三元体系中聚合物浓度检测方法的研究

三元体系中聚合物浓度检测方法的研究

赵洪洲

（大庆油田第六采油厂，黑龙江大庆 163118）

摘 要：目前，三元复合驱油技术已经在大庆油田广泛应用。但是，三元体系中聚合物浓度检测方法依然延用聚驱的浊度法。实际检测表明：三元体系中碱和表面活性剂的存在对聚合物浓度的测定结果有较大影响，此文通过对三元体系中聚合物浓度测定过程中的影响因素及影响程度分析，研究消除三元体系中表面活性剂、碱对聚合物浓度检测干扰的方法，以提高三元体系中聚合物浓度检测结果的准确度。

关键词：三元体系；表面活性剂；碱；聚合物浓度；浊度法

中图分类号：TE357.46

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2015.02.072

文章编号：1008-2336（2015）02-0072-05

收稿日期：2014-10-30；

作者简介：赵洪洲，男，1983年生，工程师，大学本科，从事化验药剂管理工作。E-mail：dqzhaohongzhou@petrochina.com.cn。

改回日期：2015-01-22

Study on Method for Detection of Polymer Concentration in ASP System

ZHAO Hongzhou

（The Sixth Oil Production Plant of Daqing Oilfield Campany, Daqing Heilongjang 163118, China）

Abstract:At present, technology of ASP compound flooding has been used widely in Daqing oilfield. However, the turbidity method used for detection of polymer concentration during polymer flooding is still used for ASP compound flooding. Actual detection shows that the determination results of polymer concentration are greatly influenced by alkali and surfactant existed in ASP system. Through analysis of the influence factors on the detection results of polymer concentration and extent, the method for eliminating the influence of surfactant and alkali during the detection of polymer concentration has been found to improve the accuracy of detection results of polymer concentration in ASP system.

Keywords:ASP system; surfactant; alkali; concentration of polymer; turbidity method

在三元复合驱油[1]过程中，注入液及采出液中聚合物浓度的动态监测是指导生产及动态分析调整的一项重要指标，而三元体系中的碱和表面活性剂对体系聚合物浓度[2-4]的测定结果会产生影响，采用浊度法测定的聚合物浓度与真实浓度有较大误差。因此，需要对影响三元液中聚合物浓度测定[5-6]过程中的干扰因素进行分析，并找到消除干扰因素的方法，以提高三元体系中聚合物浓度的检测精度，及时为现场提供准确、可靠的动态数据。

1　三元体系聚合物浓度测定过程中碱和表面活性剂存在的影响

分别配制相同浓度的聚合物、不同浓度的碱及表面活性剂的三元体系，测定其聚合物浓度值，与配制浓度对比分析，判断碱和表面活性剂的存在对聚合物浓度测定的影响程度。

实验结果表明，碱和表面活性剂的存在对聚合物浓度测定结果有影响（表1），随着碱和表面活性剂浓度的增加，聚合物浓度测定

值明显偏高，聚合物浓度测定值的最大误差达50.25%。

2　聚合物浓度测定方法

2.1 浊度法实验原理

浊度法[7]具有测量范围广、操作简便、测量准确、使用仪器少等特点，目前广泛应用于聚合物浓度的测定。聚合物在酸性溶液中与次氯酸钠反应，产生不溶物氯酸胺，使溶液浑浊，其浊度值与聚合物浓度成正比，由分光光度计测定。

2.2 实验仪器、试剂和样品

分光光度计使用7230G可见分光光度计。配制5 mol/L冰醋酸溶液和1.3%次氯酸钠溶液。样品为大庆助剂厂HPAM，固含量90.21%，分子量2 888×104。

2.3 试验方法

测定步骤如下：

（1）用移液管吸取5 mL稀释好的试样溶液加入150 mL锥形瓶中。

（2）用移液管吸取10 mL醋酸溶液加入锥形瓶中，振荡，放置2 min。

（3）用移液管吸取10 mL次氯酸钠溶液加入锥形瓶内，振荡，放置15～20 min。

（4）用分光光度计在470 nm下测其吸光值。

（5）参比溶液：5 mL水+10 mL醋酸+10 mL次氯酸钠。

3　三元体系中聚合物浓度测定过程中的 影响因素及影响程度分析

分别配制相同浓度的聚合物、不同浓度的碱、不同浓度的表面活性剂的二元体系及三元体系，搅拌均匀，测定其聚合物浓度值，与配制浓度对比分析，判断碱和表面活性剂的存在对聚合物浓度测定的影响程度[8-10]。

3.1 碱的存在对聚合物浓度测定结果影响程度分析

从表1可以看出：随着碱浓度的增加，聚合物浓度测定误差略微增大，最大误差达7.60%。

表1　三元体系对聚合物浓度测定结果的影响

3.2 表面活性剂的存在对聚合物浓度测定结果影响程度分析

从表2可以看出：随着表面活性剂浓度的增加，聚合物浓度测定值明显偏高，最大误差高达51.95%。

表1　碱对聚合物浓度测定的影响

3.3 碱和表面活性剂同时存在对聚合物浓度测定结果影响程度分析

表2　表活剂对聚合物浓度测定的影响

从表3可以看出：碱和表面活性剂同时存在

时对聚合物浓度测定结果的影响与表活剂单独存时相似，随着碱和表面活性剂浓度的增加，聚合物浓度测定值明显偏高，聚合物浓度测定值的最大误差达50.25%。

通过以上结果可以说明：碱和表面活性剂的存在对聚合物浓度的测定结果会产生影响，并使测定结果偏高，最大误差可达50%以上。

4　消除干扰措施的研究

4.1 消除碱干扰措施的研究

浊度法中，5 mol/L冰醋酸溶液的作用是：在酸性条件下，聚丙烯酰胺上的酰胺基团能更好地和次氯酸发生反应生成不溶性的氯酸胺，从而可测其吸光值。理论上分析，碱虽然不会与次氯酸钠反应，即不会使溶液浑浊，但却会与冰醋酸反应，消耗了定量的冰醋酸，原有的酸性条件遭到破坏，使测定出的聚丙烯酰胺浓度吸光值出现偏差的情况，浓度值失去真实性。

针对这一情况，通过加入酸与体系中的碱中和，恢复原有的酸性条件。若采用现有的HCl、HNO3、H2SO4，因有刺激性、腐蚀性，不安全性，同时又不引入新的离子，所以仍选择醋酸。在原浊度法中10 mL的醋酸用量和10 mL的次氯酸钠用量都是过量的，但是由于碱的加入消耗了一定量的醋酸，使原有的10 mL用量不足。

加大醋酸用量后，测定结果精度有所提高，最大误差由7.60%下降到2.55%（表4），此方法可降低碱对聚合物检测结果的干扰。

4.2 消除表面活性剂干扰措施的研究

表活剂的干扰非常严重，消除它的干扰也最困难，因为表活剂本身显色，它与聚合物共同存在于三元液中，会使聚合物浓度严重失真[11]，为了消除对其干扰进行了三项实验。

4.2.1 采用改变参比水分析法

原浊度法中参比水是现场注入水，由于表活剂显色，本身有一定的浊度值，通过在参比水中加入已知浓度的表活剂，在测定时，将加入表活剂的参比水浊度值调零，这样来消除它的干扰。

实验结果表明，改变参比水，将表活剂溶液浊度值调零后，三元体系的浊度值未有明显下降，无法将表活剂的干扰消除。

4.2.2 采用重量分析法

利用析出的方法[12]，将被测组份从试样中分离出来，转化为一定的称量形式后进行称量，由称得的物质的量计算被测物质的含量。此实验是在一定体积的三元液中加入沉淀剂——酒精，振荡后使聚合物从溶液中析出、过滤、烘干、称量，计算出待测物质的含量。

结果（表5）表明：重量分析法测出的聚合物溶液浓度值较为准确，三元液中的聚合物浓度值误差较大，此方法不适用。

表3　碱+表活剂对聚合物浓度测定的影响

表4　消除碱对聚合物浓度测定的影响

表5　重量分析法测定结果

4.2.3 采用盐析-萃取分析法

从以上两种方法中总结失败经验，对表活剂的特性结构进行认真分析与研究。表活剂为有机物质，根据“相似相溶”原理，溶液中的表活剂可以被石油醚、三氯甲烷等有机溶剂所提取，而溶液中的聚丙烯酰胺却与这些有机溶剂不相溶。尝试运用萃取法进行试验，由于三氯甲烷对人体危害较大，所以萃取剂选用石油醚，在萃取过程中发现，沸程为90～120℃的石油醚比沸程为60～90℃的萃取效果要好，但是沸程为90～120℃的石油醚对表活剂的萃取也不完全。

针对这一情况，利用盐析原理，尝试在溶液中加入NaCl分析纯，因为在表活剂溶液中，含有盐的情况下，表活剂对盐的容忍度有一定的极限值，超过此极限值，表活剂从溶液中析出。阴离子表面活性剂对盐的容忍度有下列模式：

对1价阳离子环境：

则：

式中：[Na+]为开始盐析时溶液中含盐量；[Rc]t为开始盐析时水溶液中表活剂浓度；[Kso]为盐析常数（溶解常数）。

式中：C为常数，盐析不再与[Rc]有关时的含盐度。

图1是Na-4DBS对钠盐的容忍度曲线，在曲线以下Na-4DBS呈溶解状态，在曲线以上溶液分成二相，即出现盐析现象。从图1中可看出出现盐析现象的情况：表活剂浓度数量级在10-4～10-2之间，加入NaCl的量较为稳定；数量级在10-5～10-4之间，加入NaCl的量随着表活剂浓度的降低而增加。

图1　Na-4DBS在盐存在下的溶解曲线图

通过计算，得出在100 mL溶液中，表活剂浓度数量级在10-4～10-2之间，最少加入0.92 g NaCl，会出现盐析；数量级在10-5～10-4之间，应依实际情况，查图后，再进行计算。

在100 mL溶液中，NaCl的溶解度是36 g，因此当表活剂浓度数量级在10-4～10-2之间，NaCl的加入量在0.92～36 g之间，会出现盐析。

在实验中发现，在100 mL三元溶液中，加入5 g NaCl后再萃取，检测精度可达到现场试验要求。

实验方法：在500 mL分液漏斗中加入100 mL试样溶液+5 g NaCl分析纯+50 mL石油醚，振荡，将表面活性剂从溶液中分离，移取除去表活剂的待测试样，进行测定。

从表6可以看到：含表面活性剂的聚合物溶液经过萃取后，得到的测定结果接近理论配制的值，使测定结果准确度由原来的48.05%提高到95.00%。

表6　消除表活剂对聚合物浓度测定的影响

4.3 消除碱与表活剂同时存在时干扰措施的研究

结合上述两种成功的方法，首先将待测三元溶液萃取，将表面活性剂从三元液中分离除去；其次，在测定过程中，加大醋酸用量。

从表7可以看到：使用新方法得到的测定结果接近理论配制值，测定结果准确度由原来的49.75%提高到95.60%。

表7　消除碱+表活剂对聚合物浓度测定的影响

5　三元体系中聚合物浓度测定方法

5.1 标准曲线的绘制

在绘制三元体系溶液的标准曲线时，配制的标准三元溶液要与现场试验保持高度一致，根据新方法，用萃取法将表面活性剂从三元液中分离除去后，再使用新的浊度方法。

5.2 新方法测定步骤

（1）在500 mL分液漏斗中加入100 mL试样溶液+5 g NaCl分析纯+50 mL石油醚进行振荡，将表面活性剂从三元液中分离；

（2）将除去表面活性剂的溶液转移至250 mL烧杯中；

（3）用移液管吸取5 mL稀释好的试样溶液加入150 mL锥形瓶中；

（4）用移液管吸取20 mL醋酸溶液加入锥形瓶中，振荡，放置2 min；

（5）用移液管吸取10 mL次氯酸钠溶液加入锥形瓶内，振荡，放置15～20 min；

（6）用分光光度计在470 nm下测其吸光值；

（7）参比溶液：5 mL水+20 mL醋酸+10 mL次氯酸钠。

6　结论

（1）碱和表面活性剂的存在对聚合物浓度的测定结果会产生干扰，表面活性剂的干扰最为严重（最大误差可达50%以上）。

（2）原聚驱浓度检测方法不适合三元体系中聚合物浓度的测定。

（3）使用新方法得到的测定结果接近理论配制值，使测定结果准确度由原来的49.75%提高到95.60%，测定结果准确度得到明显提高。

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