矿化度对疏水缔合聚合物溶液溶解时间的影响研究.doc

1、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

2、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。

3、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

4、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 113107，水解度为 27%。试验中还使用NaCl，MgCl26H2O，CaCl2，Na2 CO3，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 9374.12 mg/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 Brookfield DV + 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 1

5、00rpm，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

6、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：

7、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，而是平稳地保持在某一值附近。 3.矿化度对疏水缔合聚合物溶解时间的影响 矿化度对疏水缔合聚合物溶解时间的影响如下图所示： 图 4 疏水缔合聚合物度溶解时间随矿化度变化曲线图 疏水缔合聚合物溶液的溶解时间随着矿化度

8、的升高而上升，溶解过程延长，完全溶解时间增加。矿化度从 10000mg/L 上升到 90000mg/L，相对应的溶解时间从 70min 升至 130min，上升的幅度逐渐减小。当矿化度上升到 70000mg/L 以上时，疏水缔合聚合物的溶解时间不再随之升高，而是保持在某一值不变。 4.矿化度对疏水缔合聚合物溶液的影响机理 疏水缔合聚合物溶解时会发生电离现象，分子链上产生羧基负离子，由于同极相斥，邻近的羧基之间是相互静电排斥的，这有利于大分子链的展开。当溶液的矿化度增加时，外加电解质使得羧基的双电层和水化层变薄，使大分子链上带同种电荷的羧基排斥作用减弱，使得分子展开要用更长的时间，即延长了溶胀时

9、间。同时阻碍了分子链相互缔结，构成网状结构，使得聚合物溶液粘度降低。在另一方面，溶液中疏水缔合聚合物分子缔合是分子内缔合为主的，矿化度的增加，溶剂极性变强，分子链完全舒展开来的时间延长，故使得疏水缔合聚合物的溶解时间延长了。当矿化度上升到一定程度时，疏水基周围空间的双电层和水化层变得最薄，非极性达到最大，此后矿化度再上升，对疏水缔合聚合物的粘度和溶解时间影响减弱或者没有影响了。 三、结论 1.随矿化度上升，疏水缔合聚合物溶液的粘度降低，但升高到某值后继续升高矿化度，粘度下降趋势变缓，直至不再下降。 2.随矿化度上升，聚合物的溶解时间也在增加，但升高到某值后增幅变缓，直至不再增加。 3.矿化度对

10、疏水缔合聚合物溶液粘度和溶解时间的影响，是由于加入的电解质使得溶液极性增强，影响了疏水缔合聚合物大分子链的展开和缔结造成的。 参考文献 1任鲲，姜桂元，林梅钦，等. NaCl 对疏水缔合聚合物溶液性质的影响研究J. 功能高分子学报，2005 ，18 （2） ：321 - 324. 2Kevin C Taylor， Hisham A Nasr-El-Din. Water-soluble hydrophobically associating polymers for improved oil recovery J. Petroleum Sci Eng 1998， 19：265-280. 3Edg

11、ar Volpert， Joseph Selb， Francoise Candau. Associating behavior of polyacrylamides hydrophobically modified with dihexylacrylamideJ. Polymer， 1998， 39：1025-1033. 4罗开富，叶林，黄荣华. AM/ MEDMDA 阳离子型疏水缔合水溶性聚合物的合成与表征J. 油田化学，1999，16（3）：261-264. 5Peiffer D G. Hydrophobically associating polymers and their inter

12、actions with rod-like micelles J. Polymer， 1990， 31：235-2360. 6耿同谋，吴文辉，蔡耀烽. 孪尾疏水缔合三元聚合物的粘度行为：水解度的影响J. 功能高分子学报，2004，17（1）：75-86. 7 McCormick C L， Bock J， Schulz D N. Water-soluble polymers A. In： Encyclopedia of Polymer Science and EngineeringC （Vol 17）. H F Mark. 2nd Ed， Wiley-Inter-science： New York， 1989. 730. 作者简介：欧阳文凤（1968-） ，男，1990 年毕业于云南公安专科学校，2001 年 12 月毕业于中共中央党校函授学院经济管理专业，2004 年12 月获评石油安全储运工程师，2008 年 8 月取得注册安全工程师资格。现为中国石油化工股份有限公司四川石油分公司发展基建处副处长，主要从事输油管道、石油库、加油（气）站项目考察论证及其工程建设管理工作。