第六章聚合物驱油地面工艺技术

1、第六章聚合物驱油地面工艺技术第一节聚合物驱油地面工艺流程及装置聚合物注入工艺流程：聚合物干粉与低压水经混合头进入分散装置溶解罐，形成聚 合物混合液。通过混输泵进入熟化罐经2小时熟化后，形成一定浓度的标准母液，最后 进入储存罐。然后通过过滤器经螺杆泵升压后到达注聚泵入口。注聚泵根据单井配注方 案，调整至一定流量，聚合物母液二次升压后，在静态混合器与注水站送来的高压污水 配制成一定段塞浓度的聚合物溶液，经单井管线进入注聚井。即配比一分散一熟化一转 输一过滤一储存罐一螺杆泵升压一过滤器-柱塞泵配比一混合器混合一注入。目前许多注聚流程中已经不存在储罐，配置好的母液在熟化罐中熟化好后，就等待外输，见图6

2、-1 o聚合物驱油地面工艺流程的关键环节是如何配制聚合物溶液。聚合物主要有3种物理形态：即乳液聚合物、水溶液聚合物和固体粉状聚合物。使用乳液聚合物、水溶液聚 合物进行驱油时，只需将其用注入泵点注到注入水中即可，而使用固体粉状聚合物进行 驱油时，就要考虑聚合物的分散、溶解、熟化等溶液配制过程。需要特别指出的是，整 个配制及注人过程都要防止聚合物溶液产生降解。本节主要介绍固体粉状聚合物的配注 工艺过程，包括目的液流程和在线混配流程。一、聚合物溶液配制过程聚合物溶液配制过程为：聚合物干粉配比一分散一熟化一转输一过滤一储存，见图6-2图6-2聚合物溶液配制过程图所谓“配比”就是在水和聚合物干粉分散混合

3、之前，对水和聚合物干粉分别进行计 量，并使水和聚合物干粉按一定比例进入下一道“分散”工序。所谓“分散”就是将聚合物干粉颗粒均匀地散步在一定量的水中，并使聚合物干粉 颗粒充分润湿，为下一道工序“熟化”准备条件。所谓“熟化”就是将聚合物干粉颗粒在水中分散体系转变为溶液的过程。聚合物属 高分子物质，其溶解与低分子物质的溶解不同。首先聚合物分子与水分子的尺寸相差悬 殊，两者的运动速度也相差很大，水分子能比较快地渗入聚合物分子，而聚合物向水中 的扩散却非常缓慢。这样，聚合物溶解过程要经过两个阶段，首先是水分子渗入聚合物 分子内部，使聚合物体积膨胀，这称为“溶胀”；然后才是聚合物分子均匀分散在水分 子中，

4、形成完全溶解的分子分散体系，即溶液。所谓“转输”是利用螺杆泵为聚合物溶液的过滤和输送提供动力，由熟化罐到达储 罐或由储罐进入注入站。采用螺杆泵主要是为了减少聚合物溶液的机械降解。“过滤”是为了除去聚合物溶液中的机械杂质和没有充分溶解的结块和“鱼眼”。具 体配制步骤：（1）聚合物干粉的添加。采用人工或天吊吊运聚合物干粉加入料斗，料斗的添加口 处应安装 过滤筐，过滤干粉中的杂物。（2）聚合物干粉的分散润湿。该过程是聚合物溶液配制的关键，主要是通过下料器 频率来控制溶液的浓度，所以定期校验计量下料器频率和聚合物母液浓度的关系曲线 至关重要。在分散润湿过程中要及时在现场通过看窗检查计量下料器和水粉混合

5、器的工 作状态，发现问题及时处理。（3）聚合物母液的熟化。熟化是聚合物在水中部分水解并充分溶解，以获得所要求粘度的化学变化和物理变化的综合过程。聚合物干粉经分散装置润湿后，仍需悬浮在水 中一定时间，一般为2小时，才能充分溶解，若水温过低还需更长时间，工艺上把这段 时间称为熟化。经分散装置配成的聚合物母液进入熟化罐后的熟化时间不低于2小时,在熟化时间内搅拌机应连续运转，母液在熟化罐内的停留时间不得超过24小时。（4）聚合物母液的转输过滤。母液从熟化罐到储罐的转输是由螺杆泵来完成的。转 输过程中同时进行的两级过滤，主要是严格控制两级过滤器的总压差，及时更换精滤器的滤袋电子水表态 混 合 器高压污水

6、压力表至注聚井聚合物母液过滤器注聚泵图6-3注聚站工艺流程配制好的聚合物溶液，经高压往复泵（或计量）泵增压，按配制要求计量，进入到高压注水管线中，与注入水的低矿化度水、经静态混合器混合稀释注入井中，见图6-3。至此，配制过程和注入过程全部完毕。二、已经形成的聚合物驱油地面工艺流程经过多年的不断实践和试验研究，已经形成了几种聚合物驱油地面工艺流程。从大 的范围看，这些流程可以分为配注合一流程和配注分开流程两大类。所谓配注合一流程， 就是将聚合物溶液的配制过程和注入过程合二为一，统一建在一个站内的流程；配注分 开流程，就是集中建设大型聚合物配制站，分散建设注入站，一座配制站供给多个注人 站的流程。

7、配注合一流程主要适用于配制注入量较小的小规模聚合物驱油区块；配注分开流程更适合于大规模进行聚合物驱油的区块。图 6-4给出的是一个典型的聚合物溶液配制流 程图。聚合物母液输送一般采用螺杆泵，远距离输送应使用二级或三级螺杆泵；输送管线 的长度、内径及聚合物溶液在管线中的流速，对聚合物溶液的粘度损失都有影响，试验 研究表明：聚合物配制站到最远注入站的母液输送管线不应大于6km，流速不应大于0.6m/s，剪切速率不应大于90S1。目前我国聚合物注入流程主要有两种，一种是单泵单井流程，另一种是多井流程。 单泵单井流程，就是由一台柱塞泵供给高压高浓度聚合物溶液，该溶液与高压离心泵供 给的高压水混合，然后

8、送给注入井，一台泵对一口井。这种流程的优点是每台泵与每口 的压力、流量均互相对应，不需节流，能量利用充分，单井注入方案比较容易改变，缺 点是设备多，投资高，维护量大。一泵多井流程，就是一台泵给多口注入井供液，注入 井井口加流量调节器调控液量及压力。该流程的优点是柱塞泵、静态混合器等设备少， 流程简化，投资少，维护工作量少，缺点是全系统为一个压力，注入井单井压力、流量 调节损失能量，单井注入方案不好调整，增加了流量调节器的成本。三、聚合物驱油地面工艺流程的特点聚合物驱油地面工艺流程与水驱地面工艺流程相比，具有以下几个特点：1、水驱地面工艺流程中，不存在聚合物的分散、熟化、储存等问题；而聚合物的分

9、 散、熟化、储存是聚合物驱油地面工艺流程中的重要内容。2、水驱地面工艺流程中，水的输送、升压注人，均采用离心水泵；而聚合物驱油地 面工艺流程中，聚合物溶液的输送、升压注入，均采用容积式泵，其中聚合物溶液的输 送多采用螺杆泵，升压注入多采用高压往复泵。这一方面是由于离心泵输送粘稠液体时 效率很低，另一方面是由于聚合物溶液经过离心泵高速剪切后，会造成降解。3、水驱地面工艺流程中，水的计量多采用速度式流量计 （如普通蜗轮流量计）；而聚 合物驱油地面工艺流程中，聚合物溶液的计量不能采用速度式流量计，而是采用容积式 流量计（如弹性刮板流量计或电磁流量计）。这是由于聚合物溶液是剪切稀化型非牛顿流 体，而增

10、大压降后，剪切稀化流体的流量增大的幅度比牛顿流体要大得多。由于牛顿流 体与幕律流体的压降与流量的关系不同，因此，不能把以牛顿流体压降原理设计的流量 计移用于幕律流体。同时由于剪切稀化流体其压降对流量变化的反应是不灵敏的。对高度非牛顿性流体也不宜采用压降原理设计流量计。4、注入泵供液方式不同。水驱地面工艺流程中，注水泵多为高压离心泵，也有少量 规模较小的注水站采用高压往复泵，注入泵供液方式大多是自吸式和离心泵喂液方式。 而聚合物驱油地面工艺流程中，聚合物溶液的注入泵采用高压往复泵，而往复泵的入口， 往往需0.03MPa左右的供液压力。为了满足这一条件，聚合物驱油地面工艺流程中，注入泵的供液采用了

11、以下几种方式：（1）调速螺杆泵喂液方式。由于螺杆泵和注入泵都是容积式泵，所以为了供液和注 入泵的平稳，喂液用螺杆泵必须考虑能够调整排量；（2）螺杆泵喂液加部分回流方式。这种方式是在螺杆泵选型时，使其排量稍大于注 入泵的总注入量，在注入泵汇管上增加一根回流管道，将多余的聚合物回流到聚合物溶 液的储存罐内，从而保证注入泵的平稳运行。这种供液方式的关键是，回流管在聚合物 溶液储存罐内的出口一定要高于 3.5m；（3）高架储罐自然供液方式。这种方式是将聚合物储罐高架至3.5 m以上，然后靠聚合物溶液的自然压头给注入泵供液。这几种供液方式各有特点，在聚合物驱工程中均有应用。第二节 聚合物分散装置一、概述

12、聚合物干粉分散装置是注聚合物工艺中的核心设备。 这套装置的性能将直接影响整 套注聚合物系统的运行和驱油效果的优劣。因此，选定聚合物干粉分散装置的性能参数 时，要慎重考虑，制定出合理、可行的设计方案。分散装置的主要技术参数包括供水压 力、额定配制溶液量、额定配液浓度、整机功率等。聚合物干粉分散装置的作用， 是把一定重量的聚合物干粉均匀的溶于一定重量的水 中，配制成确定浓度的混合溶液，然后输送到熟化罐中熟化。这就决定了聚合物干粉分 散装置的工作原理和基本结构大致上都是相同或相似， 其差别只是规模的大小和自动化 控制程度的高低。 聚合物干粉分散装置都由以下五个基本部分组成 :1） 加聚合物干粉部 分

13、；2）加清水部部分；3）混合、搅拌部分；4）混合溶液输送部分组成； 5）自动控制部分。聚合物是一种高分子化合物，溶于水后粘度很大，注入油层之后，可以增加波及体 积，提高原油采收率。 但是，聚合物（聚丙稀酰胺 ）是一种化学结构性质不很稳定的物质， 一些物理、 化学、温度、细菌微生物等因素都要破坏其分子结构， 导致溶液粘度的下降。 因此，在设计和选用聚合物干粉分散装置的零部件时，一定要充分考虑到这些因素，防 止由于存在这些素而使聚合物溶液的粘度下降。据美国提高原油采收率一文介绍， 化学因素能使聚合物溶液的粘度下降 90%以上。因此和选用聚合物干粉分散装置时，应 把化学因素放在首位。聚合物溶液对铁离

14、子十分敏感，首先要消除其对聚合物溶液的影 响。所以在材质上要求 : 凡是和聚合物溶液接触的管线、容器、泵和阀门等均应选用不 锈钢或环氧树脂玻璃钢衬里结构，考虑到我国材料的现状，若全都采用不锈钢材质其造 价就会大幅度上升而影响装置经济性。 所以尽可能地应用环氧树脂玻璃钢衬里结构或其 它新型结构，以降低其制造成本。其次还要引入一个剪切速率的概念 : 即运动部件在聚 合物溶液中做剪切方向运动时的速率。一般来说，在聚合物溶液运动部件的剪切速率过 大，则聚合物分子将受到不同程度的破坏，导致聚合物溶液粘度的下降，所以在设计和 选用聚合物干粉装置时也应充分注意到这一点， 应尽可能降低部件的剪切速率来达到降

15、低聚合物溶液粘度损失的目的。据对现有注聚合物装置的调查来看，泵类的剪切速率小 于60s一，搅拌器类的剪切速率小于500s-1，聚合物的粘度损失是较小的。溶液通过泵、 管线、阀门等设备，造成管径、磨擦阻力、流速的变化均能造成聚合物粘度的下降，这 些也应给予充分的考虑。此外，温度、微生物等对聚合物粘度的影响，也应进行综合考 虑。二、聚合物分散装置的类型及其工作原理 关于聚合物分散装置的分类，现在还没有一个统一的方法，但人们习惯根据水粉的 接触方式来分类，按照这种分类方法，现在使用的聚合物分散装置有以下几种类型 : 喷头型、水幔型、射流型和瀑布型。所谓喷头型，是指水和聚合物干粉的解触，集中在一个所谓

16、的喷头中进行，喷头需 特殊设计制作，如图6-5示，水由入口沿芯子切线方向进入水粉混合器，并在水粉混合 器的下部形成一个封闭旋转的圆形水幔，聚合物干粉从入口进入，并迅速扩散，干粉遇 水后迅速溶解，制成混合溶液。封闭的有机玻璃外罩起到封闭溶液，便于观察和隔绝外 部气流干扰，利于水幔形成的作用。这种形式的聚合物分散装置在大庆油田应用的比较 多。所谓水幔型，是指在聚合物干粉与水接触之前，水流先形成一个水幔，水由四周向 中间流，聚合物干粉撒落在水漫的旋涡中，然后由输送泵直接输送至聚合物熟化罐。这 种类型的聚合物分散装置能否平稳运行，其关键在于是否能够形成稳定的水幔。所谓射流型，是指用压力水经过水喷射器直

17、接将聚合物干粉从水喷射器的进粉口吸 入，然后水和聚合物干粉经水喷射器的喉管和扩散管进行混合，混合后进入混合罐。这 种分散装置在孤岛采油厂应用比较广泛，这种类型的聚合物分散装置的一个弱点在于， 水喷射器的进粉口，容易因受潮而粘结聚合物，每隔一段时间，就需要清理一次。所谓瀑布型，是指在聚合物干粉与水接触之前，水流先从分散罐壁四周喷出，形成 一个类似于瀑布的流态，聚合物干粉撒落在瀑布形成的旋涡中，然后由输送泵直接输送 至聚合物熟化罐。三、几种常见的聚合物分散装置简介1、Pfizer公司的聚合物分散装置如图6-6所示，聚合物分散装置由料斗、计量下料器、水粉混合器、混配液输送泵、 搅拌器、溶解罐、水管线

18、、风力输送管线组成。其基本工作原理是：聚合物粉剂装入料 斗后，通过计量下料器把一定重量的聚合物粉剂均匀地加入到风力输送管线内；同时风 力鼓风机开动，将聚合物粉剂沿风力输送管线送入 （吹入）水粉混合器内；同时水管线也 将一定重量的清水选送入水粉混合器，并形成旋转的水幔，使聚合物粉剂在水粉混合器 内和水迅速溶解，配制成确定浓度的水粉混合溶液。混合溶液落入溶解罐内，搅拌器开 始搅拌混合溶液，使溶液更加均匀，溶解更加完全、彻底。当溶解罐内的混合液在溶解 罐内达到一定高度时，输送泵开始工作，将混合液输送到熟化罐中熟化。風力送管爛图6-6聚合物分散装置原理流程2、JFS30-5000/0.6型聚合物分散装

19、置图6-7 JFS-5000/0.6 型聚合物分散溶解装置工艺流程简图该分散装置由胜利石油管理局总机械厂研制，图 6-7为分散溶解装置工艺流程简图。 聚合物干粉通过料斗及提升机被输送到料仓，经螺旋计量器进入由射流器和鼓风机组成的风送系统，输送到混配器中，与定量的水混配后，进入分散溶解罐，经初步的润湿和 溶解后，由输送泵将溶液排入熟化罐进一步充分溶解，直至熟化。分散装置的组成及工作原理：（1）提供干粉及干粉计量部分由料斗、提升机、料仓、螺旋计量器、闸板阀、射流器、鼓风机、振动器、料位计、 干燥器等部件组成。其功能是输送、存储干粉并按设定的工艺参数通过气力输送提供定 量干粉至混配器。其加料方式采用

20、人工将袋装干粉向料斗加料、经提升机将干粉输送到料仓，再由螺 旋计量器将其干粉推入料斗、射流器及风输管线送至混配器。振动器使干粉料仓底部产 生一定频率的振动，有助于干粉沿料仓壁面向下滑动，避免“膨料”现象的发生，并有 助于提高螺旋计量器输送干粉的计量精度，送料量的大小与螺旋转速成正比，其转速的 调整由变频器控制，达到调节送料量的目的。料位计可以防止料仓内缺料和裕料、控制 供料过程。（2）分散溶解部分分散溶解部分由溶解罐、混配器、搅拌器、螺杆泵及由电动阀、调节阀、流量计构 成的供水系统等部件组成，其功能是把干粉与水混合后，经初步搅拌，由螺杆泵输送至 熟化罐。混配器的主要特点是利用该装置的喷嘴将水呈

21、扇面状喷射，在混配罩内形成负 压，提供干粉下粉的辅助动力，增大了干粉与水的接触面积，同时高速水流还提供了足 够的能量打破干粉分子间的势垒，防止凝结和鱼眼的产生，清水管线中的流量计主要用 于检测管线中的水流量，并把数据传给自动控制系统，从而调整调节阀的开度，同时通 过变频器改变干粉的下料速度最终达到确定的配比液浓度。通过混配器进入溶解罐的混配液，还未完全溶解，只是处于润湿状态，采用搅拌器搅拌，促进其溶解。螺杆泵用于 把罐内液体输送到熟化系统中去。在自动状态下，溶解罐内的液面高度达到一定数值时，螺杆泵才启动。由于该泵为容积泵，在泵出口处安装了安全阀。当输出管线压力过高时, 安全阀自动开启泄压，液体

22、回流罐内，这样使螺杆泵在工作时不过载，达到保护泵及电机的目的。静压式液位计对罐内的液位高度进行自动连续检测，从而确定各自控部件 的开启与调节。当罐内液位过高时，控制系统自动调节进水量。当控制系统出现故障时, 混配液可由溢流口排入站内排污系统。图6-8水射流分散溶解装置工作流程简图1.手动蝶阀2.过滤器3.电动调节阀4.电磁流量计5.压力表6.喷射器总成7.水射器8.提升泵9.止回阀10.手动蝶阀11.震动器12.加料斗13.储料斗该分散装置由胜利石油勘探设计院和胜利石油管理局总机械厂共同研制的，图6-8为撬装水射流分散溶解装置工作流程简图，清水罐的水经过增压后（压力为0.8Mpa），流经手动蝶

23、阀、电动调节阀及电磁流量计计量后，再由水射器高速喷出，形成局部真空， 携带经精确下料器计量的干粉，强制混合，再经提升泵提升并完成干粉和水的初步混合， 依次流经电动阀、单向阀、手动蝶阀，再输送到熟化罐中进行熟化，完成聚合物的溶解 输送过程。该装置的主要特点:（1）整机特点结构撬装化，运输、安装方便，还可以移动，能再次整套利用。溶解采用水流喷射 式结构，占地面积小，大大缩短了工艺流程，不仅减少了故障的发生，而且降低了聚合 物的粘结及降解率。浓度稳定性好，配水系统采用PID闭环控制，精确下料器采用变频调节，混配浓度 精度高，误差小。混配采用特殊结构设计，水射流携带干粉，强制混合，减少了 “鱼眼”和气

24、泡现象 的发生，能提高后续流程中注聚泵的容积效率。为防止混合液从接料口溢出，在喷射器的后面配置一台提升泵，同时为防止输出管 线内的溶液回流，在提升泵前面增加止回阀，以保证回流溶液不会从接料口处溢出，保 证了装置运行环境的卫生。整套装置采用PLC控制生产流程，自动化程度高，主要电器元件、控制件均采用国 外技术成熟的优质产品，确保整套装置技术先进，性能稳定，运行可靠。（2）装置的主要结构特点：料仓：采用筒形圆锥结构，集干储存、计量为一体，结构紧凑，额定储料量为0.3kg, 每8小时加粉一次，干粉由人工直接倒入料仓，低料位由料位计控制，料位计采用进口 元件，检测准确。精确下料计量器：精确下料计量器采

25、用螺旋计量的原理，传动机构采用减速机与螺 旋体直接连接，完成一级变速，再用变频器进行二级无级变频调速，以保证干粉用量的 准确可调，整体采用独有的拉料式结构，结构紧凑，运行可靠。水射器：水射器采用射流变压的原理，水流经水射器高速射出后，在喷嘴周围形成 局部真空，产生负压，提供下粉的辅助动力，同时高速水流还能提供足够的能量，强制 干粉与水的混合，避免了凝块和鱼眼现象的产生。四、常见聚合物分散装置的功能实现1、聚合物干粉的入料聚合物干粉的入料形式有风力输送、聚合物输送器输送等形式，下面介绍一下风力 输送形式。如图6-9所示，风力输送聚合物干粉部分主要由料斗、计量下料器、文丘里 喷嘴、风机及风力输送管

26、线等组成，作用是向水粉混合器内定量输送聚合物干粉。用风 力输送干粉，使干粉均匀分散，水粉混合时，水和干粉的接触面积增大，达到干粉迅速 完全地溶于水中目的，且不易出现结块及“鱼眼”等缺陷。a、料斗：料斗的作用就是储存聚合物干粉并不断向计量下料器输送干粉。一般料斗的容积应大于或等于计量下料器每小时下料量的两倍，即每小时向料斗加一次干粉。料斗内表面应光滑，没有裂痕和接缝等影响干粉流动的因素，能使干粉均匀地向下 并不产生任何死角。料斗的顶部应缓慢地吹干燥空气，以防内部水汽凝结，而影响干粉 流动，料斗下部应制成锥形，并设料位控制器，料斗内干粉不足时能发出报警信号，以 便控制阀门起开、关料斗的作用。b、计

27、量下料器：计量下料器是本系统中的关键部分。 它的计量精度直接影响聚合物分散装置配制溶 液的浓度。下面就以美国Accukate公司制造的600系列计量下料器来说明计量下料器的基本结 构和工作原理。如图6-10所示，计量下料器主要由干粉漏斗、供粉管、出粉管、挤压板、计量螺杆、 电机及传动装置等组成。它是用两个挤压板来挤压柔性乙烯树脂漏斗的外侧，挤压板的 轻柔起伏运动使干粉相互产生错位，而均匀地落入计量螺杆，并以统一的容积密度均匀 地填满计量螺杆的每个条板，保证了计量下料器具有较高的计量精度。挤压板的频率和 摆动幅度都可以调节，以适应干粉在不同情况下的流动性能。驱动计量螺杆的电动机采 用直流电动机，

28、这样计量螺杆的转速可以在一定范围内进行调节，以调整干粉的输出量。风机网力图6-9聚合物干粉的入料图6-10 计量下料器的原理干粉有粘结的趋向，在设计和选用计量下料器也应充分考虑这些因素，采取某些 （振动、搅拌、挤压等方式）来克服这些因素的影响，以提高计量下料器的计量精度。C、风力输送：用风力输送干粉充分分散，易于与水混合，加之易于安装、易于保养等优点，使它 适合于聚合物干粉分散装置的工作特点。粉气管线由文丘里喷嘴、鼓风机、干粉吸入及 干粉吸出管线组成。风力输送干粉的关键部件之一就是文丘里喷嘴，其结构见图6-11 o它由两部分组成:噪人口样出口图6-11文丘里喷嘴结构嘴A和喷嘴Bo喷嘴A和喷嘴B

29、内射入压缩空气，则在喷嘴体口的吸人口处形成了一个涡流 区域，其压力低于大气压力。聚合物干粉从喷嘴体的吸入口被吸入， 进入风力输送管道, 送入水粉混合器。选用时应根据所需干粉的流量来选择文丘里喷嘴的技术参数，以选定 文丘里喷嘴。再根据喷嘴的要求来选定风机和确定输送管道直径等技术参数。溶解单元 中鼓风机产生16Kpe压力的气流；另外管道上不应设置阀门，管道转弯处应圆弧过渡， 不应出现直角等对液体的流动有增加阻力的结构。2、清水的加入加清水部分是向聚合物干粉分散装置中输入一定量的清水，以供配制一定浓度的聚合物溶液。其水质应具有较低的矿化度，且不含任何杂质。主要由输水管线和流量自动 控制装置组成。其工

30、作原理是用流量传感器控制电动截止阀的开启程度，实现水的定量 输送。水管线公称通径的选定以所输送的最大清水量为基本参数。输水管内清水的流动 速度不应过大，否则其沿程阻力损失将急骤增大，造成效率低下。输水管线的壁厚应按 所输送的清水压力来计算确定。在输水管线的入口外，应设置安全溢流阀，当水源压力过高时，可自行溢流泄压， 保证装置能安全正常地运行。流量自动控制装置除能保证一定精度的定量输水外，还应在水源压力过低，不能保证清水的定量供应时，流量传感器可及时报警，并自动停止整套装置的运行。(1) 混合搅拌。混合搅拌部分由水粉混合器、搅拌器和溶解罐组成。下面分别介绍 水粉混合器和溶解罐。水粉混合器：水粉混

31、合器是将干粉和水混合在一起配成溶液的装置。其种类、结构多种多样，如 水幔式、喷雾式等等。下面介绍一下水幔式水粉混合器。如图3-2所示，清水由入口沿芯子切线方向进入水粉混合器，并在水粉混合器的下 部形成-个封闭旋转的圆形水幔，聚合物干粉从入口进入，并迅速扩散，干粉遇水后迅 速溶解，制成混合溶液。封闭的有机玻璃外罩起到封闭溶液、便于观察和隔绝外部气流 干扰，利于水幔形成的作用。喷雾式水粉混合器是将清水喷成雾状，以利于干粉的溶解。溶解罐：水粉混合器配制成的混合溶液落入溶解罐中，经搅拌器搅拌一段时间后，使干粉和 水充分混合，经混配液输出泵输送到熟化罐中。溶解罐的结构如图6-12所示。溶解罐的容积应大于

32、或等于聚合物的干粉分散装置每小时配液能力的1/5,若每小时分散装置的配液能 力为10用，则溶解罐的容积至少应为 亦。溶解罐的设 计与制造应符合压力容器制造标准。溶解罐上应设 置一个溢流管和一个排空管，当溶解罐的自控装置 失灵时，混合液可从溢流管溢出，而不致溢出溶解 罐、造成污染。溶解罐上设置一个搅拌器，搅拌刚 刚配成的混合液，使干粉迅速、均匀地溶于水中。 溶解罐上还应有一个液位传感器，当溶解罐液位达 到一定高度时，液位传感器发出电信号，自动开启 混配液输送泵；当液位低于一定高度时，使混配液 输送泵自动停机。熟化罐低限液位计的功能：熟化 罐超低位保护，防止抽空；在某一熟化罐静压式液 位计故障时，

33、控制相应熟化罐出口阀关闭。另外溶 解罐还设有手控装置。搅拌器是一种能使介质充分混合或达到某种特殊目的的设备。一般由电机、减速 器、联轴器、搅拌轴、叶轮等组成。其主要目的是加速溶解过程。溶解罐中搅拌器的特 制叶片将带动罐内液体水平旋转，同时对液体产生向下的压力，从而避免沉淀。(2) 混配液的输出。混配液输出部分包括混配液输送泵和各种控制阀门。在混配液输送泵的排出口应设置排污阀门，以便把溶解罐中的污物排出。混配液输出泵应选用容 积泵，如螺杆泵、齿轮泵、柱塞泵等。其它泵如离心泵，其剪切速率过大，可使混配液 粘度大幅度下降。当然，选用容积泵时，也应考虑剪切速率，应尽量选用剪切速率小于 60s1的泵。泵

34、的排量稍大于干粉分散装置的配液能力，避免泵的启闭过于频繁。在泵的出口外，设置安装溢流阀和单向止回阀，在泵的排出压力过大时，可使其自 行降低，保证泵能安全、正常工作。当停泵时，单向止回阀可阻止混合液发生“倒流” 现象。另外，还应设置自动冲洗装置，每隔一定时间，可自动用清水冲洗混合罐，清洗液 可由混配输出泵排出。第三节聚合物驱油对地面工艺的基本要求聚合物驱油实际上是把聚合物作为一种添加剂加入到水中，使水增粘，加上聚合物 的粘弹性，降低油层的水相渗透率，改善水油流度比，提高驱替剂的波及体积和驱替效 率，进而提高原油采收率。在确定聚合物驱油对地面工艺的基本要求之前，首先应搞清 影响聚合物溶液粘度的主要

35、因素，以便在设计聚合物溶液配制体系时，最大限度地提高 聚合物溶液的粘度。一、影响聚合物溶液粘度的主要因素当聚合物的种类和浓度确定以后，影响聚合物溶液性质 （粘度、稳定性）的主要因素 有：配制水和地层水矿化度（包括硬度、pH值）、温度、机械剪切降解、化学或生物降解 等。1矿化度对聚合物溶液粘度的影响水质对聚合物的增粘效果影响极大。聚合物在低矿化度水中，分子延伸性好，水力 学半径大，聚合物分子挠性以及弹性好，溶液的视粘度大大提高。随着水矿化度的增加， 聚合物溶液的粘度急剧下降。2、温度对聚合物溶液粘度的影响根据大量的试验研究，当温度高于65 C时，聚合物将会发生热氧降解，导致聚合物 溶液的粘度大幅

36、度下降，有时甚至完全失去其效能，因此，在高温油田注聚合物时，必 须在配制和注入聚合物溶液过程中，进行严格的除氧，把水中含氧的数量降至0.05mg/L以下。这实际上是很难做到的，即便做到，配制和注人工艺技术程度将要求很高，从而 加大聚合物驱的成本。3、机械剪切降解所谓降解，是指在一定条件下聚合物的聚合度降低的现象。主要表现为聚合物分子 链变短、聚合物溶液的粘度降低。当溶液中的聚合物分子所受到的机械拉伸应力超过其 能承受时就发生了机械剪切降解。在高速搅拌、聚合物溶液转输及井底炮眼附近的汇流 过程中都会发生机械剪切降解。聚合物在搅拌过程中的降解不但与搅拌器的转速有关，而且还与搅拌器的形态及搅拌器上的

37、叶片分布有关，因此不能只用转速来表示降解极限，但一般在较低的搅拌速度 下，使用常规的配制聚合物溶液的搅拌器，聚合物的降解很小。在溶液的转输过程中，聚合物的降解与泵的排液量、阀门的形状和开度等有关，一 般排液量越大，阀门的进出口的形状越锐、越粗糙，阀门的开度越小，聚合物降解越严 重。聚合物驱中都选有低剪切注入泵。聚合物的机械降解还与聚合物的类型和相对分子质量有关，对于一定的聚合物而 言，相对分子质量愈高，剪切降解愈严重。聚合物溶液的浓度也影响其机械稳定性，在 很低的浓度范围内，聚合物的降解随浓度的增加而增大，当达到一个临界浓度后，聚合 物的降解 随溶液浓度的增加而降低。表6-1列出不同聚合物溶液

38、通过孔板的粘度损失。表6.1不同压差下聚合物溶液通过孔板的粘度损失聚合物压差0.069MPa0.069MPa3.45MPa聚丙烯酰胺306090纤维磺酸销钠182538黄胞胶很小1376羟甲基纤维素很小8534.聚合物的化学和生物降解由化学因素引起的降解称为化学降解。化学降解大致可分为热降解和氧化降解在无氧或氧的含量相当低的条件下（v 10卩g/L），只有当温度相当高时才发生碳链的断 裂，使HPA聚丙烯酰胺发生热降解。否则只是产生酰胺基的水解，当水解度达到某一值 后，羟基与 二价阳离子相互作用产生沉淀，使聚合物溶液粘度降低。聚合物的氧化降解是游离基反应，首先氧或游离基进攻主链上的薄弱环节，生成

39、过 氧化物或氧化物，进一步促使主链断裂，再进一步发生降解。生物降解是生物聚合物 （例如黄胞胶 ）的一个主要问题， 特别是在低温和低矿化度下 更易发生生物降解。生物聚合物的生物降解受酶控制。黄胞胶可以在厌氧条件下，由发酵细菌进攻基分子骨架的葡萄糖单元而遭到破坏。 酶是生物催化剂，可以催化发生不同的自然变化过程。聚丙烯酰胺曾被认为是细菌的毒物，不受生物降解。后来研究发现，它也受细菌的 降解，特别是硫酸盐还原菌，但程度不很严重。聚合物溶液在地面流程中粘度损失的规律 :（1）聚合物溶液在地面流程中的损失一般为 30%，高浓度段即静态混合器前浓度为 5000mg/L母液粘损约为10%静态混合器混合时粘损

40、约为10%静态混合器后注入管道中 的低浓度溶液粘损约为 10%。（2）对粘损影响较大的部位是柱塞泵、静态混合器和注入管道。（3） 在静态混合器前的母液粘损中，剪切降解和化学降解各占50%左右。（4）聚合物溶液在配制注入系统中的粘度损失，机械降解是主要原因，而高剪切速 率则是直接原因。（5）注入管道长度小于1000m寸粘损在10%下，当长度超过1000m寸粘损明显增大（1016%。二、聚合物驱油对地面工艺的基本要求 从某种角度讲，注聚合物就是为了增加水的粘度。因此，保护聚合物溶液的粘度是 整个聚合物驱油地面工艺设计的核心，也就是聚合物驱油对地面工艺的基本要求。具体 地讲，有如下基本要求 :1 、矿化度对聚合物溶液的影响很大，要求尽量使用低矿化度水。实验得出采油污 水中的金属阳离子（N6、C/和Mg+、Fe3+、Fe2+）既影响聚合物溶液的初始粘度也影响聚 合物溶液的粘度稳定性，CaT、m6+的降粘程度大约是9倍于1价阳离子。溶