不同因素對(duì)驅(qū)油用疏水締合聚合物的溶解時(shí)間的影響

郭光范

承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校石油工程系，河北承德 067000

我國(guó)海上稠油儲(chǔ)量豐富，采用注水開(kāi)發(fā)，水驅(qū)采收率低，提高采收率潛力巨大。在眾多方法中，聚合物驅(qū)油技術(shù)在海上油田最有可能應(yīng)用且潛力最大。對(duì)于海上稠油油田，具有地層原油黏度高、配聚水硬度高等苛刻條件，現(xiàn)有的部分水解聚丙烯酰胺很難滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的配注要求，因此國(guó)內(nèi)專(zhuān)家針對(duì)海上稠油油藏的特點(diǎn)研發(fā)了疏水改性水溶性聚合物，并且進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)。疏水改性水溶性聚合物利用其疏水基團(tuán)，在溶液中分子間締合，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使聚合物溶液在較低分子量和較低濃度下仍然有很高的黏度[1-3]，具有較好的剪切稀釋性、抗剪切能力和注入性[4-7]。由于疏水改性水溶性聚合物主鏈上所含的少量疏水基團(tuán)使溶解時(shí)間延長(zhǎng)，使得“海上平臺(tái)配聚”成為制約海上油田實(shí)施聚合物驅(qū)提高采收率技術(shù)的技術(shù)瓶頸[8-10]。筆者研究了不同因素對(duì)疏水改性水溶性聚合物的溶解時(shí)間的影響，為海上驅(qū)油用疏水改性聚合物的加速溶解工藝技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

NaCl、KCl、MgCl2·6H2O、無(wú)水CaCl2、Na2CO3、無(wú)水Na2SO4，均為分析純，承德福鑫化工商貿(mào)有限公司；疏水締合聚合物HAPAM，自制，根據(jù)文獻(xiàn)[11]的方法制備并且造粒。

NDJ-5S型黏度計(jì)黏度計(jì)，力辰科技股份有限公司；電子稱(chēng)，量程20～20 000 g，精度2 g，上海精科公司；恒溫水浴，恒溫范圍20～100 ℃，精度±2 ℃，上海光地儀器設(shè)備有限公司；攪拌器，轉(zhuǎn)速20～500 r/min，江蘇江陰保利科研器材有限公司；20 mL移液管、1 L燒杯、玻璃棒、水銀溫度計(jì)若干，承德福鑫化工商貿(mào)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

渤海JZ9-3、SZ36-1油田2種配注水的離子組成見(jiàn)表1。

表1 渤海油田2種模擬配注水的離子組成 mg/L

1.3 表觀黏度測(cè)定

采用NDJ-5S黏度計(jì)，每隔5 min測(cè)定聚合物溶液不同狀態(tài)的表觀黏度。

2 結(jié)果與討論

2.1 干粉粒徑的影響

在水溫45 ℃條件下，按照質(zhì)量濃度為5 000 mg/L的配制要求，將不同粒徑的HAPAM干粉顆粒與JZ9-3、SZ36-1油田配注水混合攪拌，攪拌器的轉(zhuǎn)速為100 r/min，150 min內(nèi)每隔5 min測(cè)1次黏度。黏度隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖1。

圖1 不同干粉粒徑下聚合物溶液的黏度隨時(shí)間的變化

在2種水質(zhì)下，粒徑小于20目的HAPAM干粉顆粒的基本溶解時(shí)間分別為85 min和120 min左右，而100～120目的HAPAM干粉的基本溶解時(shí)間分別為30 min和50 min左右，基本溶解時(shí)間分別縮短64.7%和58.3%。粒徑小于20 目的HAPAM干粉顆?；救芙鈺r(shí)的黏度分別為3 316 mPa·s和3 481 mPa·s左右，而100～120 目的HAPAM干粉基本溶解時(shí)的黏度分別為1 673 mPa·s和1 736 mPa·s左右，基本溶解時(shí)的黏度損失率在50%左右。

聚合物干粉的粒徑越小，水與顆粒的接觸表面積越大，在配制過(guò)程中顆粒能夠更快地和水接觸形成溶脹顆粒，其完全溶脹時(shí)間越短。在一定的粒徑下，聚合物干粉顆粒的粒徑越小，其溶解時(shí)間也越短。粒徑對(duì)黏度有很大的影響。聚合物干粉顆粒的粒徑越小，其分子鏈?zhǔn)艿郊羟袛嗔训母怕试酱?，因此粒徑越小其母液的黏度和稀釋成目?biāo)液的黏度越低。聚合物干粉的粒徑越小，在現(xiàn)場(chǎng)配制過(guò)程中越容易形成“魚(yú)眼”，使現(xiàn)場(chǎng)配注難度增大。此外，聚合物超細(xì)粉含量較多時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)配注過(guò)程中粉塵會(huì)漂浮在空氣中，對(duì)人體造成傷害。通過(guò)以上的分析可知，超細(xì)化聚合物干粉雖然能夠加速溶解，但現(xiàn)場(chǎng)不宜采用，因此有必要尋求切實(shí)可行的方法加速疏水締合聚合物的溶解。

2.2 聚合物濃度的影響

將分別裝有1 000 mL JZ9-3、SZ36-1油田配注水的燒杯置于45 ℃的恒溫水浴中，待配注水的溫度穩(wěn)定后，按照不同質(zhì)量濃度的配制要求，將HAPAM干粉分別與JZ9-3、SZ36-1油田配注水混合攪拌，攪拌器的轉(zhuǎn)速為100 r/min，在120 min內(nèi)每隔5 min測(cè)1次黏度。聚合物配制濃度對(duì)溶解時(shí)間的影響見(jiàn)圖2。

圖2 聚合物配制濃度對(duì)溶解時(shí)間的影響

由圖2可知，在2種水質(zhì)下，增大HAPAM干粉的配制濃度有助于縮短溶解時(shí)間。配制濃度為2 000 mg/L時(shí)，基本溶解時(shí)間分別為65 min和90 min左右；而配制濃度為10 000 mg/L時(shí)，基本溶解時(shí)間分別為25 min和30 min左右，基本溶解時(shí)間縮短50%以上。在濃度相同的情況下，礦化度越高其溶解時(shí)間越長(zhǎng)。隨著聚合物濃度的增加，溶液中膠團(tuán)的分散密度增大，這說(shuō)明攪拌過(guò)程中膠團(tuán)彼此間碰撞摩擦的概率增大，而且聚合物分子向水中擴(kuò)散后，分子鏈上的羧酸基在水中電離，增強(qiáng)了聚合物分子之間的作用力，有利于聚合物分子向水中擴(kuò)散，因此溶解速度加快。

2.3 溶劑溫度的影響

將分別裝有1 000 mL JZ9-3、SZ36-1油田配注水的燒杯置于不同的恒溫水浴中進(jìn)行預(yù)熱，待配注水溫度穩(wěn)定后，按照質(zhì)量濃度為5 000 mg/L的配制要求，將HAPAM干粉與配注水混合攪拌，攪拌器的轉(zhuǎn)速為100 r/min，在160 min內(nèi)每隔5 min測(cè)1次黏度。母液黏度隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖3。在2種水質(zhì)下，溫度的升高有助于HAPAM干粉的溶解。溫度為25 ℃時(shí)，基本溶解時(shí)間分別為75 min和140 min左右；當(dāng)溫度升高到65 ℃時(shí)，基本溶解時(shí)間分別為35 min和50 min左右，基本溶解時(shí)間縮短50%以上。不同溫度下，基本溶解時(shí)聚合物母液的黏度隨溫度的增加而減小，但減幅差別不大；在溫度相同的情況下，礦化度越高其溶解時(shí)間越長(zhǎng)。

溫度越高分子的動(dòng)能越大，分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)程度加劇，溶劑擴(kuò)散到聚合物溶脹膠團(tuán)內(nèi)部的能力增強(qiáng)，同時(shí)使聚合物分子鏈間的纏結(jié)變得更松散，使聚合物分子的擴(kuò)散更迅速，聚合物分子從膠團(tuán)表面解離的速度加快，因而聚合物的溶解速度更快。

圖3 溫度對(duì)聚合物溶解時(shí)間的影響

2.4 攪拌器轉(zhuǎn)速的影響

將分別裝有1 000 mL JZ9-3、SZ36-1油田配注水的燒杯置于45 ℃的恒溫水浴中，待配注水的溫度穩(wěn)定后，按照質(zhì)量濃度為5 000 mg/L的配制要求，在不同攪拌器轉(zhuǎn)速條件下，將HAPAM干粉與配注水混合攪拌，120 min內(nèi)每隔5 min測(cè)1次黏度。母液的黏度隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖4。在2種水質(zhì)下，隨著攪拌器轉(zhuǎn)速的增加，HAPAM干粉顆粒的基本溶解時(shí)間逐漸減小。攪拌器的轉(zhuǎn)速為50 r/min時(shí)，基本溶解時(shí)間分別為55 min和85 min左右，基本溶解時(shí)的黏度分別為2 946 mPa·s和3 050 mPa·s；當(dāng)攪拌器的轉(zhuǎn)速增加到200 r/min時(shí)，基本溶解時(shí)間分別為35 min和60 min左右，基本溶解時(shí)間縮短20 min左右，基本溶解時(shí)的黏度分別為2 563 mPa·s和2 610 mPa·s，聚合物溶液的黏度損失率分別為13.0%和14.4%。

提高攪拌器的轉(zhuǎn)速有利于增大攪拌流體的混亂程度，加快聚合物分子從膠團(tuán)表面解離的速度。但增大攪拌器的轉(zhuǎn)速容易造成聚合物分子鏈的斷裂，造成聚合物的黏度損失。

圖4 攪拌速度對(duì)聚合物溶解時(shí)間的影響

3 結(jié)論

1)在2種水質(zhì)條件下，減小HAPAM干粉的粒徑可以縮短溶解時(shí)間，粒徑為100～120 目與粒徑小于20 目相比溶解時(shí)間縮短50%以上，但基本溶解時(shí)的黏度損失率超過(guò)50%。

2)增大HAPAM的配制濃度可縮短溶解時(shí)間，配制濃度10 000 mg/L與2 000 mg/L相比可以縮短溶解時(shí)間50%以上，并且基本溶解時(shí)的黏度幾乎沒(méi)有損失。

3)提高溶劑溫度可以縮短HAPAM干粉的溶解時(shí)間，溶劑溫度為65 ℃時(shí)，與25 ℃時(shí)相比溶解時(shí)間縮短50%以上，并且基本溶解時(shí)的黏度幾乎沒(méi)有損失。

4)增大攪拌器轉(zhuǎn)速可以縮短HAPAM干粉顆粒的溶解時(shí)間20 min左右，溶液的黏度損失率小于15%。

5)現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)增加聚合物的配制濃度、提高配制溫度(利用平臺(tái)余熱)和適當(dāng)改進(jìn)攪拌器的攪拌效率來(lái)縮短聚合物的配制時(shí)間，提高平臺(tái)的配制效率。