第ｌ５卷第４期重慶科技學院學報（自然科學版）２０１３年８月
王歷歷曠曦域
任強（西南石油大學油氣藏地質與開發工程國家重點實驗室，成都６１０５００）
摘要：為認識改性聚合物的耐溫抗鹽效能，提高聚合物在高溫高鹽油藏中的適用性，針對西達里亞三疊系高溫高
鹽油藏條件，選用新型梳型聚合物ｋｙｐａｍ一６ａ和疏水締合聚合物ｈａｐ進行研究。研究表明，ｈａｐ效能明顯優於ｋｙｐａｍ一６ａ。ｈａｐ具有高效的增黏性和耐溫抗鹽性，長期熱鹽穩定性實驗表明ｈａｐ在老化６０ ｄ後黏度保留率為
９７．７％，老化１８０ ｄ後黏度為８．９ ｍｐａｓ，能夠有效控制西達里亞油藏油水流度比，提高體積波及係數。關鍵詞：耐溫抗鹽；疏水締合聚合物；增黏性；熱鹽穩定性中圖分類號：ｔｅ２５４
文獻標識碼：ａ
文章編號一（）４
石油是一種優質能源，同時也是乙個國家重要的戰略物資，直接關係著整個國家的經濟發展和國防安全。**經過一次和二次採油後最終採收率通常只能達到原始地質儲量的２０％～４０％，如何提高**採收率已成為目前石油開採業的迫切任務。從我國的油藏資源來看，化學驅是我國強化採油的主要發展方向－－。
度２６．４％）；疏水締合聚合物ｈａｐ（四川光亞聚合物化工****，水解度２５％）；助劑ｄｗ（實驗室自製），氯化鈉、氯化鈣均為分析純。
實驗儀器有旋轉流變儀；ｄｍａ４８數字式５１２恆速攪拌器電子天平；ｐｈｇ一９２０２—１ｓ恆溫乾燥箱；ｂ２２０恆溫水浴鍋。
１．２ 實驗方法
目前三次採油所用的聚合物主要是部分水解丙烯醯胺（ｈｐａｍ）和黃原膠存
用西達里亞產出汙水（表１）配置質量濃度分別
在鹽敏效應、化學降解、剪下降解等問題，尤其對二為
價離子特別敏感。ｘａｎｔｈａｎ對鹽並不十分敏感，但熱的ｋｙｐａｍ一６ａ、ｈａｐ水溶液各３０ ｍｌ，
穩定性很差，使用溫度一般不超過７５℃。為了提高聚合物的抗溫耐鹽性能，近２ｏ年來國內外展開了廣泛的ｈｐａｍ改性實驗，獲得的改性聚合物主要有梳型聚合物，疏水締合聚合物，兩性聚合物以及二元／三元共聚物ｊ。為了認識改ｉ生聚合物的抗溫耐鹽性能，提高聚合物在高溫高鹽油藏中的適用性，我們針對西達里亞三疊系高溫高鹽油藏條件，選用新型梳型聚合物ｋｙｐａｍ一６ａ和疏水締合聚合物ｈａｐ進行效能評價研究。
在室溫下使用一１ｉｉ旋轉流變儀測試
其表觀黏度，考察聚合物的增稠效能。
將西達里亞產出汙水稀釋、加鹽為礦化度在範圍內的ｌ４個礦化度，ｋｙｐａｍ一６ａ和
ｈａｐ的質量濃度分別為０．２％和０．１７５％，在９０ ｃｃ條件下測試其表觀黏度，考察聚合物的抗鹽效能。
使用西達里亞產出汙水分別配置質量濃度為的ｋｙｐａｍ一６ａ和ｈａｐ水溶液，在
１８～１００％範圍內８個溫度條件下測試其表觀黏度，考察聚合物的耐溫性能。
使用西達里亞產出汙水分別配置質量濃度為的ｋｙｐａｍ一６ａ和ｈａｐ水溶液，添
１實驗部分
１．１實驗試劑與儀器
實驗試劑包括：梳型聚合物ｋｙｐａｍ一６ａ（北京加０．０７％的助劑ｄｗ，除氧後放人９０％烘箱，定期測試其黏度，考察聚合物熱鹽長期穩定性。
恆聚油田化學劑****，平均分子量２ ５１４，水解
收稿日期
**專案：國家科技重大專項專題
作者簡介：王歷歷（１９８７一），男，四川廣漢人，西南石油大學在讀碩士研究生，研究方向為提高採收率技術。
７０王歷歷，等：耐溫抗鹽驅油聚合物效能評價研究
表１西達里亞產出汙水組成（ｍｇｌ－１）
２結果與討論
２．１聚合物的增黏特性
如圖１所示，隨著聚合物質量濃度的增加溶液表觀黏度呈指數曲線增長。當聚合物濃度小於時，兩種聚合物增黏強度無明顯差別；當聚合物質量濃度大於後，ｈｐａ增黏能力明顯優於ｋｙｐａｍ一６ａ。其中，梳型聚合物ｋｙ－ｐａｍ一６ａ的增黏原理主要是由於梳型聚合物在聚丙烯醯胺分子鏈中插入了新型單體（ａｈｐｅ），高分子的側鏈同時帶親油基團和親水基團，通過親油基團和親水基團的相互排斥及親水基團之間的相互排斥，高分子鏈在水溶液中排列呈梳子形狀，這樣使聚合物在分子內和分子間的捲曲減少，與普通聚丙烯
醯胺（ｈｐａｍ）相比，增稠鹽水的能力提高了５０％以
上 ｊ，其分子結構如圖２所示。０●
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圖２聚合物分子結構式
由圖１可知，疏水締合聚合物ｈｐａ存在乙個明顯的臨界締合濃度（ｃａｃ），ｃａｃ一１０００ｍｇ／ｌ。當濃度小於ｃａｃ時，隨著聚合物質量濃度增加，黏度緩
慢增加。聚合物分子主要以單分子捲曲構象的形式
存在於鹽水中，分子間的締合能力很弱，聚合物黏度主要由分子鏈（束、團）的流體力學尺寸，即非結構黏度叼非結構決定，其增黏效果和普通ｈｐａｍ差別不大。當濃度大於ｃａｃ後，強極性基團與水分子間形成強烈的氫鍵，並且隨著聚合物濃度的增加分子間疏水基團接觸、碰撞增加，締合機率增大，分子間形成大量疏水微區，並在此節點上逐漸形成空間三維
網狀結構，水動力學體積顯著增加，溶液表觀黏度急劇增加 。
２．２聚合物抗鹽效能
如圖３所示，當礦化度小於３×１０ ｍｇ／ｌ時，礦化度增加對疏水締合聚合物ｈａｐ有增黏作用；在（３
～礦化度範圍內，隨著礦化度的增加
黏度降幅較小；當礦化度大於後，黏度大幅度降低。ｋｙｐａｍ一６ａ水溶液表觀黏度隨著礦化度增加而降低，但在礦化度範圍內時，ｋｙｐａｍ一６ａ水溶液表觀黏度降幅不大，說明ｋｙｐａｍ一６ａ在此礦化度濃度範圍內ｋｙｐａｍ一
６ａ抗鹽效能良好；當礦化度大於後，黏度較大幅度降低。從圖中可以看出在相同礦化度
條件下，ｈａｐ水溶液的表觀黏度較大，抗鹽濃度視窗更寬，說明ｈａｐ比ｋｙｐａｍ一６ａ具有更好的抗
鹽性。梳型聚合物ｋｙｐａｍ一６ａ較好的抗鹽效能主要是受ｋｙｐａｍ一６ａ中的ｒ 影響（圖２），ｒ 可選ｃ１
一ｃ 烷基、ｃ ～ｃ：烷基芳基、ｃ ～ｃ：烷基醚或ｃ
～ｃ，烷基脂。隨著碳數的增加，共聚物的抗鹽能力
增強，其原因主要是大分子鏈越長，雙電層越難被壓縮，對鹽度越不敏感。ａ是對ｃａ¨、ｍｇ 不敏感的離子型官能團，能減少硬水對聚合物水溶液黏度的影響。
鹽電解質對疏水締合聚合物黏度的影響主要體現在兩個方面 ｊ。一方面，隨著電解質濃度的增加，聚合物離子基團上的電荷雙電層壓縮，離子間排斥力減弱，聚合物發生捲曲，水動力學體積減小，黏度減小。另一方面，隨著電解質濃度的增加，溶劑極性增強，促使疏水締合物疏水基團發生自聚，形成較大、較多的疏水微區，這樣又使聚合物黏度增大。
在這兩種作用效果下，若鹽離子對疏水締合的作用大
７１王歷歷，等：耐溫抗鹽驅油聚合物效能評價研究
於壓縮雙電層的作用，黏度增加；反之聚合黏度降低。從圖４可以看出，在較低礦化度時，電解質對黏度表現為有利的影響。《饔
礦化度圖３聚合物耐鹽性能曲線
２．３聚合物的耐溫性能
隨著溫度的公升高，聚合物會發生降解，聚合物水
溶液黏度降低。一般情況下，熱降解首先使大分子末端斷裂，生成少量較低活性的自由基，然後自由基
連鎖反應機理使分子鏈上的單體斷裂成為活性自由基，促使反應指數級加快。隨著聚合物不斷受熱，分子主鏈任何一處都可能斷裂，破壞直鏈型結構和流
體力學體積，從而表現為黏度的迅速下降。如果聚合物分子鏈上存在取代基，在高溫條件下，無論分子
鏈是否發生斷裂，取代基都可能脫離主鏈，形成活性小分子，快速形成更多自由基。因此，聚合物一般耐溫性差。由圖４可知，隨著溫度的增加，梳型聚合物ｋｙｐａｍ一６ａ的氫鍵發生斷裂，水解加劇，使聚合物水溶液黏度呈直線下降。
疏水締合聚合物ｈａｐ水溶液表觀黏度隨著溫
度增加呈冪函式趨勢降低，當溫度大於６ｏ℃後，表觀黏度降低很小，表現出良好的抗溫效能。溫度對疏水締合聚合物水溶液表觀黏度的影響主要表現為４個方面 ：
（１）ｈａｐ疏水基團之間的締合作用是吸熱「熵驅動」過程，隨著溫度公升高，聚合物溶液體系的熵增
加，疏水基團的締合作用增強，有利於溶液黏度的提高。
（２）溫度公升高，分子鏈上離子基團的熱運動增加，正負離子吸引減弱，使聚合物分子線團更加舒展，有利於增加溶液黏度。
（３）溫度公升高，疏水基團的熱運動增加，疏水締
合作用減弱；同時，水分子的熱運動加劇，從而使水．
７２．分子與疏水基團之間的結構和狀態發生變化，水分
子與疏水基團的作用減弱，使疏水締合作用進一步
降低，這樣使聚合物的水動力學體積減小，黏度
降低。（４）溫度增加，離子基團的水化作用減弱，大分
子鏈收縮，黏度下降。
在高溫下，疏水締合聚合物ｈａｐ受上述影響，在熵驅動和締合解締合共同作用下黏度下降，但幅
度不大。
●ｃ要邑
溫度／℃
圖４聚合物耐溫性能
２．４聚合物的長期穩定性
聚合物注入地層到採油井中採出要經歷一段較長的時間，因此要求聚合物在地層溫度和礦化度下
具有長期穩定性。由於西達里亞三疊系油藏溫度高達９０℃、礦化度近已超出了國內化
學驅油藏使用條件，為了提高聚合物的長期熱鹽穩
定性，在體系中加入助劑ｄｗ。由圖５知，兩種聚合
物在注入初期黏度都有所提高，這不僅能提高聚合
物驅油效率，也有利於聚合物的注入。梳型聚合物ｋｙｐａｍ一６ａ在老化１５ｄ後，黏度降低到
黏度保留率５８．９％，表明ｋｙｐａｍ一６ａ在長期高溫高鹽條件下，聚合物降解較快。老化３０ ｄ後，ｋｙｐａｍ一６ａ黏度降低到２．５ ｍｐａｓ，黏度保留率１２．４％。由於西達里亞三疊系地層**黏度為３．５ ｍｐａｓ，此時聚合物已經不能改善油水流度比，效能失效，因此ｋｙｐａｍ一６ａ不能滿足西達里亞三疊系高溫高鹽油藏化學驅要求。
ｈａｐ在老化前期，在助劑ｄｗ作用下表觀黏度大幅上公升，之後慢慢降低。老化６０ ｄ後，ｈａｐ表觀黏度為黏度保留率９７．７％，表現出良好的抗溫耐鹽性能。
老化１王歷歷，等：耐溫抗鹽驅油聚合物效能評價研究
製油水流度比，擴大體積波及係數。
黏度則呈冪函式趨勢下降，當溫度大於６０℃後，黏
度降低幅度較小，表現出良好的抗溫效能。
（４）為了增加聚合物的長期耐鹽抗溫穩定性，
在溶液中新增０．０７％助劑ｄｗ。在礦化度條件下，梳型聚合物ｋｙｐａｍ一－山
量德霞懈６ａ黏度在老化３０ ｄ後降低到２．５ ｍｐａｓ，黏度保留率１２．４％，不能改善油水流度比。疏水締合聚合物ｈａｐ老化６０ ｄ後黏度保留率維持為９７．７％，老化１８０ ｄ後黏度仍能達到８．９ ｍｐａｓ，可較好地控制油水流度比，滿足西達里亞三疊系高溫高鹽油藏開展化學驅要求。
圖５聚合物長期熱鹽穩定性
參考文獻
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３結語相關化學驅進展［ｊ］．油田化學王雲，李乃旭，張正雲，等．耐溫抗鹽聚合物驅油劑研
究進展［ｊ］．精細與專用化學品宋昭崢，趙密福，魏進峰，蔣慶哲，孫貴利．聚合物在高
溫高鹽油藏中的應用［ｊ］．彈性體
（１）聚合物ｋｙｐａｍ一６ａ和ｈａｐ水溶液表觀黏度隨著濃度增加呈指數上公升，表現出高效的增黏特性。ｈａｐ的臨界締合濃度在附近，當
濃度小於ｃａｃ時，ｈａｐ分子主要以單分子形式存在
於溶液中，當濃度大於ｃａｃ後，ｈａｐ分子間疏水基團接觸、碰撞增強、發生締合作用，形成空間網狀結
構，黏度急劇上公升。
（２）在９０℃下，梳型聚合物ｋｙｐａｍ一６ａ和疏水締合聚合物ｈａｐ的抗鹽能力分別為和礦化度，抗鹽效能良好。
［４］程杰成，羅健輝，李振幹，等．梳形抗鹽聚合物的應用與
研究進展［ｊ］．精細與專用化學品
一ｍｓ，２００１．
［６］賈振福，李早元，鐘靜霞，等．無機鹽種類和濃度對疏
水締合聚合物溶液黏度的影響［ｊ］．鑽井液與完井液
礦化度條件下，隨著溫度的增加梳型聚合物ｋｙｐａｍ一６ａ水溶液表觀黏度直線下
降，抗溫能力差；疏水締合聚合物ｈａｐ水溶液表觀７３
抗溫抗鹽交聯聚合物的效能評價
年 卷第 期廣州化工 董陽陽，趙田紅，餘輝 西南石油大學化學化工學院，四川成都 摘要 採用 和 二元共聚物和交聯劑為 一亞甲基雙丙烯醯胺，開展了以油井堵水為目的交 聯聚合物溶液體系研究。研究結果表明所合成的交聯共聚物耐溫抗鹽性良好，在礦化度模擬地層水 中吸水倍率為 倍左右，在 的高溫下滾動老化 交聯...
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