严文瀚1，2 刘卫东2 罗莉涛1，2 许 可1，2
【摘 要】摘 要 聚合物在溶液中的性质及形态与所用溶剂有着很大的关系，溶剂的性质不同(如溶液的矿化度不同、溶液中表活剂的浓度不同等)，聚合物分子形态伸展程度都会不一样,其在溶液中分子尺寸(水动力学半径)也会发生很大改变。运用微孔滤膜过滤法，通过对抗温抗盐聚合物(KYHPAM系列)在不同矿化度以及不同浓度表活剂的水中配成溶液,让其在恒定压力(0. 2 MPa)下经过不同孔径滤膜后测定其滤液浓度、黏度等性质，结果发现聚合物的分子量和浓度、表活剂的浓度、矿化度等因素都会对聚合物的水动力尺寸产生不同程度的影响。 捕鼠笼【期刊名称】科学技术与工程
【年(卷),期】2014(014)033塑料油箱
【总页数】4
【关键词】关键词 聚合物 水动力尺寸 浓度 表活剂
聚合物驱是一种比较成熟的三次采油技术，已经在国内外得到了广泛应用并取得了良好的经济效益[1]。聚合物溶液在流经多孔介质时会受到孔喉尺寸的自然选择，如果大部分聚合物水化分子在经过孔喉时受到阻碍，那么聚合物的注入将会变得很困难。所以在矿场聚合物驱油时，选择合适的聚合物显得相当重要[2，3]。
聚合物的水动力学尺寸指的是聚合物水溶液中包裹着聚合物分子的水化分子层的尺寸。对于水溶液中聚合物分子尺寸的传统认识，一般认为聚合物分子尺寸是由聚合物分子量决定的，而与其他因素无关。然而，当聚合物浓度增加到一定程度，聚合物链将发生明显的缠结作用，聚合物的分子尺寸会增大[4—7]。另外，水质的不同，水中阳离子的存在和大小都会对聚合物分子团的存在产生影响。因此，需要运用实验的方法测定不同分子量、不同矿化度、不同表活剂浓度等因素对聚合物分子尺寸的影响，为进一步研究聚合物和孔隙介质的匹配关系提供依据。
1 微孔滤膜法的原理
采用微孔滤膜法研究水溶性聚合物分子的水动力学直径的方法如下:在一定压力(0.2 MPa)下让聚合物溶液通过不同孔径的微孔滤膜,测定滤出液的聚合物浓度,绘制相对浓度(c/c0)与
滤膜孔径的关系,认为曲线的拐点是聚合物分子的水动力学直径。
2 实验部分
2.1 实验装置
实验装置图见图1。
2.2 实验试剂
无水NaCl(99.9%)，甜菜碱活性剂(25%)，石油磺酸盐(30%)，DWS-3活性剂，蒸馏水。聚合物样品基本参数见表1。
2.3 实验方案
(1) 在0.2 MPa恒压下，测定蒸馏水配制的五种不同分子量(700×104、1 000×104、1 500×104、1 900×104、2 300×104)、五种浓度(500、1 000、1 500、2 000、2 500 mg/L)的聚合物溶液的水动力尺寸(表2)。
(2) 配制1 500×104分子量浓度为1 000 mg/L的聚合物溶液，分别取出若干母液剪切至某黏度并测定其水动力尺寸(表3)。
(3) 配制1 500×104分子量浓度为1 000 mg/L，NaCl浓度分别为1 000 mg/L、2 000 mg/L、3 000 mg/L、4 000 mg/L、5 000 mg/L的聚合物溶液，测定其水动力尺寸(表4)。
(4)采用聚合物分子量为1 500×109，浓度为1 000 mg/L的聚合物，加入不同浓度的表活剂，分别测定其水动力学尺寸(表5)。
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3 实验结果及分析
3.1 聚合物溶液的浓度对水动力学尺寸的影响
随着聚合物溶液的浓度逐渐增大，不同分子量聚合物溶液的水动力学尺寸都是增大的，这是因为，随着聚合物溶液浓度的增加，高分子线团相互穿插交叠，浓度越大，分子链之间穿插交叠的机会也就越大，因此分子尺寸也就越大(图2)。
3.2 聚合物的分子量对水动力学尺寸的影响
当聚合物溶液的浓度一定时，随着聚合物分子量的增大，聚合物溶液的水动力尺寸也是逐渐增大的，聚合物溶液的水动力尺寸受分子量影响较大是因为，聚合物分子量越大，聚合物分子链就越长，结构越复杂，越容易缠绕在一起，所以水动力学尺寸就越大(图3)。
3.3 黏度对水动力学尺寸的影响
同样分子量的同一浓度的聚合物溶液，当剪切时间越长，黏度越小，聚合物溶液的水动力尺寸也就越小。这是因为剪切时间越长，缠绕在一起的聚合物分子在机械作用下被大量打散分开，很多聚合物分子链被剪断，分子链之间不再大量穿插交叠，使得聚合物溶液的水动力尺寸迅速减小(图4)。
3.4 矿化度对水动力尺寸的影响
同样的聚合物溶液当其矿化度越高，水动力尺寸是逐渐减小的。因为当部分水解聚丙烯酰胺溶于去离子水中时,由于静电斥力和水化作用，高分子链伸展,加入无机盐可中和分子链上的羧基负电荷并对负电荷基团产生屏蔽作用,从而使大分子链静电斥力减弱,高分子链发生蜷缩,分子线团尺寸减小，当加入的无机盐越多，则聚合物溶液的水动力尺寸越小(图5)。
3.5 表活剂浓度对水动力尺寸的影响
断纸机当聚合物浓度一定时，溶液的水动力尺寸随着表活剂浓度增加首先上升，然后平稳或略有降低，但是变化不大。这是因为聚合物溶液中加入表活剂后，聚合物的疏水基团与表活剂相互作用，以缔合作用为主，对聚合物水动力尺寸的增加有一定的作用。表活剂直接通过疏水缔合作用吸附在聚合物分子内疏水微区，其中表面活性剂亲水基处在疏水微区与水接触的部位，水链在疏水微区内，使微区膨胀。同时，表面活性剂的亲水基可以代替聚合物的亲水保护疏水微区使之不与水接触，从而使聚合物分子链从卷曲变得较为伸展，分子链的长度变大，更容易交缠在一起，此时聚合物的水动力尺寸增大。继续增加表面活性剂浓度，表面活性剂与聚合物链上疏水微区的缔合己达极限，同时表面活性剂还可能在聚合物链上形成新的疏水微区，这样又使聚合物链变得卷曲。还有另一个可能是在表面活性剂浓度较高时，溶液中未缔合的表面活性剂也增多，这部分表面活性剂对带负电荷的聚合物来说相当于电解质，电解质压缩聚合物链上所带负电荷的双电层，同样会使聚合物链变得卷曲,使聚合物溶液水动力尺寸减小(图6)。
4 结论
(1) 微孔滤膜装置测定聚合物溶液的水动力尺寸时，浓度、黏度等的损失均是在同一孔径下发生的，测定结果准确性较好。
(2) 聚合物的浓度和分子量对水动力尺寸会产生显著影响，浓度越高、分子量越大，聚合物溶液的水动力尺寸就越大。
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(3) 聚合物溶液的水动力尺寸受矿化度影响较大，矿化度越高，水动力尺寸越小。
(4) 表活剂对聚合物溶液的水动力尺寸也会产生一定的影响，随着表活剂浓度的增大，水动力尺寸先上升，然后略微下降或趋于平缓，总体变化不大。
参考文献
1 张晓芹.二类油层改善聚合物驱开发效果研究.大庆:东北石油大学,2009
屋面天窗Zhang X Q. Research of improving the effect of polymer flooding development about the second type reservoir.Daqing: Northeast Petroleum Universit,2009
2 卢祥国.化学驱油理论与实践.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2000
Lu X G. The Theory and practice of the chemical flooding. Harbin: Harbin Institute of Technology Press,2000
3 谢 峰,皇海权.用驱油效率实验优选矿场应用的聚合物分子量及用量.油气采收率技术, 1998; 5 (3): 8—12
Xie F,Huang H Q. Optimizing the polymer molecular weight and dosage of field application through the oil displacement efficiency experiment. Petroleum Geology and Recovery Efficiency,1998;5(3):8—12
4 朱怀江,刘 强,沈平平,等.聚合物分子尺寸与油藏孔喉的配伍性.石油勘探与开发,2006;33(5):609—613
Zhu H J,Liu Q,Shen P P, et al. Compatibility of the molecular size of polymer and the reservoir pore throat. Petroleum Exploration and Development, 2006;33(5):609—613
