聚合物粘稳剂的研究

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聚合物溶液降解（即粘度损失）主要发生在溶解、输送和驱油过程中，包括化学降解、机械降解以及生物降解。机械降解和生物降解是影响聚合物溶液粘度的最主要因素，母液配制的生产需经过分散、熟化、转输、过滤、储存和外输等环节，各环节中的机械设备会对聚合物溶液产生剪切降解。微生物降解对粘度产生影响，由于现场配制、注入用水中的细菌种类和数量，随着细菌种群的增加及细菌数量的增加，生物降解程度加大。引起生物降解的细菌主要是SRB 和TCB，一般细菌数量增加100倍，粘度损失率翻一番。

为了稳定聚合物溶液粘度，可添加稳定剂，以保持聚合物溶液的长期稳定性，确保聚合物的驱油效果。本次我们主要对机械剪切和温度等环境因素进行了分析，研制了HY-ZN聚合物粘稳剂，采用采油厂污水对该配方进行了评价，并提出合适的配制方法和控制条件，降低聚合物的降解性能，提高聚合物区的效果和效益。

一、HY-ZN聚合物粘稳剂概述

HY-ZN聚合物粘稳剂由络合剂、自由基抑制剂、降低磨阻剂、生物抑制复配而成。具有络合金属离子、抗氧、抑制自由基、抑制微生物、降低机械剪切的功能。其稳定机理为：

（1）络合作用

金属阳离子对聚合物线形伸展影响很大，聚合物溶液中的Ca2+、Mg2+、Fe3+、Fe2+存在，导致聚合物发生卷曲，粘度下降。稳定剂中的络合剂能有效络合高阶金属离子，消除金属离子对聚合物粘度影响。

（2）抑菌作用

污水聚合物溶液含有大量的细菌如硫酸盐还原菌（SRB）、铁细菌（IB）和腐生菌（TGB）等，这会对聚合物分子链造成极强的破坏作用，致使聚合物溶液黏度稳定性变差。稳定剂中的生物抑制剂使污水中硫酸还原菌等细菌窒息死亡。

（3）抑制碳、氧自由基作用

在油藏温度45℃时，聚合物受热分解，生成以碳为中的自由基，自由基在暴氧或厌氧状态下都具有足够的存活时间，导致聚合物分子断键等老化现象发生，进而导致聚合物溶液黏度下降。加入稳定剂后，稳定剂以其独特的官能团稳定机理捕获和抑制碳自由基的生成，从而抑制了碳自由基本身诱发的热老化降解。另一方面，减少了其进一步氧化生成过氧自由基的机会，降低了随后捕获过氧自由基的压力，从而达到稳定黏度作用。

（4）降阻作用

能吸附排列在管壁上，自发形成一层分子保护膜，起到减阻作用。提高了聚合物抗机械剪切性能，提高聚合物耐磨性能。

二、现场试验

现场试验聚合物选用大庆炼化公司的超高分子聚丙烯酰胺干粉，相对分子质量1600～2300×104，固含量≥90%。实验用水为采油一厂南5区块深度处理污水，矿化度5733.54mg/L。实验用稳定剂为HY-ZN聚合物粘稳剂。

试验仪器LV-DVII型布氏粘度计、BD720型恒温箱、SHELL厌氧箱、厌氧封样装置、电子天平（0.01g、0.0001g）等。

三、实验结果与讨论

1.稳定剂消耗规律研究

稳定剂密闭、常温（25℃）下放置，以及敞口、分别在常温（25℃）、加热到45℃和60℃三种情况下，定期检测稳定剂浓度，评价检测结果：

①聚合物粘稳剂在密闭环境下，浓度变化较小，稳定性好，不易发生氧化降解反应。

②聚合物粘稳剂敞口放置，常温下稳定剂挥发慢，浓度变化较小；温度提高后，体系挥发速度加快，其中水相挥发速度大于粘稳剂挥发速度，粘稳剂在体系中浓度逐渐变大。

③聚合物粘稳剂产品在注入站现场的储存条件下，不易发生自身的降解反应，浓度变化小，不会影响配注过程中稳定剂在聚合物体系中的配比调整。

2.聚合物粘稳剂与聚合物复配后的静态粘度稳定性评价

清水配制污水稀释聚合物溶液，加入稳定剂复配后，测定放置不同时间后的聚合物粘度，对其稳定性进行评价。

（1）曝氧条件下清水配制污水稀释聚合物粘度稳定性

分别取不同区块的曝氧污水，配制聚合物，加入稳定剂复配后，测定放置不同时间后的聚合物粘度，对其稳定性进行评价，对比结果，研究变化规律。通过对加入粘稳剂复配后的聚合物溶液的粘度进行测定，可以得出随着稳定剂加入量的加大，放置60天以后的聚合物粘度的保持率有明显的提高。

（2）厌氧条件下清水配制污水稀释聚合物粘度稳定性

分别取不同区块的厌氧污水，配制聚合物，加入稳定剂复配后，测定放置不同时间后的聚合物粘度，对其稳定性进行评价，对比结果，研究变化规律。实验结果表明，在厌氧条件下，聚合物溶液粘度下降比曝氧条件快，粘度低，加入稳定剂复配后的聚合物溶液的粘度保留率得到了很好地保持，同时随着稳定剂加入量的加大，粘度保留率增加，稳定剂加入150mg/L以上时，粘度保留度高。

3.剪切对聚合物稳定剂体系粘度稳定性影响

聚合物溶液分别用清水和污水配置1200mg/L，聚合物粘稳剂用量150mg/L，45℃条件下，用高速搅拌器高速剪切5min，室温40天其聚合物粘度变化。实验结果表明，稳定剂的加入能够提高聚合物溶液粘度的抗机械剪切能力。稳定剂在剪切后40天内仍能对聚合物粘度起到保持作用。加入聚合物粘稳剂聚合物溶液，剪切后粘度为剪切前的93%左右，随时间延长，粘度变化不明显，在7天内，粘度为剪切前的92%左右。加入聚合物粘稳剂后聚合物抗剪切能力明显增强。

4.聚合物粘稳剂对管壁的影响

聚合物溶液用污水配置1200mg/L，聚合物粘稳剂用量150mg/L，45℃条件下，对污水目的液管线浸泡24h。观察聚合物粘稳剂对目的液管壁的影响。经观察可看出聚合物粘稳剂加入使管壁道内附着沉淀物明显减少，有效地降低聚合物吸附，可以实现对聚合物的保护。

四、经济效益分析

聚合物配注过程中多加入30%聚合物弥补聚合物粘度损失，聚合物价格按2万元计算，每方多增加投入9元。相同效果情况下，加入聚合物粘稳剂，聚合物粘稳剂价格18000元，每方成本投入增加2.7元，明显低于现有运行成本，经济效益显著，节约大量清水资源。

五、结论

1.聚合物粘稳剂在常温下挥发慢，稳定性较好，不易发生氧化降解反应。在注入站现场的储存条件下，浓度变化小，不会影响配注过程中稳定剂在聚合物体系中的配比调整。

2.与不同水质配制的聚合物添加稳定剂后，曝氧与厌氧条件下污水配制的聚合物在添加稳定剂后粘度在60天内保存率为90%以上。

3.随着粘稳剂含量的增加，粘度的保存率有所提高，稳定剂浓度在150mg/L以上时，对聚合物溶液体系粘度有很好的保留效果。

4.聚合物粘稳剂加入使管壁道内附着沉淀物减少，可以实现对聚合物的保护。

5.加入聚合物粘稳剂明显降低运行成本，经济效益显著。