聚合物清水配制液的微波降黏实验*

李 枫 肖广阔 马志权 丁康玉 范雯洋

聚合物清水配制液的微波降黏实验*

李 枫1 肖广阔2 马志权3 丁康玉4 范雯洋5

1东北石油大学 2大庆油田采油十厂 3大庆油田采油工程研究院4大庆油田井下作业分公司 5大庆油田采油二厂

微波降黏技术是基于微波原理，利用极化物质在高频电磁场作用下旋转，从而剪切聚合物长链，破坏分子结构，降低处理水的黏度，实现含聚污水的再利用。室内研究结果表明：同一浓度下，流量越小，黏度损失就越大，且各种流量的最大黏度损失都发生在最大微波功率处；在同一流量下，随着浓度增加，降黏效果更加显著。清水配制HPAM水溶液的微波降黏效率要比污水配制的高，高浓度聚合物水溶液可得到微波作用的最佳功率。

聚合物；清水配制液；实验；微波降黏

微波降黏技术是基于微波原理，利用极化物质在高频电磁场作用下旋转，从而剪切聚合物长链，破坏分子结构，降低处理水的黏度，实现含聚污水的再利用。

1 实验物性条件

影响聚合物水溶液黏度的因素有很多，主要是聚合物自身和配制用水的性质。目前大庆油田三次采油中广泛应用的聚合物是部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）。

为了简化实验条件，掌握微波降黏程度并考查该方法的实践可行性，室内研究用清水配制聚合物液体，设计了一个小型微波降黏处理装置，可使液体流量控制在0.25～1m3/h，微波功率控制在1～8kW。

2 实验过程及效果

2.1 不同流量时降黏效率随功率的变化

因采油现场常用的聚合物浓度为400～600 mg/L，所以本次实验的HPAM水溶液浓度先以400 mg/L为例，在0.25、0.5、0.75、1 m3/h这4种流量下分别改变功率，测量降黏效率，具体的变化规律如图1所示。

图1 不同流量时黏度随功率的变化曲线

由图1可见，在同一浓度下，随流量和功率的不同，水溶液黏度呈现下降趋势。由于实验针对同一种聚合物配制液，所以起始黏度相同，均为8.2 mPa·s；随着功率的增加，针对不同流量黏度呈现出不同的下降幅度，但4条曲线仍有相似之处。

从清水配置浓度为400 mg/L的HPAM水溶液在流量和微波作用功率影响下的具体黏度损失率可知，流量越小，黏度损失越大，且各种流量的最大黏度损失都发生在最大微波功率处。HPAM水溶液黏度开始几乎不变是因为初始功率较低，剪切作用很小，大分子构象不改变，对黏度没有影响（0.25m3/h流量的黏度有所变化，略有下降是因为其流量过低，相对剪切作用时间会长一些）。随着功率的增加，电场的强度也逐渐增大，剪切速率增大，分子间的剪切作用越来越剧烈；切应力使高分子结构发生了变化，破坏了平衡态，使聚合物解缠，分子链间相互分离，导致聚合物高分子链开始蜷曲，甚至有些开始断裂，所以黏度开始降低。从降黏效果上来看，流量为0.5 m3/h时，其降黏效果与流量为0.25 m3/h时相似，均比0.75和1 m3/h流量时要高；而流量为0.75 m3/h比流量为1 m3/h降黏效果要好，这是因为0.75 m3/h比1 m3/h聚合物水溶液受微波剪切作用的时间更长一些，降黏作用更充分一些。

综合考虑降黏效果，将最佳流量定为0.5 m3/h，在此基础上改变其他参数来进行实验。

2.2 不同水溶液浓度时降黏效率随功率的变化

水溶液黏度随着浓度的增加而增加，且增幅相应的越来越大。以最佳流量为基准流量，分别取HPAM水溶液浓度为200、400、800、1 000、1 500和2 000 mg/L，改变微波功率，观察黏度随微波作用功率的变化规律，如图2所示。

图2 不同水溶液浓度时黏度随功率变化曲线

由图2可知，水溶液在经过微波降黏反应装置作用后，黏度都会有一定程度的降低，但下降幅度略有不同。随着浓度增加，黏度下降的幅度也越来越大，即降黏效果越越显著。这是因为随着质量浓度的增加，分子内间距越来越小，使得水溶液中许多的分子链交合在一起，形成了网格结构的凝胶体。

以2 000 mg/L浓度HPAM水溶液为例，当微波功率分别为6、7和8 kW时，黏度损失率相应为54.5%、55.3%和56.3%，几乎相近，从图2也可看出这3点近似为一直线，所以可认为该浓度的HPAM水溶液的最佳功率为6 kW。HPAM水溶液浓度为1 500 mg/L时，当微波功率分别7和8 kW时，黏度损失率分别为40.2%和40.3%，其微波最佳功率为7 kW。这两种浓度的HPAM水溶液的最佳功率不同，是由于水溶液内凝胶体密度不同造成的。浓度越高，其内部凝胶体越多，而恰恰微波对HPAM内凝胶体的破坏最强，当水溶液吸收了一定功率的微波以后，凝胶体基本被破坏殆尽，而剩余的微波能量用来产生剪切其余的长分子链，降黏效率不明显。综合能耗和降黏效果来看，可以认为使凝胶体破坏的微波功率即为最佳功率。

3 结论

室内用清水配制HPAM聚合物液体，设计了实验方案，得出了降黏效率随不同流量及不同微波作用功率的变化规律。结果表明：同一浓度下，流量越小，黏度损失就越大，且各种流量的最大黏度损失都发生在最大微波功率处；在同一流量下，随着浓度增加，降黏效果更加显著。结合前期污水配制液的微波降黏实验研究，清水配制的HPAM水溶液的微波降黏效率要比污水配制的高，高浓度聚合物水溶液可得到微波作用的最佳功率。

（栏目主持 杨 军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.017