吴 婧

(中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司，天津 300452)

目前，石油行业标准中检测干粉聚合物溶解时间是在室内搅拌溶解 2 h，然后通过肉眼观察或过滤因子进行判断,最终结果只能定性判断溶解时间小于、等于或大于 2 h[1]。国内也有一些对定量检测干粉聚合物溶解程度的研究，例如，旋转黏度计测黏度法[2-3]，即通过在聚合物搅拌过程中，取不同时刻的样品测其黏度变化来判断溶解时间；落球法[4-5]通过小球在聚合物溶液中的下落时间来判断聚合物的溶解时间。以上方法会由于测试时间间隔和人为取样的差异常常带来较大误差。本文研究的速溶干粉聚合物主要应用于油田调驱领域，其溶解速度快，因此采用电阻率法[3,6]和流变仪法来测试其聚合物的溶解性能，可评价不同时刻聚合物溶液的溶解变化情况，避免还没来得及取样测试，聚合物溶液黏度已经完全释放的问题。

速溶干粉聚合物相对分子质量较小，与交联剂复配的成胶液黏度较低，方便注入，成胶性与稳定性良好，施工用量少，调驱剂配制流程精简，有广泛的应用市场。

1 实验部分

1.1 实验设备

DV2T旋转黏度计，美国Brookfield公司；水浴锅，德国Julabo公司；ML204电子天平，梅特勒-托得多仪器(上海)有限公司；数显恒速搅拌机，上海欧河机械设备有限公司；HAAKERS6000流变仪，德国Thermo公司；DDS307电导率仪，上海仪电科学仪器股份有限公司；恒温烘箱，德国MEMMERT公司。

1.2 实验材料

速溶干粉聚合物，有效质量分数80%～90%，相对分子质量为400万～500万；酚醛复合交联剂，有效质量分数25%～30%；自来水；蒸馏水。

1.3 实验方法

1.3.1 电导率法

将搅拌器转速设置为恒定值 (400 r/min)，转子放入用烧杯称量好的 600 g 自来水中，转子位于距水面2/3深度处，烧杯放入设置相应恒温下的水浴锅内；将电导率仪的探针放入自来水中，探头的黑色金属片需完全浸入于液体中，读取自来水的电导率值；打开搅拌器开关，待转子处于匀速转动时，将称取的 3 g 速溶聚合物沿漩涡壁均匀加入水中,开始记录不同时刻的聚合物溶液电导率值。

1.3.2 流变仪法

依次启动流变仪的温控、测量和电脑控制系统，设置CR(Controlled rate控制剪切速率)模式、PZ38转子、测试温度等设备参数。在仪器调零后将事先加热到目标温度的 50 g 自来水和 0.25 g 干粉聚合物匀速加入测量杯内，轻轻放入转子，拧紧杯盖，待测量台恢复到测量位置后开始测量，在电脑端观察并保存聚合物黏度随时间变化的规律。

1.3.3 聚合物溶解情况及冻胶成胶性测试

在设定目标温度条件下，将称量好的干粉聚合物匀速倒入自来水中。在聚合物搅拌溶解过程中，持续读取溶液的电导率值/黏度值。根据实验测试数据，绘制电导率/黏度随时间变化曲线图，取曲线平稳值时对应的时间即为最终聚合物溶解时间。

聚合物冻胶的成胶性是指在现场作业施工规定时限下，成胶液是否达到冻胶调剖调驱所需的强度。室内对聚合物冻胶成胶性能的评价指标主要涉及到成胶时间和成胶强度。采用SZ36-1油田现场水，按一定比例配制冻胶，放入 90 ℃ 恒温烘箱内，每隔一段时间采用冻胶图版法[6](图1)判断胶体强度，直至胶体强度不再发生变化，即为冻胶的最终强度。根据目标油田现场调驱施工要求，冻胶成胶时间为2～5 d，成胶强度LM-及以上。

图1 冻胶强度评价图版

2 实验结果

2.1 电导率法测溶解时间

不同温度和不同溶剂条件下干粉聚合物溶液电导率变化情况如图2所示。由图2可知，相同测试温度下，自来水作为溶剂时聚合物溶液电导率高于蒸馏水溶剂，即溶剂中的离子导体会影响聚合物溶液的导电性；相同溶剂条件下，45 ℃ 聚合物溶液电导率高于 35 ℃,说明聚合物导电性随温度的升高而增加，即温度升高会促进聚合物溶液中电解质的离解；随着搅拌时间的增加，聚合物溶液电导率均在前 20 s 内快速上升，之后一直处于平稳状态。理想条件下，电导率步入稳定时所对应的时间即为干粉聚合物的溶解时间[2,4]，但取搅拌 20 s 时的聚合物溶液进行观察时，发现溶液中有较多尚未溶解好的胶团，因此对于本文研究的干粉速溶聚合物，电导率仪法测定溶解时间存在局限性。

图2 干粉聚合物溶液电导率与搅拌时间的关系曲线(聚合物质量分数0.5%)

2.2 流变仪法测溶解时间

不同测试温度下，干粉聚合物溶液黏度与时间的关系曲线如图3所示。测试数据初期，由于仪器刚启动的缘故，转子转速尚未达到设定的目标转速，受力不均衡，导致黏度值有一个短时间快速下降的过程，因此不纳入聚合物溶液黏度的变化规律中。观察实验结果发现，干粉聚合物溶液黏度先随搅拌时间的增加而大幅增加，之后基本步入稳定阶段，伴随小幅波动，代表聚合物溶液黏度接近于完全释放，即聚合物基本处于完全溶解状态。由测试结果可知，0.5%干粉聚合物在 35 ℃ 时溶解时间为 7 min，在 45 ℃ 时溶解时间为 5.5 min,在 55 ℃ 时溶解时间为 4.5 min。温度的升高有助于干粉聚合物的溶解，可在一定程度上缩短溶解时间。

图3 流变仪测试干粉聚合物溶液黏度变化曲线(自来水配制聚合物质量分数0.5%)

分别取 35 ℃、45 ℃、55 ℃ 条件下经流变仪测量系统搅拌7、5.5、4 min 时的干粉聚合物溶液，观察溶解情况，发现溶液中聚合物溶解情况良好，没有胶团和鱼眼产生，说明通过流变仪测试溶液黏度的变化来判断干粉聚合物溶解时间的测试方法可行。

2.3 速溶干粉聚合物特点及成胶情况评价

根据室内干粉聚合物溶解实验结果，该速溶聚合物在目标油田产出液温度范围内(35～55 ℃)的溶解时间为4～7 min，不仅大大地缩短了现有海上油田用干粉聚合物的溶解时间，也可减少常规干粉聚合物的溶解熟化装置，为其他作业施工节省平台空间。用自来水配制聚合物交联冻胶体系，配方为0.5%速溶干粉聚合物+0.5%酚醛复合交联剂(质量分数)，肉眼观察成胶液呈均一黏稠状、无絮状物和沉淀物产生，配伍性良好；使用DV-2T旋转黏度计，00号转子，转速为 6 r/min，测量室温下成胶液初始黏度值为 105.2 mPa·s，溶液黏度较低，方便现场注入；将复配的成胶液置于入 90 ℃ 的烘箱进行成胶评价实验，实验结果如表1所示。

表1 聚合物冻胶成胶实验结果

由表1可知，随着速溶干粉聚合物和酚醛复合交联剂的增加，冻胶成胶时间减短，成胶强度逐步增强，成胶时间缩短。样品在烘箱放置3个月后胶体脱水较少或未脱水。当速溶干粉聚合物质量分数为0.5%，酚醛复合交联剂为0.5%时，冻胶最终成胶强度达到了油田调驱冻胶需求强度LM-，成胶时间为 2.5 d，满足海上油田调驱施工要求，且与乳液聚合物用量相比，大大减少了聚合物的用量，可节约施工成本。

3 结论

1)电导率法通过聚合物溶液中电解质离解的离子导体导电性的变化来判定聚合物的溶解时间，不同溶剂和不同温度条件均对电导率结果产生影响，但溶液电导率稳定时对应的时间与聚合物溶解时间情况不相符，因此电导率法判断本文研究的速溶干粉聚合物溶解时间不可行。

2) 流变仪法可详细记录速溶干粉聚合物搅拌溶解时黏度随时间的变化情况，避免因取样产生实验误差。溶剂温度的升高对干粉聚合物的溶解有促进作用，即温度升高，干粉聚合物溶解时间缩短。

3)本文研究的速溶干粉聚合物适用于油田调驱，比常规干粉聚合物相对分子质量小，溶解速度快，可减少胶液配置时间，精简调驱剂配制流程；比乳液聚合物用量少，能节约作业施工成本，成胶强度和稳定性均能达到现场施工要求。