ASP 复合驱碱对聚合物黏度影响的研究

罗红芳，马 阳

（延安职业技术学院，陕西 延安 716000）

复合驱技术已成为油田开发的必然选择，碱/聚合物复合驱是重要的三次采油技术。该技术通过用聚合物增加驱替液黏度，用碱提高驱替液洗油效率达到提高原油采收率的目的。因此，要达到理想的驱油效果，必须保证复合驱的流度控制能力，即保证碱/聚合物体系的黏度稳定性。由于碱/聚合物体系黏度主要由体系中聚合物贡献，则所有影响聚合物黏度的因素均会对碱/聚合物体系造成威胁。碱/聚合物驱的研究从20 世纪80 年代中期以来，得到了迅速的发展，对碱和聚合物长期相互作用也进行了研究。在室温下，通过用蒸馏水配制碱和聚合物溶液并研究其相互作用，发现二者浓度较高时，碱对聚合物溶液的降黏作业非常显著；而不同的碱对聚合物溶液的影响也不一致。

加入碱会使聚丙稀酰胺溶液黏度比初始降低，而随着水解时间的增长，聚合物溶液浓度会逐渐增大。本文系统研究碱和聚合物相互作用对聚合物溶液黏度的影响。

1 实验部分

1.1 主要实验材料

实验室常用聚丙烯酰胺（PAM），粉状含固量大于92%，相对分子质量为（500～800） ×104，胶体含固量为（8±0.2） %。碱试剂有NaOH、Na2CO3以及Na2SiO3，所有化学试剂均不低于化学纯。

1.2 主要实验仪器

高速搅拌机和六速旋转黏度计。

1.3 实验过程

1） NaOH 与PAM 黏度测定。

a. 溶液配制。

配制质量分数为0.4%、0.5%、0.6%的PAM溶液各500mL，在6000r/min 高速下搅拌5min 后测其黏度。

b. NaOH 的加入。

测得溶液的初始黏度为6、7.5、8。在聚合物溶液中分别加入0.02%、0.05%、0.1% 的NaOH所得正交实验结果如表1 所示。

由实验可得：NaOH 的加入使聚合物溶液黏度降低，加入碱后所形成的二元复合体系黏度低于纯聚合物溶液的黏度。但随着水解时间的增长以及碱和聚合物浓度的增加，溶液黏度会逐渐增大。当碱的含量超过临界值时，将对聚合物溶液产生屏蔽作用。

2） Na2SiO3与PAM 黏度测定。

a. 溶液的配制。

配制溶度质量分数为0.4%、0.5%、0.6% 的PAM 溶液各500mL，在6000r/min 高速下搅拌5min 后测其黏度，并称取0.05%、0.1%、0.15%的Na2SiO3。

表1 NaOH 与PAM 反应黏度测定数据表

b. Na2SiO3与PAM 水解正交实验。

各浓度溶液初始黏度为5、6、7，正交实验结果如表2 所示。由正交实验得出：Na2SiO3的降黏作用显著，Na2SiO3与PAM 的浓度分别为0.5%、0.1%，水解时间为5min 效果最好。

表2 Na2SiO3 与PAM 反应黏度测定数据表

3） Na2CO3与PAM 黏度测定

a. 溶液的配制。

配制质量分数为0.4%、0.5%、0.6%的PAM溶液各500mL，在6000r/min 高速下搅拌5min 后测其黏度，并称取质量分数为0.2%、0.4%、0.6%的Na2CO3三份。

b. Na2CO3与PAM 溶液水解正交实验。

PAM 溶液各浓度初始黏度为5.5、6.5、7.5，正交实验结果表如表3 所示。

表3 Na2CO3 与PAM 反应黏度测定数据表

由正交实验得出：随着Na2CO3浓度的增加，聚合物溶液剪切降黏作用减弱，黏度下降，且下降的数值越来越大；当聚合物质量分数为0.5% ，Na2CO3质量分数为0.1% ，水解时间为5min 时，效果最好，碱/聚合物复合体系溶液黏度稳中有升。

2 加碱效果评价

三种碱对聚合物溶液黏度影响的效果，评价结果如图1 所示。

图1 不同碱对聚合物黏度的影响变化

随着碱浓度的增加，聚合物溶液剪切降黏作用减弱，黏度下降，且下降的数值越来越大。NaOH 和Na2SiO3对PAM 溶液黏度的影响比Na2CO3稍大一些，黏度下降稍多一些。实验进一步研究Na2CO3对PAM 溶液黏度的影响。

2.1 对Na2CO3 的影响效果进一步进行研究

配制质量分数为0.4%、 0.5%、0.6%的PAM溶液300mL 各三份，高速搅拌机搅拌3min 后测其黏度，并在各质量分数的溶液中分别加入0.05%、0.1%、0.15%的Na2CO3搅拌均匀，静置24h 后测定黏度，黏度测定结果如图2 所示。

图2 不同水解水解黏度测定对比图

2.2 Na2CO3 浓度对聚合物溶液黏度的影响

如表4 所示，随着Na2CO3浓度的增加，聚合物溶液剪切降黏作用减弱，黏度下降，且下降的数值越来越大。我们认为，是通过两个机理来改变聚丙烯酰胺溶液黏度的。一是碱提供阳离子进入聚合物溶液中，通过离子屏蔽作用降低聚合物的黏度。二是碱的加入可以促进聚合物链上的酰胶基水解，增加分子链上负电荷量，使分子间和分子内的静电斥力增大，从而使得聚合物分子链从较卷曲状态转变为较舒展状态。这一过程会使聚合物黏度增加。因此，碱对聚合物溶液黏度的综合影响取决于这两种作用的程度。

表4 不同浓度Na2CO3 与PAM 反应黏度测定数据表

2.3 对Na2CO3 用量的分析实验

A 组实验：配制5 份质量分数为0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0% 的PAM 溶液400mL，搅拌均匀后测其黏度后，分别加入0.6g 的Na2CO3，编记顺序。

B 组实验：配制5 份质量分数为0.6%的PAM溶液400mL，搅拌均匀后测其浓度后分别加入0.12%、0.15%、0.18%、0.21%、0.24%的Na2CO3编记顺序。两组实验数据如表5 所示。

表5 Na2CO3 与PAM 黏度测定A、B 两组实验数据表

Na2CO3与聚合物长期接触后，随接触时间增长，碱/聚丙烯酰胺溶液黏度不断升高，初始阶段上升较快，以后速度减慢，经过一定时间后黏度基本保持不变或有所下降。

3 结论

1） 碱/聚合物复合体系具有较大幅度提高水驱波及效率和驱油效率双重作用。

2） 碱与聚合物长期接触后，随接触时间增长碱/聚丙烯酰胺溶液黏度不断升高，初始阶段上升较快，以后速度减慢，经过一定时间后黏度基本保持不变或有所下降。

3） Na2CO3体系出现白色絮状沉淀，因而测得上层清液黏度都有所降低，随着碱浓度增加，黏度上升幅度减小，同时达到最高黏度值的时间缩短。这是由于碱浓度增加，聚丙烯酰胺盐敏性增强，同时聚丙烯酞胺水解速度加快。碱性水解由于静电排斥作用是一个阻滞过程，并且水解度达到60%以后即达到饱和的缘故。聚合物黏度随水解度升高而增大（一般达到30%～40%水解度后黏度不再增大）。但盐敏效应又因水解度的升高而加重，因而产生上述碱浓度增加，黏度上升幅度小，达到最高黏度值快的现象。

4） 在聚合物溶液中加入碱后，聚合物分子结构和分子链尺寸出现了较大的变化。纯聚合物溶液中的聚合物分子呈“网状”结构。加入碱后溶液中的离子强度增加，聚合物分子链上的扩散双电层被压缩，分子链开始明显蜷缩，以线团状态存在且线团之间也没有分子链牵连，每个线团处于相对独立的状态，所以聚合物分子呈“带状”和“网状”结构。加入碱后溶液中的阳离子产生“电荷屏蔽效应”，影响了聚合物分子在溶液中的伸展程度，分子之间相互缠绕的机会下降，在一定程度下分子链段的取向程度降低，从而使聚合物溶液黏度降低。

5） 碱/聚合物复合驱体系对剪切作用敏感，剪切时间短和剪切速率低时，复合驱体系黏度损失较小且可部分恢复；剪切时间长和剪切速率高时，复合驱体系黏度损失较大且无法恢复。聚合物的形态结构产生变化，同时加速了其水解，使碱/聚合物复合体系黏度有较大幅度上升。

4 实验存在的问题

实验没有对不同聚合物的效果做研究，因实验室聚合物种类有限，因此只分析了聚丙烯酰胺和三种碱之间的黏度想象及变化。对影响因素及实验条件的考虑不够全面，导致数据存在异常变动。