新型抗鹽聚合物2500A性能評價

郭營營，尼 萌，萬 影，劉 晶，李金環(huán)

（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(kuò)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(qū)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(tuán)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(chǎn)品性能得到提高，開發(fā)出具有優(yōu)秀性能的產(chǎn)品 LH2500［3］。LH2500 擁有優(yōu)異的驅(qū)油聚合物各項實驗室檢測指標(biāo)，在礦場試驗中表現(xiàn)出優(yōu)異的應(yīng)用性能［4］。

大慶煉化公司研究院為升級現(xiàn)有2500萬聚合物，研究出性能優(yōu)異的抗鹽聚合物2500A，且經(jīng)過工業(yè)化試生產(chǎn)，可實現(xiàn)工業(yè)化穩(wěn)定生產(chǎn)；經(jīng)檢測，其性能與LH2500相當(dāng)。

1 檢測方法

按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 119-2014《驅(qū)油用部分水解聚丙烯酰胺技術(shù)規(guī)范》[5]對樣品的固含量、水解度、粘度、分子量、過濾因子等指標(biāo)進(jìn)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(fā)物后固體物質(zhì)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(zhì)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(zhì)量，g；m0—干燥前試樣質(zhì)量，g。

每個樣品取3個平行樣同時測定，測定值修約至小數(shù)點后第2位，取其算術(shù)平均值作為結(jié)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(zhǔn)確至0.000 1 g）溶于（200～1/S）g的蒸餾水（準(zhǔn)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(lán)二磺酸鈉指示劑各2滴，攪拌均勻，試樣呈黃綠色。

用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，至試樣溶液顏色變?yōu)榛揖G色且振蕩后穩(wěn)定30 s 不變色，即為滴定終點，記下消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液毫升數(shù)。按照（2）式計算水解度：

式中HD—水解度，%；C—鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；V—試樣溶液消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù)，mL；m—0.1%試樣溶液的質(zhì)量，g；23—丙烯酸鈉與丙烯酰胺鏈節(jié)質(zhì)量的差值；71—與1.00 mL 鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)?shù)谋０锋湽?jié)的質(zhì)量。

每個試樣至少測定3次，將測定值修約至小數(shù)點后2 位，單個測定值與平均值最大偏差在±0.50以內(nèi)，超過最大偏差應(yīng)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(yīng)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(shù)點后1位，取平均值為測定結(jié)果。

1.4 粘均分子量的測定方法

在燒杯中將（1/S）g 試樣（準(zhǔn)確至0.000 1 g）溶于（200～1/S）g 的蒸餾水（準(zhǔn)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(jīng)粘度計兩刻度之間的流動時間，精確至0.01 s，重復(fù)測定3 次，測定結(jié)果相差不超過1 s，取平均值。緩沖溶液流出時間重復(fù)測定3次，測定結(jié)果相差不超過0.5 s。

根據(jù)（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(jīng)時間，s；t0—緩沖溶液的流經(jīng)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(shù)。在坐標(biāo)紙上以ηsp/c 為縱坐標(biāo)，c為橫坐標(biāo)作圖。用四點外推法求曲線上直線部分在縱坐標(biāo)上的截距，讀出特性粘數(shù)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(shù)；0.000 373—經(jīng)驗常數(shù)；1.515—經(jīng)驗常數(shù)。

1.5 過濾因子的測定方法

在燒杯中將（1/S）g 試樣（準(zhǔn)確至0.000 1 g）溶于（200-1/S）g的鹽水Ⅱ（準(zhǔn)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(tǒng)壓力0.2 MPa 條件下流經(jīng)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(zhǔn)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(wǎng)過濾試樣溶液，再用500 mL蒸餾水沖洗篩網(wǎng)。

過濾后的篩網(wǎng)在120 ℃烘箱中烘干2 h，在干燥器中冷卻30 min，稱量篩網(wǎng)干燥前后的質(zhì)量（準(zhǔn)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(wǎng)質(zhì)量，g；W2—篩網(wǎng)和不溶物質(zhì)量，g；W—試樣質(zhì)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(jìn)行性能評價，并與大慶油田在用產(chǎn)品LH2500 和大慶煉化公司生產(chǎn)的常規(guī)2500萬聚合物進(jìn)行對比，結(jié)果見表1。

表1 聚合物理化性能評價結(jié)果

從檢測結(jié)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(guī)2500萬產(chǎn)品好，與LH2500相當(dāng)。

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(jié)果見表2。

表2 增粘性能評價結(jié)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(guī)2500聚丙烯酰胺相當(dāng)。

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(jié)果見表3。由表3 可知，在濃度相同條件下，2500A聚合物經(jīng)高強度機(jī)械剪切后，粘度保留率與LH2500、常規(guī)2500聚合物相當(dāng)。

表3 抗剪切性能評價結(jié)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(jié)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(chǎn)品LH2500相當(dāng)，好于常規(guī)2500聚合物。

2.5 穩(wěn)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(qū)油性能評價

實驗用天然貝雷巖心，規(guī)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(lián)合站外輸污水配制相應(yīng)聚合物溶液。首先進(jìn)行水驅(qū)油，注入速度為0.3 mL/min，采出液含水率大于98%后結(jié)束水驅(qū)；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(jìn)行后續(xù)水驅(qū)至采出液含水率大于98%，驅(qū)油實驗結(jié)果見表6。

表5 穩(wěn)定性能評價結(jié)果

表6 驅(qū)油實驗結(jié)果統(tǒng)計

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

3 結(jié)論

2500A 與LH2500 產(chǎn)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(guī)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(guī)2500 萬聚合物相當(dāng)，抗鹽性能、長期穩(wěn)定性能和驅(qū)油性能明顯優(yōu)于常規(guī)2500 萬聚合物，其應(yīng)用效果更佳顯著，應(yīng)用前景更加廣闊。