镁离子含量对剪切后聚合物残余阻力系数的影响

摘 要：本文探讨了聚合物驱油效果的影响因素，通过实验开展了镁离子浓度对聚合物表观粘度的影响研究，聚合物溶液镁离子含量与残余阻力系数关系的研究，残余阻力系数，通过实验得知，作为评价聚合物驱提高采收率程度的重要指标，会受到分子量、渗透率、注入速度、含盐量、温度等因素的影响。

关键词：聚合物 残余阻力 系数 影响

聚合物驱油效果的影响因素有很多，其中油层地下水的矿化度对其的影响是比较大的，特别是高价阳离子，比如钙离子，镁离子等，它们会严重降低聚合物溶液的粘度。因此，在聚合物驱的研究中，必须进行聚合物与油田水及油层岩石的配伍性研究。

一、镁离子浓度对聚合物表观粘度的影响

钙离子，镁离子会引起HPAM溶液粘度下降，其原因是钙离子和镁离子可以使HPAM发生分子间缩聚，从而使分子链收缩，并发生去水化作用，导致HPAM从溶液中聚沉。所以镁离子，钙离子的存在对粘度十分不利，其含量应控制在200mg/L一下，最好在100mg/L。

部分水解的聚丙烯酰胺溶液假塑性的影响见图1。从图中看出，二价阳离子的影响比一价阳离子大，两种混合的二价阳离子对假塑性的影响更大。在盐浓度低时，表观粘度随剪切速率增加迅速下降，随着浓度增加，表观粘度随剪切速率的增加逐渐趋于稳定。

表观粘度对含盐浓度的依赖性规律是，当剪切速率一定时表观粘度随含盐浓度的增加而降低，其原因是它中和了HPAM侧基上的电性。当HPAM溶解在水中时―COONa+基团上的Na+电离，使基团呈负电性，高分子链上―COO―基团，互相发生排斥作用，使链的构象较舒展，尺寸较大，流动阻力大，粘度大。当加入盐后，一部分Na+相对集中在―COO―周围，遮蔽了有效电荷，使阴离子的排斥作用引起链的扩展作减弱，分子链蜷曲作用增强，使尺寸缩小，所以表观粘度下降。

（1）聚合物溶液的粘度随着镁离子浓度的增加而下降：

当聚合物溶液中含有镁离子时，能引起聚合物降解，溶液粘度下降。因此，在配制聚合物溶液时，应尽量选择低矿化度的水；其次，在金属阳离子含量较高的水中，加入螯合剂进行处理，还可以加入柠檬酸钠350mg/L。

（2）当镁离子浓度达到一定数值后，粘度就基本不再有太大变化了：

聚合物溶液粘度的下降率曲线开始时上升非常快，随着镁离子浓度的增加，曲线趋于平缓。具体来说，对于未剪切的聚合物溶液，当镁离子浓度达到1300mg/L后，粘度值就基本不再变化了；对于剪切后的聚合物溶液，当镁离子浓度达到800mg/L后，粘度值就基本不再变化了。

（3）机械剪切会降低聚合物溶液的粘度：

溶液的粘度随剪切速率的增加而降低，这种现象是由于大分子结构所造成的。在低的剪切速率下，无规分子线团被拉伸取向，这种取向有利于大分子线团之间相互滑动，致使溶液粘度降低。随着剪切速率的增加，大分子线团取向程度增加，溶液粘度随剪切速率增加而下降。

为防止聚合物产生机械降解，首先要在溶液输送设备的选择上，选用低剪切螺杆泵，其次分散罐、熟化贯、存储搅拌机的转速应小于82r/min。同时在工艺安装上应尽量避免大小头、直角过度等局部节流，阀门最好选用直通阀。

二、聚合物溶液镁离子含量与残余阻力系数关系的研究

（1）分子量对残余阻力系数的影响

在给定的剪切速率或流速下，聚合物的分子量越高，降低流动度的作用就越大。由于高分子量的聚合物分子具有较大的水动力半径，同时在相同的孔隙介质内具有较大的机械捕集，所以高分子量聚合物在多孔介质内有较大的滞留和残余阻力系数。其结果如表1所示。

（2）渗透率对残余阻力系数的影响

由于低渗透率的岩心比较致密，孔隙比较狭窄，岩心的比表面较大，吸附量较大，聚合物分子在多孔介质内的机械捕集也较大，聚合物水动力学体积将发挥更大的作用，所以随着多孔介质渗透率的降低，滞留量和残余阻力系数也增加。

（3）注人速度对残余阻力系数的影响

这是因为注人速度增加时，聚合物分子为适应流动的需要由近似圆形而趋向直线型，聚合物分子更容易进人小孔隙，从而增加了聚合物分子在多孔介质内的滞留。Willhite和Dominguez根据在聚四氟乙烯岩心试验得出，当注人速度由0.98ft/d增加到1.92ft/d时，岩心的滞留量增加了大约20mg。Maerker等人在贝雷岩心上进行的流动试验也得到了类似以上的结果。

（4）水的含盐量对残余阻力系数的影响

随着矿化度的增加，聚丙烯酰胺分子在多孔介质的表面上吸附量也增加，因此，滞留量和残余阻力也增加。但另一方面，由于增加水的矿化度使聚丙烯酰胺分子水动力学体积变小，从而减小聚合物在多孔介质内的滞留这个作用远大于由于矿化度增加而增大的聚合物的吸附作用，所以随矿化度增加，聚合物在多孔介质内的滞留减小，残余阻力系数下降。

（5）温度对残余阻力系数的影响

随着温度增加聚合物在多孔介质内的吸附将减小，同时由于热运动将使扩散双电层的。动势减小，所以随着温度的增加残余阻力系数降低。

三、结论

1.残余阻力系数，作为评价聚合物驱提高采收率程度的重要指标，会受到分子量、渗透率、注入速度、含盐量、温度等因素的影响。

2.剪切作用会严重影响聚合物的粘度。聚合物的粘度会随镁离子浓度的增大而降低。

3.残余阻力系数会随镁离子浓度的增加而降低。

4.聚合物驱过程中各个阶段的变化。

参考文献

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[2]袁士义.新型聚合物驱油剂评价方法研究[J].精细与专用化学品，2005，13（12）.