聚丙烯酰胺盐敏效应相关某英文论文翻译

1、Laboratory Investigation of the Effect of Brine Composition on Polymer Solutions-Part 1: Partially Hydrolyzed Polyacrylamide (HPAM) CaseI.S. Nashawi, United Arab Emirates U.盐水成分对聚合物溶液的影响的实验室内研究第1部分：对部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）溶液的影响Ibrahim S Nashawi, U A E University摘要聚合物溶液的流变性是其应用在油田环境中的一项重要功能。油田水中的离子组成会影响到其中的聚

2、合物分子链的结构。由于油田水中含有大量一价和二价阳离子，因此研究聚合物溶液的流变性随离子浓度变化的趋势，对设计聚合物驱工序和选择能够提高原油采收率的适当的聚合物体系具有重要的意义。本系列实验的第一部分是考察盐水浓度对某聚合物溶液的影响，此实验得出的结论一般是为提高采收率工程提供参考。该聚合物就是部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），其商品名称为J333。绪论普通水驱无法使生产井在采收率上得到突破，注入水在含油区域发生“指进”是造成此问题的一个主要原因。这种现象导致大量的原油被留在了低渗透区域，过于低下的驱替效率使得普通水驱不再具有经济实用性。为了解决“指进”问题，高分子量水溶性聚合物开始被加入驱替液

3、中以降低其流动性；从而，驱替液的流动阻力显著提高，“指进”程度减少，更多的驱替液能够进入低渗层112。聚合物在水中溶解之后会形成具有粘弹性的溶液。聚合物的这种粘弹特性最好用屏显粘度计测量2、1218。在室温、有氧的条件下，配制出不同聚合物、盐浓度的聚合物溶液之后，通过粘度计的显示器便可读出聚合物溶液的粘度。显示结果可以迅速且准确地得出聚合物的流动性能变化情况。屏显粘度计的详细介绍参见参考文献2、1315、1718。HPAM的性能聚丙烯酰胺是能应用于很多方面的人工合成聚合物，能以任意百分比溶于水。此类聚合物的独特之处在于其强氢键、线性结构与高分子量。可以通过改变聚丙烯酰胺的酰氨基为羧基来对其进行

4、改性。这种技术被称为水解作用，在聚合物的应用上已经具有一定的研究基础。当只有部分的酰胺基被改性，此工序称为部分水解作用，以形成部分水解聚丙烯酰胺。7,13,19部分水解聚丙烯酰胺的化学结构如图1所示。图1 部分水解聚丙烯酰胺结构实验部分聚合物溶液准备A. 搅拌在聚合物溶液准备过程中，磁力搅拌是被认为是最有效的搅拌技术之一。1316，2123使用磁力搅拌器时需要调节其转速至底部溶剂的涡流宽度为转子直径的3050%。为了防止发生“结头”或“鱼眼”现象，聚合物必须缓慢且匀速地地沿着涡流外圈曲线加入水中。当聚合物完全加入水中后，将搅拌器的转速调低，最多使固相微粒不会沉积在底部。这种低速（6080rpm

5、）搅拌可以防止聚合物发生机械降解。搅拌23小时后，关闭搅拌器。在将聚合物溶液用于实验之前，需将其静置一宿并且再次用搅拌器对其进行搅拌20分钟左右。表1显示了聚合物溶液因受到强力搅拌而发生降解的趋势。表1 在高剪切速率下HPAM溶液降粘情况剪切速率（rpm）聚合物浓度（ppm）显示数据60801,00038.01,0001,00027.2B 盐水成分钙离子和镁离子在油田水中十分常见。尽管这些阳离子在驱替液中已被除去，但是在聚合物溶液流经地层时，仍然会掺入些许。这些多价阳离子（Ca+、Mg+）会改变聚合物分子结构，还可能会造成注入水中的部分聚合物产生沉淀。由于这个原因，控制盐水中钙、镁离子的浓度保

6、持在一个合适的范围内，配制类似盐分组成的注入水对油田注水工序显得十分重要。亚铁离子（Fe+）是另外一种特殊的二价阳离子，在有氧条件下，它对聚合物溶液的降粘作用十分突出，且极易使聚合物溶液产生沉淀。因此，保持亚铁离子在盐水中以二价离子形态存在，而不被氧化为三价铁离子是相当重要的。2,12,20,2324这可以运用除氧剂如亚硫酸钠（Na2S2O4）或甲醛做到。图2显示了再亚硫酸钠和甲醛存在的条件下，亚铁离子对聚合物溶液的影响情况。图2 除氧剂对HAPM溶液粘度的影响在配制聚合物溶液之前，在水中加入除氧剂是十分必要的。并且在之后的实验过程中，聚合物溶液也需保持不与氧气接触。若将制备好的且含有亚硫酸钠

7、的聚合物溶液暴露在有氧环境中的话，聚合物会发生剧烈降解。很少有实验能做到亚铁离子在实验过程中不被氧化。常常在实验后期，未被氧化的亚铁离子剩余极少，几乎都被氧化了。C 氢离子（pH）浓度一般油藏环境有这些特征，如含水量少，无光，pH基本为中性（68）23 。因此，保持聚合物溶液的pH为中性以使得其能与地层水配伍是十分重要的。本文考察了pH值对聚合物溶液的影响，实验结果如表2所示。表2 pH值对HPAM溶液粘度的影响pH值显示数据6.520.58.030.48.037.3当调节聚合物溶液的pH值由酸性向碱性转变时，粘度计显示仪显示出聚合物溶液的粘度发生了大幅的升高。在碱性条件下，未电离的羧酸盐中的

8、阴离子相互之间由于存在排斥力而使得聚合物分子沿着其分子链伸展开来并使聚合物溶液增粘。盐的加入可以增加溶液中的阳离子浓度，一定程度上削弱了阴离子之间的排斥力致使聚合物溶液粘度降低25。在所有实验中，聚合物加入之前，盐水的pH最好调节至8。结论A 聚合物浓度的影响如图3所示，是粘度计对HPAM溶液浓度对其粘度的影响的测试结果。浓度越大，聚合物溶液粘度越大。大量聚合物的溶入显然对聚合物溶液的粘度影响很大。随着聚合物浓度的增加，聚合物分子之间互相缠绕、交联的几率也随之增加，从而使得聚合物溶液粘度增加。相反的，低浓度下，聚合物分子之间互相交缠的几率降低，以至聚合物溶液粘度降低。图3 浓度对HPAM溶液粘

9、度的影响B 矿化度的影响用粘度计测量了盐加量对该聚合物粘度的影响，测试的结果通常用于为提高采收率提供参考。此时聚合物溶液降粘幅度主要是由盐浓度以及离子强度所决定的。金属离子能中和聚合物分子链的电负性。在这种情况下，聚合物分子链将会蜷缩成为小线团，分子基团与溶剂的接触面大大减小。这会减小聚合物分子的相互作用，导致聚合物降粘。当用盐水配制部分水解聚丙烯酰胺溶液时，羧基之间的排斥力将会因羧基与阳离子之间的吸引现象而被削弱。这将导致聚合物分子链由舒展变为蜷缩，从而聚合物溶液降粘。首先，本实验分别考察了氯化钠、氯化钙、氯化镁三种盐对聚丙烯酰胺溶液粘度的影响情况。实验结果如图4所示，图中，盐浓度由溶液中盐

10、的质量浓度表示。图4中，三条形成强烈对比曲线表明，二价金属盐氯化钙和氯化镁使聚合物溶液粘度降低的幅度明显大于一价金属盐氯化钠。这是因为二价阳离子抑制聚合物溶液的粘弹性的程度大于一价阳离子，即使在聚合物溶液中一价阳离子的含量大于二价阳离子的含量。二价阳离子使在分子链上的阴离子基团之间的斥力减少。这种斥力能够使聚合物分子链伸长，电解质进入聚合物分子线团后，聚合物溶液降粘。图4 盐浓度对HPAM溶液粘度的影响值得注意的是，在图4中，尽管氯化钙和氯化镁同属于二价金属盐，但它们对聚合物溶液的降粘效果却不尽相同。例如，在盐浓度为4%之前，氯化钙的降粘作用小于氯化镁。当盐浓度超过4%后，聚合物溶液粘度开始急

11、速下降直至达到稳定状态，在盐浓度为6%以上时，氯化钙会使聚合物分子沉淀，以使得聚合物溶液粘度大幅降低。而此时，加入镁盐的聚合物溶液中却未见沉淀。所以即使氯化镁对聚合物溶液的降粘作用大于氯化钙，在盐浓度超过4%之后，加入镁盐的聚合物溶液粘度也没有再继续大幅降低。到此为止的所有讨论中，都是围绕着只加入一种盐水的环境中的聚合物而进行。接下来的实验都会围绕着加入多种盐水的环境中的聚合物而展开。这也是在讨论油田水中常常溶有多种盐分的实际问题。获得的结果将被绘制为以离子毫克当量为变量，粘度的变化趋势图。图5所示的是钠离子、钙离子、镁离子的离子当量浓度对聚丙烯酰胺溶液粘度的影响情况。可以看出，阳离子当量浓度

12、并不是影响聚合物溶液粘度的主要原因，其主要原因是阳离子的种类。图5 阳离子加量对HPAM溶液粘度的影响制备三组聚合物溶液，其中的盐分组成各不相同，并用粘度计测试聚合物溶液的粘度变化情况。第一组溶液中加入了氯化钠与氯化钙，第二组溶液中加入了氯化钠与氯化镁，第三组溶液中加入了氯化钠、氯化钙和氯化镁三种盐。三组溶液中，氯化钙与氯化镁的量都维持在氯化钠的加量的十分之一。这几组溶液都是用于考察离子浓度对聚丙烯酰胺溶液粘度的影响情况。图6所示的为只加入氯化钠与氯化钙的盐水对聚丙烯酰胺溶液的影响情况。通过图5中钠离子影响曲线与其的对比，可以看出氯化钙对聚合物溶液粘度的影响很大。其次在此实验中，也有沉淀从溶液

13、中析出。图6 钙盐、钠盐对HPAM溶液粘度的影响图7所示的为加入氯化钠与氯化镁的盐水对聚丙烯酰胺溶液的影响情况。再次将此结果与图5中钠离子影响曲线进行对比，可以看出氯化镁对聚合物溶液粘度的影响十分突出。图7 钠盐、镁盐对HPAM溶液粘度的影响图8所示的为同时含有氯化钠、氯化钙、氯化镁三种盐分的盐水对聚丙烯酰胺溶液的影响情况。从图中可以得出，同时加入氯化钙、氯化镁、氯化钠的溶液对聚合物的降粘作用最大，远超过单独加入氯化钙或氯化镁的盐水对聚合物溶液的降粘作用。图8 钠盐、钙盐、镁盐对HPAM溶液粘度的影响总结从实验中可以得出以下结论：1、粘度计通过对聚合物的剪切作用来测得聚丙烯酰胺溶液粘度的变化情

14、况。高剪切速率下，聚合物溶液会发生严重降粘现象。2、亚铁离子的存在对聚合物溶液的粘度具有极大的影响，并且在有氧条件下，其影响更加强烈。3、实验证明了甲醛和亚硫酸钠能够有效地防止聚合物溶液发生氧化降解。4、pH对聚丙烯酰胺溶液的影响颇大，当聚合物溶液的pH值由酸性向碱性调节时，聚合物溶液的粘度逐渐上升。5、当增加聚合物溶液中的盐浓度时，聚合物分子将由舒展的形态变为压缩的形态，导致聚合物溶液降粘。这种现象主要是因为阳离子与聚合物分子上的羧基离子结合，削弱了羧基离子间的排斥力，使得分子链卷曲。6、聚丙烯酰胺溶液中存在的钙离子会使聚合物发生沉淀，导致聚合物溶液粘度降低。7、钠离子、镁离子或钠离子、钙离

15、子同时存在时的降粘效果强于等量一种阳离子存在时的降粘效果。8、盐水对聚丙烯酰胺溶液的降粘作用的主导因素为阳离子种类而非阳离子浓度。参考文献1 Van Poollen, H.K.: "Fundamentals of Enhanced Oil Recovery," Pennwell PUblishing Company, TUlsa, Oklahoma,1980, pp. 83-85.2 Knight, B.L.: "Reservoir stability of PolYmer Solutions,"JPT, May, 1973, pp. 618-626.3

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