第３２卷第２期（２０１３．０２）（技术纵横） 影响聚合物溶液黏度的主要因素 刘学智 中国石化胜利油田分公司海洋采油厂 摘要：当聚合物溶液中含有各种离子时，会对聚合物溶液黏度造成不同程度的影响 高价 阳离子比低价阳离子更容易引起聚合物分子间发生缩聚，从而使分子链变短，直接导致溶液的 黏度下降。随着硫离子浓度的增加，聚合物黏度不断减小。因此，硫离子含量高是聚合物黏度 低的重要影响因素之一。污水配置的聚合物母液中，溶解氧是影响聚合物溶液稳定性的关键因 素，配注水中氧的存在会使其黏度迅速下降。注聚流程对黏度也有一定影响。提出添加杀菌 剂、曝氧和向污水中添加适量氧化剂改善水质以及降低流程压差提高黏度的措施。 关键词：聚合物溶液；黏度；离子含量；机械降解；黏损率；影响因素 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１００６－６８９６．２０１３．２．０５８ １ 复合二元驱先导试验现状 ＣＢ１Ｆ平台注聚先导试验设计浓度５ ０００ ｍｇ／Ｌ， Ｃａ 、Ｍｇ 浓度均大于８０ ｍｇ／Ｌ时，对黏度的影响趋 于平缓；同时，Ｍｇ 对黏度的影响大于Ｃａ 。但由 于ＣＢ１Ｆ平台注聚用污水中Ｍ 含量小于８０ ｍｇ／Ｉ ， 井口第一段塞浓度２ ０００ ｍｇ／Ｌ，设计黏度为ｌ ２００ 在低于配方黏度４０ ｍＰａ・Ｓ时，聚合物溶液中Ｃａ 对 ｍＰａ・Ｓ。在现场注聚过程中发现，注入的聚合物溶 黏度的影响大于Ｍｇ 。 液浓度和黏度过低。正常条件下，温度６５。Ｃ、浓 度ｌ ８００ ｍｇ／Ｌ的现场污水稀释的聚合物溶液黏度在 ２０ ｍＰａ・Ｓ以上，而ＣＢ１Ｆ平台注入聚合物溶液熟化 （２）二价铁离子对黏度的影响。二价铁在绝氧 的情况下对聚合物溶液的黏度影响不大，而在有氧 的情况下，却可使聚合物溶液的黏度大幅度下降。 罐 口黏度在５ ｍＰａ・Ｓ，井口聚合物溶液黏度则低 ＣＢ１Ｆ平台二价铁含量为０．８９～１．４２ ｍｇ／Ｌ，可使黏 至１．１ ｍＰａ・Ｓ，远不能达到配方体系１ ２００ ｍＰａ・Ｓ的 度降至２０ ｍＰａ・Ｓ以下。 要求，严重影响现场试验效果。因此，对影响聚合 物溶液黏度的因素进行分析，寻找有效的改善措施 显得极为重要。 （３） 价阳离子对黏度的影响。 价阳离子对 聚合物溶液的黏度影响更大，微量的 价盐就会使 黏度急剧降低甚至絮凝，因此，应严格控制ｊ价阳 离子的含量。资料表明，国外一般对 价阳离子含 量控制在２０ ｍｇ／Ｌ以下，大庆油田则控制在０．９９ ｍｇ／Ｌ 以下。 ２ 污水配制聚合物对黏度的影响 ２．１ 离子对聚合物溶液黏度的影响 通过对配注污水水质的分析得知，污水中主要 含有Ｎａ 、Ｋ 、Ｃａ 、Ｍｇ 、Ｆｅ 、Ｃｌ一、ＳＯ４ 、 （４）阴离子对黏度的影响。从硫离子对黏度的 影响可知，随着硫离子浓度的增加，聚合物黏度不 断减小 。在硫离子浓度为６ ｍｇ／Ｌ时聚合物溶液黏 ＨＣＯ。、ＣＯ 等离子，当聚合物溶液中含有各种离 子时，会对聚合物溶液黏度造成不同程度的影响。 （１）金属离子对黏度的影响。污水中的主要金 属阳离子为Ｎａ 、Ｋ 、Ｃａ 、Ｍｇ 、Ｆｅ 。随着Ｎａ 、 度降到１０ ｍＰａ・Ｓ以下。ＣＢ１Ｆ平台污水中硫化物含 量达到０．００４ ７ ｇ／Ｌ时，可使聚合物黏度降至２５ ｍＰａ・Ｓ以下。因此，硫离子含量高是聚合物黏度低 Ｋ 浓度的增加，使得聚合物中羧基离子的电斥力受 的重要影响因素之一。除硫离子外，污水中还含有 到抑制，分子线团卷曲，从而导致溶液的黏度下 其他阴离子，其中Ｃｌ一对黏度的影响最大。ＣＢＩＦ平 降。在Ｎａ 、Ｋ 浓度小于３ ０００ ｍｇ／Ｌ时，母液黏度 台配置聚合物污水中Ｃｌ一含量高达５ ６５０ ｍｇ／Ｌ，是影 下降剧烈，呈二次多项式递减，当降至４０ ｍＰａ・Ｓ 响黏度的重要因素之一。 时，离子浓度继续增加对黏度的影响减小。高价阳 离子比低价阳离子更容易引起聚合物分子问发生缩 ２．２溶解氧对聚合物黏度的影响 污水配置的聚合物母液中，溶解氧是影响聚合 聚，从而使分子链变短，直接导致溶液的黏度下 物溶液稳定性的关键因素，配注水中氧的存在会使 降。因此，Ｃａ 、Ｍｇ 比Ｎａ 、Ｉ＜＋的影响还要大，随 其黏度迅速下降。在实验室条件下，空气中氧含量 着Ｃａ 、Ｍ 浓度的增加，黏度急剧下降 。当 足以使聚合物发生严重的氧化降解，导致体系黏度 一９８一 油气田地面工程（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｙｑｔｄｍｇｃ．ｃｏｒｎ） 第３２卷第２期（２０１３．０２）（技术纵横＞ 大大降低 。但由于污水中含有大量的硫酸盐还原 量，氧化掉污水中的还原性物质。由于影响聚合物 菌、腐生菌和铁细菌等众多细菌，其中部分细菌生 母液黏度的主要因素为污水中的硫离子和二价铁离 成发酵产物——乳酸。在无氧环境中，乳酸又被硫 子，通过污水曝氧，可以有效地氧化上述离子，降 酸盐还原菌氧化为乙酸，脱下８个氢原子，这种氢 低污水的还原性；同时杀灭大部分硫酸盐还原菌和 具有很强的还原能力，在使硫酸盐还原为硫化氢的 其它一些厌氧菌，从而提高聚合物的黏度。通过对 同时，又使Ｆｅｎ还原成Ｆｅ ，并且还生成了许多具 ＣＢ１Ｆ平台聚合物母液在不同曝氧时间下黏度的现 有还原性的中间物质。用这种水在无氧条件下配制 场测定可知，母液黏度随着时间的增加而升高；当 的聚合物溶液能够保持相对较高的黏度，ＣＢ１Ｆ平 超过４０ ｍｉｎ后，母液黏度上升趋势平缓，最高可达 台污水中氧含量几乎为０，因此对黏度的影响不 ６０ ｍＰａ・Ｓ。受平台空间限制以及熟化罐容积影响， 大。但如果接触氧气，就会在聚合物溶液中发生氧 曝氧过程应在熟化搅拌的过程中进行。由于在 ６５。Ｃ条件下，配制５ ０００ ｍ∥Ｌ的聚合物溶液聚合物 化一还原反应而使聚合物迅速降解。 ２．３ ｐＨ值对黏度的影响 溶解所需最少时间为４５ ｍｉｎ，因此建议曝氧时间在 ｍｉｎ为宜。 在酸性条件下，随着ｐＨ值的增加，黏度增 ４５ （２）添加化学药剂，改善污水水质。优选强度 加；在碱性条件下，当ｐＨ值＜１０时，黏度随ｐＨ值 的增大稍有下降；ｐＨ值＞１０时，黏度基本维持恒 适宜的氧化处理剂，降低污水中的二价铁离子和硫 定；当ｐＨ值在７～１０之间具有较高的黏度值。ｐＨ 离子含量，能够有效增加聚合物溶液黏度。通过矿 值越大，碱性越大，聚合物的水解度增大，其分子 场试验得出，对浓度为２ ０００ ｍＮＬ的聚合物溶液， 带的负电荷越多，分子更趋伸张，聚合物线团问的 斥力增加，黏度增大 。ＣＢ１Ｆ平台污水ｐＨ值在７～ ９之间，对聚合物溶液黏度影响较小。 ２．４其他因素 向污水中投加２５ ｍ Ｌ氧化剂，同时在母液中投加 ８０ ｍｇ／Ｌ的ＦＪＮ—ｌ能够将聚合物溶液黏度从２．６ ｍＰａ・Ｓ 提高至３８．９ ｍＰａ・Ｓ。但矿场实施过程中必须严格控 制氧化剂投加量。加入化学药剂后，水质成分更复 （３）尽快投放杀菌剂，抑制硫酸盐还原菌等细 菌含量。污水中细菌含量超标，对黏度有很大影 响，但设计方案中的杀菌剂至今未投，建议尽快投 入。目前常用的杀菌剂主要是非氧化性的化学药 污水中含有的破乳剂等化学药剂及少量原油对 杂，后续影响还无法评价。 黏度有一定影响，但影响不大，可以忽略不计。 ３ 聚合物工艺流程对黏度的影响 聚合物大分子都是由链节所组成的，这些链节 在流动的过程中处于剪切状态，受到不同程度的机 械降解。衡量聚合物配制注入效果的一个重要指标 剂，当污水中悬浮物、有机物含量高时，药效降 低。长期使用会使硫酸盐还原菌产生抗药性，造成 就是聚合物溶液的黏度，将配制系统聚合物溶液在 细菌含量超标。增加沉降罐有利于悬浮固体的去 各段工艺中的黏损率作为主要衡量标准。ＣＢ１Ｆ平 除，因此建议化学杀菌剂与物理杀菌剂联合使用， 台整个配置过程分为分散一熟化一提升过滤一混配 共同抑制细菌含量。 一外输五个阶段，。分别计算不同阶段的黏损率。受 流程限制，取样点分别为喂人泵后、注聚泵前、注 聚泵后、１ＦＢ一２、１ＦＢ一３、１ＦＡ－５、１ＦＡ－６井口。 （４）降低流程压力，减少机械降解。注聚泵出 口至井口段压差大，对聚合物溶液黏度降解强烈。 注聚井作业后压差降低，但随着聚合物的注入，井 口压力会上升４—５ ＭＰａ，注聚泵、增压泵的压力 ５．３％，注聚泵黏损率８．５％，注聚泵一井口流程黏 也随之上调。因此在今后的注聚泵检修时，建议更 损率７．７％。注聚泵前、后的黏损率最大，说明注 换大直径、长冲程泵柱塞，降低泵的冲数。 聚泵对聚合物溶液的剪切最强；喂入泵一注聚泵流 参考文献 程与注聚泵一井口流程材质、直径相同，长度相 ［１】赵福麟．采油化学［Ｍ］．北京：石油工业出版社，１９８９． 近，但两段流程的压差相差很大，说明压力越大对 【２】孙琳，蒲万芬，辛军．聚合物复合驱体系黏度影响因素分析【Ｊ１． 精细石油化工进展，２００７，８（４）：１１—１６． 经过分析可知，喂人泵一注聚泵流程黏损率为 聚合物溶液的降解程度越大。由于流程限制，未对 喂入泵和过滤器进行取样分析。喂人提升模块黏损 ［３］胡国林，许俊峰，夏自呜，等．聚合物溶液增黏稳黏技术的探 讨ｆＪ】．试采技术，２００４，２２（Ｏ２）：２１－２２． 率较大，是机械剪切重要影响因素之一。 ［４】武明鸣，赵修太，邱广敏．驱油聚合物水溶液黏度影响因素探 讨『Ｊ】．河南石油，２００５，５（２）：３２—３５． （栏目主持樊韶华） ４提高聚合物溶液黏度的措施 （１）增加聚合物溶液曝氧量。通过增加曝氧 ｍ￣ｍｔｉ＇ｒ＇ｔｇ（ｈｔｔｐ：／／、＾～＼ ｖ．ｙｑｔｄｍｇｃ．ｃ。ｍ） 一９９—