在不同矿化度条件下,疏水缔合聚合物的增粘性能也不相同。在蒸馏水中,疏水缔合聚合物基本没有缔合效果; 在氯化钠或氯化钙溶液中,在缔合临界矿化度之前, 随着矿化度的增大, 溶液粘度逐渐降低; 在缔合临界矿化度之后, 随着矿化度的增大,溶液粘度迅速升高, 达到最大值后又逐渐下降。研究结果表明, 胜利油区采出污水中均存在较高含量的钙、 镁等高价离子,疏水缔合增粘效果较差,不适用于驱油。
驱油用聚合物主要是聚丙烯酰胺, 但其不适用于高温高盐油藏。为此,国内外广泛开展了水溶性疏水缔合聚合物以及两性不饱和单体与丙烯酰胺共聚合成耐温耐盐聚合物胶体研究,其中疏水缔合聚合物的研究最引人注目。特别是1995 年以后,疏水缔合聚合物的研究得到迅速发展, 并在理论上指出疏水缔合聚合物存在的问题。本文针对不同矿化度及胜利油区地层水水质特点对疏水缔合聚合物的增粘性能进行了探讨。
1 实验
1. 1 仪器及试剂
采用LVT 型布氏粘度计测定体系的粘度,转子型号为UL,剪切速度为 7. 34s- 1,试验温度为30 ;试剂有烯丙基胺型疏水缔合聚合物、 氯化钠、 氯化钙,用模拟孤东油田和胜坨油田污水配制溶液。
1. 2 聚合物在蒸馏水中的增粘性能
用蒸馏水将烯丙基铵型疏水缔合聚合物配制不同浓度的溶液,聚合物浓度为250~ 2000mg L。溶液粘度随浓度的增加,在20~ 250mPas范围内成线性增长,未出现疏水缔合现象。
1. 3 氯化钠对溶液粘度的影响
将烯丙基铵型疏水缔合聚合物溶于不同含量的氯化钠水溶液中,聚合物浓度为1000mg L。当氯化钠含量低于1000mg L 时, 随着氯化钠含量的增加,溶液粘度逐渐下降; 氯化钠含量在 1000~ 6000mg L时, 随着氯化钠含量的增加, 溶液粘度逐渐增大,并且出现最大值; 氯化钠含量在大于6000 mg L 后,随着氯化钠含量的增加, 溶液粘度又逐渐下降( 图1) 。
1. 4 氯化钙对溶液粘度的影响
将烯丙基铵型疏水缔合聚合物溶于不同氯化钙含量的水溶液中, 聚合物浓度为 1000mg L, 氯化钙对疏水缔合聚合物溶液粘度的影响程度比氯化钠对其的影响更严重(图 1)。在氯化钙溶液中, 随着矿化度的增加,溶液粘度呈下降趋势。
1. 5 聚合物在油田污水中的增粘性能
采用烯丙基铵型疏水缔合聚合物和日本产超高分子量聚丙烯酰胺( MO- 4000) ,模拟水用孤东和胜坨油田污水(孤东油田污水总矿化度为 5831mg L,胜坨污水总矿化度为 19334mg L ) , 温度为 85 ,配制成不同浓度的溶液, 分别测定聚合物溶液的粘度。在低矿化度和低温下,随着疏水缔合聚合物浓度的增加, 溶液粘度迅速增长,在800~ 1000mg L 处开始出现明显的疏水缔合效应(图 2) ; 随着矿化度和温度的升高,疏水缔合增粘效果越差;在胜利油区各油田采出污水中,矿化度和温度均较高, 疏水缔合聚合物溶液粘度变化不大。
2 实验结果分析
疏水缔合聚合物在水溶液中同时存在分子内和分子间的缔合效应。在蒸馏水中由于受到分子链上电荷的排斥作用, 使分子更为舒展,而分子内和分子间的缔合均较少, 基本上看不到疏水缔合效果。溶液矿化度很低时,疏水缔合聚合物分子链上电荷的排斥效应占优势,矿化度越高排斥效应越小,分子越卷曲溶液粘度逐渐降低; 在较低矿化度范围内,分子链上还存在电荷排斥效应,这时发生分子内缔合的概率小于分子间缔合, 随着溶液矿化度的增大,分子间缔合效应大于分子内缔合效应, 所以粘度升高;当溶液矿化度升高到缔合临界矿化度后, 分子内和分子间的缔合效应占优势, 分子间的缔合使聚合物产生超分子结构,宏观上表现出 分子量增大的现象,溶液粘度增大,但分子内的缔合较分子间缔合程度大,所以, 实际上溶液粘度开始下降;在高矿化度范围时, 分子链上的电荷排斥效应基本不存在,发生在分子内缔合的概率大于分子间缔合,随着溶液矿化度的增大, 分子内缔合效应大于分子间缔合效应,因而粘度下降。高价阳离子降低了分子链上
电荷排斥的能力, 疏水缔合聚合物在氯化钙溶液中的增粘性能较在氯化钠溶液中的弱。
在矿化度和温度均较低的条件下( 孤东油田污水条件) ,当疏水缔合聚合物浓度大于临界缔合浓度时,发生分子内缔合的概率小于分子间缔合,随着溶液浓度的增大,疏水缔合效果明显,溶液粘度迅速升高。但当疏水缔合聚合物浓度小于临界缔合浓度( 800mg L 以上) 时, 疏水缔合聚合物的增粘能力远低于超高分子量聚丙烯酰胺。在高含水油田进行聚
合物驱时, 必须重视聚合物在油藏中真实浓度下的粘度;在胜坨油田污水条件下,发生分子内缔合的概率大于分子间缔合, 随着溶液浓度的增大,溶液粘度不会迅速升高, 也就是说, 矿化度和温度越高, 疏水缔合增粘效果越差。疏水缔合聚合物的增粘能力远不如超高分子量聚丙烯酰胺。
3 结论
疏水缔合聚合物在蒸馏水中主要靠分子链上的电荷排斥效应使聚合物分子更为舒展, 基本上看不到疏水缔合效果。
疏水缔合聚合物的氯化钠溶液或氯化钙溶液,在缔合临界矿化度之前, 随着溶液矿化度的增大, 溶液粘度逐渐降低;在缔合临界矿化度之后,随着溶液矿化度的增大, 溶液粘度迅速升高,达到最大值后又逐渐下降。
预测在高价离子的盐水中疏水缔合聚合物的含量一定时,随着矿化度的增加,疏水缔合聚合物溶液
粘度将只下降而不会出现上升现象。
胜利油区采出污水中均存在较高含量的钙、 镁等高价离子,疏水缔合聚合物在该采出污水中,随着矿化度和温度的升高, 疏水缔合增粘效果变差。目前,胜利油区不适合用疏水缔合聚合物进行聚合物驱油。