濃度差異變大。

2.3.2 濁度法 保持聚合物(AP-C1 1 000 mg/L)和表面活性劑(0.3%)濃度保持不變，堿濃度對于反算濃度的影響，見表3。

由表3可知，隨著堿濃度的降低，三元復(fù)合體系下測得的聚合物濃度誤差很大。因此建議，在進行濃度測試時盡量保證堿的加量一致，如果堿加量有很大調(diào)整，則需要根據(jù)實際的堿加量重新測試?yán)L制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

表3 不同堿濃度體系聚合物濃度測試結(jié)果Table 3 Polymer concentration test results of different alkali concentration system

2.4 大慶磺酸鹽表面活性劑濃度的影響

2.4.1 淀粉-碘化鎘法 聚合物濃度1 000 mg/L，堿濃度1.2%，大慶磺酸鹽表面活性劑的濃度對吸光度的影響，見表4。

表4 不同表面活性劑濃度體系聚合物濃度測試結(jié)果Table 4 Polymer concentration test results of different surfactant concentration system

由表4可知，表面活性劑對聚合物濃度測量有一定的影響，其平均誤差在5%左右，整體影響較小。

2.4.2 濁度法 聚合物(AP-C1 1 000 mg/L)和堿(1.2%)濃度保持不變，改變大慶磺酸鹽表面活性劑濃度，表活劑濃度對于反算聚合物濃度的影響，見表5。

表5 不同表面活性劑濃度體系聚合物濃度測試結(jié)果Table 5 Polymer concentration test results of different surfactant concentration system

由表5可知，隨著大慶磺酸鹽表面活性劑加量的增加，反算濃度也隨之增加。相對誤差基本上在5%以內(nèi)，表面活性劑濃度大小對締合聚合物濃度測試的整體影響比堿濃度的影響小。

2.5 濃度測試驗證

2.5.1 淀粉-碘化鎘法 大慶磺酸鹽濃度0.3%，堿濃度1.2%保持不變，改變聚合物濃度，考察濃度測試誤差，結(jié)果見表6。

由表6可知，在堿和磺酸鹽表面活性劑濃度不變的情況下，三元復(fù)合驅(qū)中的聚合物濃度測試結(jié)果在6.54%以下，但平行樣間誤差較大，達到4%。

表6 不同聚合物濃度體系的測試結(jié)果Table 6 The test results of different polymer concentration system

2.5.2 濁度法 大慶磺酸鹽表面活性劑(0.3%)和堿(1.2%)質(zhì)量濃度保持不變，改變聚合物APC1的濃度，濃度從 500～1 500 mg/L稀釋到200 mg/L時，測定結(jié)果見表7。

表7 不同聚合物濃度體系的測試結(jié)果Table 7 The test results of different polymer concentration system

2.5.3 紫外分光光度法 大慶磺酸鹽和堿濃度保持不變，改變聚合物濃度，結(jié)果見表8。

表8 不同濃度聚合物體系測試結(jié)果Table 8 The test results of different polymer concentration system

由于202 nm處，磺酸鹽表面活性劑和NaOH都有吸收峰，會對實驗結(jié)果造成影響，尤其是大慶磺酸鹽表面活性劑的影響較大，所以目標(biāo)溶液稀釋到100 mg/L，相對大慶磺酸鹽表面活性劑和NaOH高的含量為500 mg/L的聚合物溶液三元復(fù)合體系，其誤差較大。

2.6 pH

各聚合物溶液稀釋至濃度為100 mg/L后所測得各pH值見表9。

由表9可知，堿與聚合物體系為強堿性，磺酸鹽表面活性劑與聚合物體系呈弱酸性，三元復(fù)合體系呈弱堿性。

表9 不同復(fù)合驅(qū)體系pH測試結(jié)果Table 9 Test results of different complex flooding system pH value

2.7 3種測試方法的準(zhǔn)確度對比

締合聚合物含量為500，1 500 mg/L的3元復(fù)合體系，3種方法的測定結(jié)果見表10、表11。

表10 3種濃度檢測方法結(jié)果對比Table 10 The comparison between results of three kinds of concentration detection method

表11 3種濃度檢測方法結(jié)果對比Table 11 The comparison between results of three kinds of concentration detection method

由表10和表11可知，測試三元復(fù)合體系中聚合物濃度最優(yōu)的是淀粉-碘化鎘法，其次是濁度法，紫外分光光度法測定三元復(fù)合驅(qū)中締合聚合物濃度誤差較大。

3 結(jié)論

(1)從準(zhǔn)確度角度來看，測試三元復(fù)合體系中締合聚合物濃度最優(yōu)的方法是淀粉-碘化鎘法，其次是濁度法，紫外光譜法誤差較大，僅可作粗略考察時采用。

(2)淀粉-碘化鎘法和濁度法都受堿和磺酸鹽表面活性劑的影響，尤其受堿濃度影響較大。在堿濃度一定的情況下，聚合物濃度測試結(jié)果與實際濃度差異均不大，所以三元復(fù)合驅(qū)體系的配方調(diào)整時，特別是堿的加量有調(diào)整時，需要重新繪制相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線。

(3)淀粉-碘化鎘法測定三元復(fù)合體系中締合聚合物濃度相對誤差最小，應(yīng)用最為廣泛，但是此方法稀釋倍數(shù)過高，操作過程相對復(fù)雜，反應(yīng)條件不易掌握，測量時容易引入人為誤差，重復(fù)性難以保證。濁度法測試的反應(yīng)時間為30～40 min，配制的1.31%次氯酸鈉溶液盡量現(xiàn)配現(xiàn)用，存儲期不應(yīng)太長，且濁度法易受水質(zhì)影響，在現(xiàn)場測試中容易引起誤差。因此，配注污水有明顯變化時，需要重新繪制相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線。

(4)在室內(nèi)實驗研究中淀粉-碘化鎘法和濁度法兩種方法在堿含量與標(biāo)準(zhǔn)曲線差異不大的情況下均適用?？紤]濁度法操作更為簡單方便，所以在現(xiàn)場實際條件下，建議采用濁度法進行檢測。

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