新型抗盐聚合物2500A性能评价

郭营营，尼 萌，万 影，刘 晶，李金环

（中国石油大庆炼化公司研究院，黑龙江大庆163411）

大庆油田二次采油、三次采油成为主要采油手段。对聚合物的需求也由简单的低、中、高不同分子量阴离子聚合物扩展为适合不同油藏、不同地层，集耐温、耐盐、耐剪切等多功能于一体的高性能驱油用聚合物。2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙磺酸（AMPS）是一种含磺酸基团的烯类单体［1］，其作为聚丙烯酰胺类聚合物的功能单体可显著提高聚合物耐温、耐盐性能［2］。

中科院理化研究所通过在聚合物中引入AMPS 等功能单体，使产品性能得到提高，开发出具有优秀性能的产品 LH2500［3］。LH2500 拥有优异的驱油聚合物各项实验室检测指标，在矿场试验中表现出优异的应用性能［4］。

大庆炼化公司研究院为升级现有2500万聚合物，研究出性能优异的抗盐聚合物2500A，且经过工业化试生产，可实现工业化稳定生产；经检测，其性能与LH2500相当。

1 检测方法

按照行业标准Q/SY 119-2014《驱油用部分水解聚丙烯酰胺技术规范》[5]对样品的固含量、水解度、粘度、分子量、过滤因子等指标进行检测。

1.1 固含量的测定方法

聚丙烯酰胺的固含量即从聚丙烯酰胺中除去水分等挥发物后固体物质的百分含量。将一定量的聚合物干粉试样，在恒温干燥箱中120±1 ℃条件下烘干2 h，在干燥器中冷却30 min至恒重，称量干燥前后试样质量，按照（1）式计算样品固含量。

式中S—试样固含量，%；m—干燥后试样质量，g；m0—干燥前试样质量，g。

每个样品取3个平行样同时测定，测定值修约至小数点后第2位，取其算术平均值作为结果。单个样品测定值与平均值偏差大于0.5%时，重新取样测定。

1.2 水解度的测定方法

测出试样固含量S的值之后，在500 mL 烧杯中将（1/S）g试样（准确至0.000 1 g）溶于（200～1/S）g的蒸馏水（准确至0.01 g）中，搅拌2 h 至试样完全溶解，配制成浓度为0.5%的聚合物溶液。

取浓度为0.5%的溶液40.00 g、蒸馏水160.00 g加入500 mL 烧杯中，用立式搅拌器搅拌15 min 至溶液均匀，配制成浓度为0.1%的溶液。

在3 个250 mL 锥形瓶中分别加入浓度为0.1%的溶液30.00 g、蒸馏水100 mL，用等体积的滴管向锥形瓶中加入0.1%的甲基橙和0.25%的靛蓝二磺酸钠指示剂各2滴，搅拌均匀，试样呈黄绿色。

用盐酸标准溶液滴定，至试样溶液颜色变为灰绿色且振荡后稳定30 s 不变色，即为滴定终点，记下消耗盐酸标准溶液毫升数。按照（2）式计算水解度：

式中HD—水解度，%；C—盐酸标准溶液的浓度，mol/L；V—试样溶液消耗的盐酸标准溶液的毫升数，mL；m—0.1%试样溶液的质量，g；23—丙烯酸钠与丙烯酰胺链节质量的差值；71—与1.00 mL 盐酸标准溶液相当的丙烯酰胺链节的质量。

每个试样至少测定3次，将测定值修约至小数点后2 位，单个测定值与平均值最大偏差在±0.50以内，超过最大偏差应重新取样测定。

1.3 粘度的测定方法

用烧杯将1.000 0 g 试样溶于199.00 g 的盐水中，用立式搅拌器搅拌2 h 至试样完全溶解；取上述溶液20.00 g 于250 mL 烧杯中，加对应盐水至100.00 g，用磁力搅拌器搅拌15 min至溶液均匀。

在45 ℃恒温水浴中加热15 min后用布氏粘度计测定上述溶液的粘度，每个样品测定3 次，测定值保留小数点后1位，取平均值为测定结果。

1.4 粘均分子量的测定方法

在烧杯中将（1/S）g 试样（准确至0.000 1 g）溶于（200～1/S）g 的蒸馏水（准确至0.01 g）中，用立式搅拌器搅拌2 h 至试样完全溶解，配制成浓度为0.5%的聚合物母液。

取5 个100 mL 的容量瓶，称取母液4.00 g、6.00 g、8.00 g、10.00 g 分别装入 4 个容量瓶中，在 5个容量瓶中分别加50 mL缓冲溶液并摇匀；用蒸馏水分别加至100 mL刻度并摇匀。

用乌氏粘度计测量待测溶液流经粘度计两刻度之间的流动时间，精确至0.01 s，重复测定3 次，测定结果相差不超过1 s，取平均值。缓冲溶液流出时间重复测定3次，测定结果相差不超过0.5 s。

根据（3）式计算4种溶液的粘度比：

式中ηsp—增比粘度；t—试样溶液的流经时间，s；t0—缓冲溶液的流经时间，s。

计算各溶液的ηsp/c值，c 为试样溶液的浓度，即100 g 试样溶液中聚丙烯酰胺的克数。在坐标纸上以ηsp/c 为纵坐标，c为横坐标作图。用四点外推法求曲线上直线部分在纵坐标上的截距，读出特性粘数IV。

按照（4）式计算粘均分子量：

式中Mη—粘均相对分子量；IV—特性粘数；0.000 373—经验常数；1.515—经验常数。

1.5 过滤因子的测定方法

在烧杯中将（1/S）g 试样（准确至0.000 1 g）溶于（200-1/S）g的盐水Ⅱ（准确至0.01 g）中，用立式搅拌器搅拌2 h 至试样完全溶解，配制成浓度为0.5%的聚合物溶液。

取浓度为0.5%的溶液100.00 g 于1 000 mL 烧杯中，加400.00 g 盐水Ⅱ，搅拌15 min 至溶液均匀，配制成浓度为0.1%的溶液。

用过滤因子测定装置测定试样溶液在系统压力0.2 MPa 条件下流经3.0 μm 核孔滤膜的时间，每流出100 mL记录1次，到滤出300 mL为止。

过滤因子（FR）定义为300 mL 与200 mL 之间的流动时间差与200 mL 与100 mL 的流动时间差之比，按照（5）式计算：

式中FR—过滤因子；T300mL—聚合物溶液滤出量为300 mL 的时间，s；T200mL—聚合物溶液滤出 200 mL的时间，s；T100mL—溶液滤出100 mL的时间，s。

1.6 水不溶物的测定方法

在1 000 mL 烧杯中将2.5 g 待测试样（准确至0.000 1 g）溶于500 mL 的蒸馏水中，用立式搅拌器搅拌2 h至试样完全溶解。

在压力 0.2 MPa 条件下，用已称重的 25 μm 筛网过滤试样溶液，再用500 mL蒸馏水冲洗筛网。

过滤后的筛网在120 ℃烘箱中烘干2 h，在干燥器中冷却30 min，称量筛网干燥前后的质量（准确至0.000 1 g），按（6）式计算水不溶物：

式中Nd—水不溶物，%；W1—筛网质量，g；W2—筛网和不溶物质量，g；W—试样质量，g。

2 聚合物性能评价及对比

2.1 理化性能检测

按照以上方法对2500A样品进行性能评价，并与大庆油田在用产品LH2500 和大庆炼化公司生产的常规2500万聚合物进行对比，结果见表1。

表1 聚合物理化性能评价结果

从检测结果看，2500A聚合物样品在低水解度下仍具有较高的模拟污水粘度；在高钙污水中增粘性能较常规2500万产品好，与LH2500相当。

2.2 增粘性能评价

用模拟污水（NaCl 含量2 410 mg/L）配制聚合物母液浓度为5 000 mg/L，再用模拟污水稀释至各目的液，浓度分别为200 mg/L、400 mg/L、600 mg/L、800 mg/L、1 000 mg/L、1 100 mg/L、1 200 mg/L、1 300 mg/L、1 400 mg/L、1 500 mg/L，测定各溶液粘度，结果见表2。

表2 增粘性能评价结果

从表2 可见，2500A 聚合物具有较好的增粘性能，相同浓度下溶液粘度与LH2500和常规2500聚丙烯酰胺相当。

2.3 抗剪切性能评价

用模拟污水（NaCl 含量2 410 mg/L）配制聚合物母液浓度为5 000 mg/L，再稀释至1 000 mg/L，用吴茵剪切器高速剪切30 s，测定剪切前后的溶液粘度，结果见表3。由表3 可知，在浓度相同条件下，2500A聚合物经高强度机械剪切后，粘度保留率与LH2500、常规2500聚合物相当。

表3 抗剪切性能评价结果

2.4 抗盐性能评价

将模拟污水（NaCl 含量2 410 mg/L）添加Ca2+配制成不同浓度的配制污水，用不同浓度的配制污水配制聚合物溶液浓度为5 000 mg/L，再稀释至1 000 mg/L，测定各溶液粘度，计算粘度保留率。

表4 抗盐性能评价结果

从表4 可以看出，随着模拟污水中添加Ca2+浓度的升高，2500A聚合物溶液耐钙离子的能力与市场产品LH2500相当，好于常规2500聚合物。

2.5 稳定性能评价

用总矿化度 6 000 mg/L（Ca2+含量为 50 mg/L）的模拟污水配制聚合物母液，浓度为5 000 mg/L，再稀释至浓度为1 000 mg/L 的目的液，在无氧手套箱中将其保存在密闭广口瓶中，恒温45℃，测定放置时间分别为0、1、3、15、30、45、60、90 d 的溶液粘度，测定溶液粘度随时间变化情况见表5。

2.6 驱油性能评价

实验用天然贝雷岩心，规格4.5×4.5×30 cm，岩心饱和油后在45 ℃恒温箱中老化20 h，用过滤后的采油四厂联合站外输污水配制相应聚合物溶液。首先进行水驱油，注入速度为0.3 mL/min，采出液含水率大于98%后结束水驱；然后注入新配制的聚合物溶液，注入速度为0.3 mL/min，注入浓度为1 000 mg/L 的聚合物溶液；最后进行后续水驱至采出液含水率大于98%，驱油实验结果见表6。

表5 稳定性能评价结果

表6 驱油实验结果统计

从表 6 可以看出，LH2500 与 2500A 样品采收率基本相同，高于常规2500 万聚合物1.37%～2.12%，说明LH2500 与2500A 二者驱油能力相当，明显好于常规2500万聚合物。

3 结论

2500A 与LH2500 产品在较低水解度下具有较高溶液粘度,尤其在高矿化度污水中较常规2500聚合物有更高的溶液粘度，其增粘性能、抗剪切性能与常规2500 万聚合物相当，抗盐性能、长期稳定性能和驱油性能明显优于常规2500 万聚合物，其应用效果更佳显著，应用前景更加广阔。