LH2500聚合物驅(qū)油體系中聚合物濃度檢測方法研究

黃金

LH2500聚合物驅(qū)油體系中聚合物濃度檢測方法研究

黃金

中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠（黑龍江大慶163511）

聚合物驅(qū)是目前提高采收率的重要方法之一，準(zhǔn)確檢測驅(qū)油體系中聚合物的質(zhì)量濃度對于保證驅(qū)油效率非常重要。在相同注入量的條件下，LH2500聚合物驅(qū)油體系的含水下降幅度和采收率提高值均優(yōu)于同區(qū)其他的普通聚合物驅(qū)油體系，但現(xiàn)場應(yīng)用時發(fā)現(xiàn)次氯酸鈉濁度法不能檢測其濃度。通過分析元素和影響因素，采用提高檢測用試劑濃度的方法對次氯酸鈉濁度法進行改進，建立了LH2500聚合物驅(qū)油體系中聚合物濃度的檢測方法。檢測條件為乙酸濃度為5mol/L、次氯酸鈉溶液的體積分?jǐn)?shù)為2.5%，用量均為10mL。應(yīng)用改進后的次氯酸鈉濁度法檢測配制體系聚合物溶液和注入井口聚合物溶液，檢測準(zhǔn)確度為95%以上，變異系數(shù)分別為1.03%和1.50%，滿足化驗檢測要求。

聚合物驅(qū)；濁度法；聚合物濃度

聚合物驅(qū)是目前最主要的三次采油技術(shù)。為有效利用采出污水、降低水資源浪費、減輕環(huán)境污染，2001年王寶江等[1]提出了“清水配制、暴氧污水稀釋”的聚合物溶液配制方法，使采出污水得到了有效利用。但是，為保持較高的聚合物驅(qū)提高采收率效果，需提高聚合物用量，導(dǎo)致開采成本增加。周浩、張曉芹等[2-3]通過室內(nèi)評價優(yōu)選出性能較優(yōu)的LH2500抗鹽聚合物，可使采收率提高13.8%，比采用黏均相對分子質(zhì)量為2 500萬的普通聚合物高4.9%。目前LH2500聚合物已進入現(xiàn)場試驗[3-4]，在相同注入量的條件下，含水下降幅度和采收率提高值均優(yōu)于同區(qū)的普通聚合物驅(qū)油體系，數(shù)值模擬預(yù)測最終采收率可提高15%以上。現(xiàn)場應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，配注體系普通聚合物濃度的檢測方法——次氯酸鈉濁度法[5]不能檢測LH2500聚合物的有效濃度，影響注入體系質(zhì)量的跟蹤監(jiān)測，為了及時跟蹤監(jiān)測注入體系的質(zhì)量，研究了LH2500聚合物濃度的檢測方法，為現(xiàn)場檢測該類聚合物濃度提供了技術(shù)支持。

1 實驗部分

1.1實驗儀器和試劑

主要儀器有：UV2550PC分光光度計、vario MACRO cube CHNS元素分析儀。

主要試劑有：次氯酸鈉（分析純）、冰乙酸（分析純）、普通聚合物、2 500萬黏均相對分子質(zhì)量聚合物、LH2500抗鹽聚合物。

1.2次氯酸鈉濁度法檢測原理

乙酸與次氯酸鈉反應(yīng)生成氯氣，氯氣與聚合物中的酰胺基反應(yīng)生成不溶于水的氯代化合物，使溶液變渾濁，溶液的吸光度與聚合物濃度呈線性關(guān)系。

1.3次氯酸鈉濁度法操作步驟

用移液管吸取5mL稀釋好的試樣溶液加入到150mL錐形瓶中；用移液管吸取10mL濃度為5mol/L醋酸溶液加入到錐形瓶中，振蕩，放置2min；用移液管吸取10mL體積分?jǐn)?shù)為1.3%次氯酸鈉溶液加入錐形瓶中，振蕩，放置15min；用分光光度計在470nm下測其吸光度。參比溶液：5mL注入水，10mL濃度為5mol/L醋酸溶液，10mL體積分?jǐn)?shù)為1.3%次氯酸鈉溶液。

2 結(jié)果及討論

2.1濁度法檢測LH2500聚合物的適應(yīng)性

配制不同濃度相對分子質(zhì)量為2 500萬普通聚合物（以下簡稱HPAM）溶液和LH2500聚合物溶液，應(yīng)用次氯酸鈉濁度法檢測各溶液反應(yīng)后的吸光度，并繪制吸光度-濃度曲線，見圖1。結(jié)果表明，HPAM的濃度-吸光度曲線具有較好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r=0.998 8，滿足標(biāo)準(zhǔn)曲線使用要求。而對于LH2500聚合物，質(zhì)量濃度在200～300mg/L范圍內(nèi)檢測的吸光度均很低且不呈線性關(guān)系，不能應(yīng)用此方法檢測溶液中LH2500聚合物濃度。

圖1 HPAM和LH2500聚合物濃度和吸光度關(guān)系曲線

2.2濁度法無法檢測LH2500聚合物的原因分析

應(yīng)用vario MACRO cube CHNS元素分析儀分析HPAM和LH2500抗鹽聚合物的C、H、N、S元素，見表1。

表1 LH2500和HAPM聚合物元素含量分析結(jié)果

結(jié)果表明，HPAM中不含S元素，LH2500抗鹽聚合物中含有S元素，且C、H、N元素含量比HPAM聚合物高，這是由于LH2500是一種AM-AA-AMPS三元共聚物，通過2-丙烯酸酰胺-2甲基丙磺酸（以下簡稱AMPS）引入S元素。

HPAM聚合物分子式：

LH2500聚合物通過AMPS引入磺酸基，磺酸基會產(chǎn)生靜電作用和空間位阻作用，使氯氣與分子鏈上酰胺基的反應(yīng)難度增大，降低了酰胺基的氯代反應(yīng)程度，溶液的吸光度降低，并且吸光度不隨溶液濃度增加呈線性變化。

2.3檢測條件優(yōu)化

通過分析得出，次氯酸鈉濁度法無法檢測LH2500聚合物濃度的主要原因是磺酸基的靜電作用和空間位阻作用導(dǎo)致氯代反應(yīng)程度低，為提高反應(yīng)程度，采取提高體積分?jǐn)?shù)為1.3%次氯酸鈉用量、固定次氯酸鈉用量提高體積分?jǐn)?shù)、固定體積用量提高乙酸濃度的方法。

2.3.1 提高1.3%次氯酸鈉用量

將體積分?jǐn)?shù)為1.3%次氯酸鈉用量從10mL提高到20、30mL，參照次氯酸鈉濁度法操作步驟檢測LH2500聚合物清水體系不同濃度溶液反應(yīng)后的吸光度，見表2。結(jié)果表明，提高1.3%次氯酸鈉用量可提高吸光度，但無明顯規(guī)律且不能達到化驗檢測要求。

表2 體積分?jǐn)?shù)為1.3%次氯酸鈉用量對吸光度的影響

2.3.2 提高次氯酸鈉體積分?jǐn)?shù)

固定次氯酸鈉溶液用量為10mL，提高次氯酸鈉體積分?jǐn)?shù)，參照次氯酸鈉濁度法操作步驟檢測LH2500聚合物清水體系不同濃度溶液反應(yīng)后的吸光度，應(yīng)用R語言軟件分析聚合物濃度與吸光度之間的線性關(guān)系，見表3。由表3中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)次氯酸鈉體積分?jǐn)?shù)提高到2.0%以上時，相關(guān)系數(shù)達到0.99以上，當(dāng)次氯酸鈉體積分?jǐn)?shù)提高到2.5%時，相關(guān)系數(shù)最高，達到0.999 2，且各濃度點吸光度最高。因此，選擇2.5%作為檢測用次氯酸鈉體積分?jǐn)?shù)。

2.3.3 調(diào)整乙酸濃度

對比次氯酸鈉的調(diào)整結(jié)果可知，提高濃度效果優(yōu)于增大用量，因此只調(diào)整乙酸的濃度。固定次氯酸鈉溶液和乙酸溶液用量均為10mL、次氯酸鈉體積分?jǐn)?shù)為2.5%，改變乙酸濃度，參照次氯酸鈉濁度法[5]操作步驟檢測LH2500聚合物清水體系不同濃度溶液反應(yīng)后的吸光度，應(yīng)用R語言軟件分析聚合物濃度與吸光度之間的線性關(guān)系，見表4。結(jié)果表明，隨著乙酸濃度的增加，吸光度逐漸增大，但當(dāng)乙酸濃度提高到6mol/L，各濃度點吸光度減?。灰宜釢舛仍?～6mol/L范圍內(nèi)，相關(guān)系數(shù)均達到0.99以上，當(dāng)乙酸濃度為5mol/L時，相關(guān)系數(shù)最大，r=0.999 2，因此乙酸最佳濃度為5mol/L。

表3 次氯酸鈉濃度對吸光度影響結(jié)果

表4 乙酸濃度對吸光度影響結(jié)果

因此檢測LH2500聚合物驅(qū)油體系中聚合物濃度時，乙酸溶液濃度為5mol/L、次氯酸鈉溶液的體積分?jǐn)?shù)為2.5%，用量均為10mL。操作步驟與原次氯酸鈉濁度法相同。

2.4檢測方法驗證

2.4.1 應(yīng)用配制體系聚合物溶液驗證檢測方法

使用清水配制質(zhì)量濃度為1 000mg/L的LH2500聚合物母液，清水稀釋到不同濃度，用改進后的濁度法檢測各濃度的吸光度，標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖2。應(yīng)用R語言軟件分析聚合物濃度與吸光度之間的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r=0.999 3，滿足標(biāo)準(zhǔn)曲線使用要求。

圖2 改進后濁度法測定配制體系聚合物質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線

聚合物在生產(chǎn)過程中，不能保證每個批次的產(chǎn)品完全一致，因此評價了改進后濁度法對不同批號聚合物干粉的適應(yīng)性，取不同批號的聚合物干粉，使用清水配制5 000mg/L的聚合物標(biāo)準(zhǔn)溶液，應(yīng)用改進后的濁度法檢測溶液中聚合物濃度，驗證改進后濁度法的準(zhǔn)確度，詳見表5。結(jié)果表明，改進后濁度法標(biāo)準(zhǔn)曲線檢測的相對誤差為-3.88%～1.94%，即準(zhǔn)確度達95%以上，滿足化驗分析準(zhǔn)確度要求。

為分析改進后濁度法的精密度，取現(xiàn)場配制系統(tǒng)LH2500聚合物母液，應(yīng)用改進后濁度法分10次檢測母液中聚合物濃度，用R語言軟件分析檢測結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)，結(jié)果見表6。變異系數(shù)為1.03%，說明改進后濁度法精密度較高，可用于檢測配制系統(tǒng)LH2500聚合物母液中聚合物濃度。

2.4.2 應(yīng)用井口聚合物溶液驗證檢測結(jié)果

用現(xiàn)場污水配制1 000mg/L的LH2500聚合物溶液，稀釋到相應(yīng)濃度，用改進后的濁度法檢測各濃度的吸光度并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，見圖3。應(yīng)用R語言軟件分析聚合物濃度與吸光度之間的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r=0.998 4，滿足標(biāo)準(zhǔn)曲線使用要求。

表5 聚合物質(zhì)量濃度為5 000mg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液驗證改進后濁度法精度的結(jié)果

表6 應(yīng)用現(xiàn)場聚合物母液驗證改進后濁度法精度的結(jié)果

圖3 改進后濁度法測定井口溶液聚合物質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線

為評價不同批號干粉配制濃度對改進后濁度法的適應(yīng)性，取不同批號的聚合物干粉，模擬現(xiàn)場井口溶液配制過程，清水配制5 000mg/L溶液，污水稀釋到1 200、1 400、1 600mg/L，制備井口標(biāo)準(zhǔn)聚合物溶液，應(yīng)用改進后的濁度法檢測溶液中聚合物濃度，驗證改進后濁度法的準(zhǔn)確度，詳見表7。結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)曲線的誤差為-4.80%～4.29%，即準(zhǔn)確度達95%以上，滿足化驗分析準(zhǔn)確度要求。

為分析改進后濁度法的精密度，取LH2500聚合物區(qū)塊注入井口聚合物溶液，應(yīng)用改進后濁度法分10次檢測溶液中聚合物濃度，采用R語言軟件分析檢測結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)，見表8。結(jié)果表明，變異系數(shù)為1.50%，說明改進后濁度法的精密度較高，可用于檢測注入井口聚合物溶液中聚合物濃度。

表7 模擬井口標(biāo)準(zhǔn)溶液驗證改進后濁度法精度的結(jié)果

表8 應(yīng)用注入井口聚合物溶液驗證改進后濁度法精度的結(jié)果

3 結(jié)論

1）LH2500聚合物通過AMPS引入磺酸基，磺酸基產(chǎn)生的靜電作用和空間位阻作用，降低了酰胺基的氯代反應(yīng)程度，提高次氯酸鈉體積分?jǐn)?shù)可有效提高氯代反應(yīng)程度。

2）次氯酸鈉體積分?jǐn)?shù)提高到2.5%的次氯酸鈉濁度法可檢測LH2500聚合物濃度，應(yīng)用改進后的次氯酸鈉濁度法檢測配制體系聚合物溶液和井口取樣聚合物溶液，檢測結(jié)果準(zhǔn)確度均在95%以上。

[1]王寶江,李彥興,姚蘭，等.清水配制污水稀釋聚合物溶液試驗研究[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2001,20(2)：86-88.

[2]Zhang Xiaoqin,Li Xia,Guo Songlin,et al.A Unique Anti-Salt Polymer for EOR[C].SPE Asia Pacific Oil&Gas Conference and Exhibition.Society of Petroleum Engineers,2016.

[3]中國石油大慶油田有限責(zé)任公司開發(fā)部.聚合物溶液取樣及化驗操作規(guī)程：Q/SY DQ0925—2012[S].

[4]Foshee W C,Jennings R R,West T J.Preparation and Testing of Partially Hydrolyzed Polyacrylamide Solutions[C].SPE An?nual Fall Technical Conference and Exhibition.Society of Petroleum Engineers,1976.

[5]鄭杰.試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)分析：基于R語言應(yīng)用[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社,2016.

Polymer flooding is one of the most important methods to improve oil recovery at present.It is very important to accurately measure the mass concentration of polymer in oil displacement system.At the same injection amount,the water-cut decline and the en?hanced oil recovery of LH 2500 polymer oil displacement system are more than those of other common polymer oil displacement sys?tems,but in the site application,it is found that the concentration of the polymer cannot be measured using the sodium hypochlorite tur?bidity method.Based on element analysis and the analysis of influencing factors,the sodium hypochlorite turbidity method is improved by increasing the concentration of detection reagent,and the detection method of the polymer concentration in LH2500 polymer flooding system is established.The test conditions are that the acetic acid concentration is 5 mol/L,the volume fraction of sodium hypochlorite so?lution is 2.5%,and the dosage is 10 mL.Measuring the polymer concentration of the LH2500 polymer flooding system at the preparing site and wellhead using the improved sodium hypochlorite turbidity method,the detection accuracy is higher than 95%,and the variation coefficient of variation is 1.03%and 1.50%respectively,which meets the requirements of the test.

polymer flooding;turbidity method;polymer concentration

學(xué)敏

2016-12-12

黃金（1982-），男，工程師，主要從事油田化學(xué)研究。