“八五” 期间 ,河南油田采用清水(油田地面水)配制部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)溶液 ,在双河油田进行工业化规模的聚合物驱采油 ,经济效益优于同期的滚动勘探开发和井网加密调整技术。目前河南油田聚合物驱的采油量已占稀油总产量的 21 % ,并且还有继续提高的趋势。但是 ,用清水配制 HPAM 溶液 ，清水资源既不足 ,污水(油田产出水)外排又造成严重的环境污染 ,要扩大聚合物驱技术应用规模 ,需用污水取代清水配制聚合物溶液。

      HPAM在高温条件下会发生明显的分子降解和水解作用,使 HPAM 溶液黏度下降 ,驱油效果变差 ,通常采用控制氧含量和添加稳定剂的措施减缓黏度下降速度。用污水配制的 HPAM 溶液的黏度和流度控制能力都低于用清水配制的 ,笔者采用具有一定增黏能力的多羟基化合物和硫脲复配 ,在 75 ℃条件下进行系统实验研究 ,研究了溶解氧和稳定剂含量对污水配制 HPAM 溶液性能的影响 ,初步探讨了 HPAM 的降解机理。

1 　 溶解氧和稳定剂对 HPAM 溶液稳定性影响对于不加稳定剂的 HPAM 溶液 ,溶解氧含量低于0. 5mg/ L 时 ,黏度从初始的 23. 2mPa· s 上升到老化210d时的 39. 4 mPa· s ,表明基本没有发生 HPAM 分子降解反应 ,长期稳定性很好;但溶解氧含量为1. 5mg/L 时 ,老化 210d 时的溶液黏度下降到12. 7 mPa· s ,溶解氧含量越高 ,热氧降解作用越明显(见表 1) 。可见 ,高温条件下 ,溶解氧的存在是导致 HPAM 溶液长期稳定性能差的主要原因。

    在溶解氧含量低于 0. 5mg/ L 时 ,HPAM 溶液老化后发生黏度增加的现象 ,稳定剂含量越大 ,黏度增加越多(见表 1) ,稳定剂增加到 100 mg/ L 时含多羟基化合物的 HPAM 溶液老化 210d 后黏度上升到 71. 1 mPa·s ,达到并超过了清水配制 HPAM 溶液的效果。这是老化期间 HPAM 水解度增加多羟基化合物作用的结果。双河油田污水的 Ca2 +
、 Mg2 +含量低 ,总矿化度也不高 ,HPAM 没有发生高水解度时的沉淀现象。多羟基化合物和 HPAM 分子链上酰胺基团可以发生缩合反应 ,产生一定程度的交联作用而使 HPAM 溶液黏度提高较大幅度。对于氧含量高于 1. 5mg/ L 的
HPAM溶液 ,加入稳定剂和多羟基化合物 ,可以使溶液的长期稳定性能明显提高 ,稳定剂加入量越多 ,稳定效果越好(见表 1) ,多羟基化合物的增黏作用越强。

2 　 高溶解氧条件下溶解氧和稳定剂之间的关系当溶解氧为 8. 0mg/ L (饱和氧状态)时 ,稳定剂含量低于 200mg/ L 的 HPAM 溶液黏度随着老化时间增加而快速下降 ,稳定剂越多下降速度越快(见表 2) ,在稳定剂含量为 200mg/ L 时黏度达到最低值。但稳定剂的含量达到300mg/ L 时 HPAM 黏度又大幅度增加。所以在饱和氧条件下 ,稳定剂的加入量和溶解氧含量之间有一种匹配关系 ,要达到稳定 HPAM 溶液的目的 ,氧含量越高 ,需要添加稳定剂的量也越大。对于饱和氧状态下的 HPAM 溶液 ,所需稳定剂的浓度应在300mg/ L 以上。

　　3 　 还原性稳定剂在热氧降解过程中的作用HPAM的热氧降解是自由基反应,其可能的反应历程可简写如下:

　(1)式为自由基引发 ,是控制整个自由基反应速度的基元反应 ,O2 裂解成 O· 伴随有化学键的断裂 ,反应的活化能高 ,如果体系中不存在还原剂 ,只有在较高的温度下才能发生 ,因此低温(低于 50 ℃)条件下 HPAM溶液是稳定的。(2)式是自由基的传播或增长 ,产生的自由基 O· 使 HPAM 分子断链而产生相对分子质量低的新的自由基 P· ′ 。这种自由基链锁反应速度很快 ,使HPAM相对分子质量降低 ,在较短的时间内使 HPAM溶液黏度大幅度降低。上面的反应过程是耗氧的 ,氧被完全消耗时反应即停止 ,所以 HPAM 溶液中溶解氧含量越高 ,HPAM 降解得越厉害。

存在还原剂(如硫脲)的 HPAM 溶液反应历程为:

　　(3)式和(1)式相比 ,O2 和还原剂之间能形成一种中间过渡态 ,降低了 O2 裂解成 O· 的活化能 ,更易产生O· 。因此还原剂使产生 O· 的速度更快 ,或者在更低的温度条件下产生 O·,这种催化作用使 HPAM 溶液在较低的温度时也发生 HPAM 的降解反应。体系中还原剂过量时按(4)式进行反应 ,不形成自由基;O2 过量时则按(5)式进行反应 ,产生能使 HPAM 降解的自由基O· 。因此 HPAM 溶液中 O2 和还原剂相对量的大小决定着自由基反应的方向 ,还原剂量大时起到稳定剂的作用 ,抑制自由基的产生;还原剂量低时对产生自由基有催化作用 ,加速 HPAM 的降解速度。

     因此 ,在高温油藏使用聚合物驱技术时 ,配制HPAM 溶液时的控氧能力是决定矿场应用能否成功的关键因素。高溶解氧的 HPAM 溶液在高温油藏中会快速降解 ,溶液中的溶解氧越低长期稳定性能就越好 ,少量的稳定剂就可以起到很好的稳定效果。

1 ,HPAM 溶液中溶解氧的含量是影响其长期高温稳定性能的重要因素。氧和稳定剂之间量的相对大小决定着自由基反应进行的方向。溶解氧含量越高 ,HPAM 溶液的稳定性能就越差 ,稳定溶液所需稳定剂的量就越大。
2 ,多羟基化合物具有良好的增黏能力 ,可以大幅度地改善污水 HPAM 溶液的流度控制能力 ,使其达到清水配制的 HPAM 溶液的应用效果。