聚丙烯酰胺（HPAM)是一類多功能的油田化學 處理劑，廣泛應用于石油開采的鉆井、堵水調剖和三 次采油領域中。聚丙烯酰胺水溶液具有較高的黏 度，注人聚丙烯酰胺水溶液能改善油水流速比，使采 出物中原油含量提高。聚合物驅油技術[1]中，常常 要測定采出液中HPAM的質量濃度，判斷聚合物溶 液的流動和降解情況，從而判斷驅油效率[2]。因 此，HPAM的濃度檢測，是聚合物驅油技術中最基本 的問題和重要環節，它的準確測定，無論對室內研究 或礦場試驗都具有重要的理論和實用價值。

　　

　　HPAM濃度分析技術發展較快，目前測定聚丙 烯酰胺質量濃度的方法很多，其中濁度法測量范圍 廣，操作過程易于控制，并且測量準確，干擾因 素少。

　　

　　1濁度法實驗1.1實驗原理濁度法測定聚丙烯酰胺質量濃度是利用冰乙酸 與次氯酸鈉反應生成Cl2, Cl2再與HPAM反應生成 不溶性氯酸胺使溶液變渾濁，用分光光度計測得的 吸光度值與HPAM的質量濃度呈線性關系。同時， 可從預先繪制的標準工作曲線上查出或由回歸直線 方程計算出所測溶液中HPAM的質量濃度[2]。反 應式如下：2NaC10 +2CH3COOH —? Cl2 + 2CH3COONa + H20 + y0200IIIIR—C—NH2 + Cl2 ——-R—C—NHC1 + HC1 1.2實驗器材、藥品和方法 1.2.1實驗器材721型分光光度計；TPT - 10C型托盤天平; TG328B型電光分析天平;加熱爐;容量瓶（1 〇〇〇 mL 4 個，500 mLl 個，250 mL6 個，100mL2 個）；燒杯、 玻璃若干、移液管若干;洗耳球;試管架;溫度計;注 射器(量程1 mL，最小刻度0.01 mL，用于移取微量 HPAM溶液）。

　　

　　1.2.2實驗藥品HPAM顆粒，相對分子質量1 200 x 104;冰乙酸 溶液，質量分數99. 5%，密度1.05 g/cm3; NaClO溶 液，質量分數16. 7% ,密度1. 1 g/cm3,有效氯質量 分數大于或等于10.0% ;A1C13 ? 6H20,無水NaCl, KC1, MgS04, CaCl2，Na2 C03，NaHC03，MgCl2 . 6 H2 0， 無水Na2S04等試劑均為AR級。

　　

　　1.2.3實驗方法配制實驗所需的試劑：1 〇〇〇 mg/L的HPAM溶 液，5 mol/L乙酸溶液，質量分數1.31 %的NaClO溶 液。用移液管移取適量HPAM溶液于250 mL的容 量瓶中，按實驗配比加人5 mol/L乙酸溶液，輕輕搖 勻，靜置1 ~2 min后，再加人1.31%的NaClO溶液 并搖勻。約25 min后沉淀反應完成，溶液產生混 濁。在一定條件下用721型可見分光光度計進行測 試。在1 cm比色皿中按質量濃度由小到大的順序 測其吸光度，并用空白溶液做參比（普通溶液為 HPAM 溶液 + 5 mol/L 乙酸溶液 + 1. 31% NaClO 溶 液，空白溶液為蒸餾水），每次測試都作對照組實 驗。根據所測數據繪制曲線，吸光度值與聚丙烯酰 胺的質量濃度呈線性關系。

　　

　　2結果分析2.1反應時間對吸光度的影響反應時間是指從加入NaClO開始直至測定吸 光度數值的時間差[3]。為確定反應時間與吸光度 的關系，進行了 2組實驗。首先從1 〇〇〇 mg/L的 HPAM溶液中分別取2,4 mL溶液加到2個250 mL 的容量瓶中，配得100 mg/L和200 mg/L的HPAM 溶液，搖勻，按 K(HPAM): K(CH3COOH): F (Na- 匚10)分別為2:2:3和1:1:1移取(：113〇)011溶液和 NaCK)溶液，待混合充分后，在波長430 nm時，每隔 5 min進行測試。結果見圖1。

　　

　　〇 L. I I I i I I I | | | | |0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 反應時間f/min圖1反應時間與吸光度的關系曲線隨著反應時間的延長，生成氯酸胺沉淀的量逐 漸增加，所以吸光度不斷增大。反應到25 min時， 吸光度隨反應時間的延長變化很小，說明此時反應 已經基本完成，其吸光度值保持恒定。故選擇25 min為最佳測試時間，可提高檢測效率。

　　

　　2.2波長對吸光度的影響在 F(HPAM): K(CH3COOH): F (NaCIO) =3: 1:2，HPAM質量濃度150mg/L的條件下，考察了波 長對吸光度的影響。首先用移液管移取9 mL HPAM母液到250 mL容量瓶中，再加51 mL蒸餾水 稀釋，搖勻。接著用不同的移液管移取5 mol/L CH3COOH 溶液 20 mL，加人到 150 mg/L HPAM 溶 液中，靜置;用不同的移液管移取1.31% NaCIO溶 液4〇 mL，充分振蕩使其混合均勻。待25 min后對 稱改變波長（每隔5 ~ 10 nm)進行測試。觀察到 470 rnn附近吸光度值最大，再隔2 ~5 nm具體細化 測量，結果見圖2。

　　

　　由圖2可見，隨著波長的增大，吸光度值也增 大，當波長在472 run時，反應體系吸光度值最大;波 長繼續增大，吸光度值呈下降趨勢。因此采用分光 光度計進行測試時，選擇最佳波長為472 nm。

　　

　　圖2波長與吸光度的關系曲線2.3測試溫度對吸光度的影響在波長 472 nm，F(HPAM): F(CH3COOH): F (NaCIO) =3: 1:2，HPAM 質量濃度 150 mg/L 的條 件下，反應25 min后測試配好的反應體系溶液（實 驗過程中注意溫度的控制）。先將裝有待測液的容 量瓶置于放有冰塊和水混合物的大燒杯中，同時用 溫度計測試燒杯內的水溶液溫度，待基本穩定后讀 數可以達到測試低溫8，12,18，19 T，迅速取出容量 瓶，將待測液倒人比色皿中，測得吸光度值;當溫度 上升到室溫時，再用加熱爐加熱盛水的燒杯，然后再 放入容量瓶，使其內裝的待測液升溫至23,25,27, 31當達到設定實驗溫度后，迅速測量，迅速讀數。結果見圖3。

　　

　　由圖3可見，隨著溫度的升高，吸光度呈下降的 趨勢。當溫度上升到約18 t時，吸光度值趨于穩 定;當溫度繼續升高至25 ^時，吸光度值又開始下 降。因此在18 ~ 25尤之間進行測試時，吸光度值基本不受溫度的影響。

　　

　　2.4礦化度對吸光度的影響油田注入、采出液都具有一定的礦化度，主要因 含有一價、二價和三價金屬離子。由于配好的待測 液為酸性，因此可判斷酸根離子如cr，sol， C〇t，HC(V對吸光度無影響。實驗中主要考慮一 價離子Na+ /K+、二價離子Mg2+ /Ca2+和三價Al3 + 對吸光度的影響。按油田礦化物組成配制4種地層 水[4]:臨南油田污水、紅崗油田清水、紅崗注入污 水、大慶四廠污水，見表1。

　　

　　表1油田礦化物組成mg/L化合物類型天 力1JNa2C03NaHC03NaClKC1CaCl2MgCl2Na2S04總礦化度臨南油田污水29.46132.4836 262.1837.725 313.031 118.35042 298.82紅崗油田清水0252.9415.02027.74102.8668.18466.74紅崗注人污水523.606 120.825 038.11081.02215.5083.8012 062.85大慶四廠污水265.092 737.781 250.20055.6110.3221.324 340.322.4.1Na+/K +對吸光度的影響配制質量濃度分別為100,120,450,1 000, 5 000, 10 000, 150 000 mg/L 的 Na+ 溶液，按 F (HPAM): V(CH3C00H): V (NaCIO) =1: 1: 1配制 反應體系溶液，待反應25 min后，在波長472 nm條 件下進行測試，結果見圖4 ( K +實驗略）。

　　

　　由圖4可見，隨著Na +濃度的升高，吸光度基本 不變，說明即使HPAM存在大量羧基，但在酸性條 件下基本不與Na+反應。而K+與Na+的性質相 近，因此得出結論，Na+，K +對吸光度基本無影響。 2_4.2 Ca2 + /Mg2 +對吸光度的影響按照2.4_1的實驗方法，分別配制質量濃度 10，30,50，100，500，1 000，2 000 mg/L 的 Ca2 + 溶液， 保持其他條件不變，測試結果見圖5 (Mg2+實驗 略）〇

　　

　　圖5 Ca2+質量濃度與吸光度和吸光度變化絕對值的 關系曲線由圖5可見，隨著Ca2+濃度的增加，吸光度值增 大，但變化幅度很小。而Mg2+與Ca2+的性質相近，由 此可見，Ca2+ ,Mg2+與HPAM的羧基雖有一定的結合 能力，但結合能力很弱，在酸性條件下不形成沉淀。

　　

　　2.4.3Al3 +對吸光度的影響配制質量濃度分別為30,60,80,90,100, 120 mg/L的Al3 +溶液。按相同的方法，保持其他條件 不變，改變HPAM溶液濃度，使其質量濃度為50, 80，10〇1116/[時分別進行測試。“3 +質量濃度與吸 光度值的關系曲線見圖6。

　　

　　-^P (HPAM) =50 mg/L實驗中發現，加入HPAM溶液后，立即產生白 色絮狀物，隨著Al3+濃度的增大，生成的絮狀物增 多，溶液渾濁度減小，越來越澄清。測試結果表明， 在HPAM質量濃度50 mg/L時，Al3+與HPAM雖然 反應形成了凝膠，但數量有限，不會產生凝膠沉淀， 吸光度值較小（見圖6)。而濁度法主要機理[5]是通 過測試沉淀的渾濁度來測定HPAM的質量濃度，所 以低濃度HPAM達不到實驗效果，應適當增大 HPAM的質量濃度。當Al3 +質量濃度大于80 mg/L 時，吸光度趨于穩定，這表明Al3+與HPAM結合生 成的凝膠已趨于穩定。

　　

　　2.5蒸餾水標準曲線繪制及檢測限確定在最佳檢測條件下，按照上述實驗步驟，先用移 液管移取適量1 〇〇〇 mg/L的HPAM母液，再加適量 蒸餾水稀釋到實驗所需濃度。對不同p (HPAM)的 試樣，按體積配比V(HPAM) : F(CH3COOH) : F (NaC10)Sl:l:l，l:3:3,2:3:4,2:2:5,2:5:5*3: 10:10分別進行測試。將測試結果中明顯偏離曲 線、不呈線性關系的點舍掉，通過回歸方程對數據進 行處理，繪制出蒸餾水標準曲線[4]，見圖7。

　　

　　由圖7可見，體積配比對測試結果有較大的影 響，體積配比不同，標準曲線中呈線性關系所對應的 P( HPAM)范圍也不同。

　　

　　根據蒸餾水標準曲線列出回歸吸光度與 p(HPAM)關系的表達式，即可在較寬質量濃度范圍 內對未知p( HPAM)的試樣進行檢測，根據表中的 回歸方程，可計算出p( HPAM)。標準曲線的數據 處理結果見表2。由表2可見，當F(HPAM): KCH3COOH): F (NaCIO) = 1: 1: 1 時線性關系最 好，適合微量分析，符合本實驗的要求。

　　

　　表2標準曲線的數據處理結果l/( HPAM) ： V( CH3 COOH) ： F (NaCIO)回歸方程p(HPAM)/(mg * L'1)相關因數相對平均誤 差1： 1： 1p = (4+0.004 9)/0.001 78 ?1000.997 90.002 391:3:3p = (A +0.007 4)/0.000 780 ?6000.991 60.005 362:3:4p = (A+0.002)/0.001 1100 - 6000.994 50.003 172:2:5p = (A+0.001 1 )/0.000 980 ?4000.997 40.002 552:5:5p = (A+0.069 7)/0.000 9200-7000.999 10.002 133:10:10p = (A+0.010 9)/0.000 540 ~ 6000.995 60.002 862.6不同水質在測定條件下對吸光度的影響 2.6.1蒸餾水和自來水對吸光度的影響前面已證明體積比K HPAM):以CH3COOH):V (NaClO)為1:1:1時線性關系最好，符合本實驗微 量分析的要求。現用自來水代替蒸餾水，依次測試 p(HPAM)S5,10,30,50,70,80，100，120，140mg/L 時反應體系溶液的吸光度。測試結果見圖8。

　　

　　圖8自來水和蒸餾水的標準曲線在自來水和蒸餾水2種水質條件下，隨著p( HPAM) 的增大，吸光度值均呈上升趨勢，但P(HPAM)相同 時，自來水條件下吸光度值比蒸餾水小些。可見自 來水中的礦化度離子與HPAM的羧基結合，對吸光 度造成一定的影響。

　　

　　2.6.2地層水對吸光度的影響自來水中雖然含有一定的礦化度，但還不能很 好地模擬實際油田地層水，不能更準確地分析地層 水對吸光度的影響。實驗中根據表1來配制以下4 種地層水：臨南油田污水、紅崗油田清水、紅崗油田 注入污水和大慶四廠污水。將1 000 mg/L的 HPAM原溶液分別用這4種地層水稀釋至所需的質 量濃度：5,10,30,50,70,80,100,120 mg/L,按體積 配比1:1:1，波長調至472 11111,待反應25 1^11后進 行測試。這4種不同地層水的標準曲線見圖9。

　　

　　不同水質對吸光度的影響不同，用臨南油田朽 水稀釋的HPAM溶液的吸光度變化最明顯，說明地 層水中礦化度含量越高，吸光度的變化值越大。紅 崗油田污水和清水相比較，污水中礦化度含量較高， 相比清水吸光度變化值較大，而紅崗油田清水基本 上對吸光度無影響。

　　

　　3結論1)采用濁度法檢測聚丙烯酰胺質量濃度的最 佳測試條件是：反應時間25 min，波長472 nm，溫度 在18~25丈之間。

　　

　　2)地層水中礦化度越高，吸光度的變化值越 大。一價金屬離子Na+，K+和二價金屬離子Mg2+, Ca2 +對測試結果基本無影響，而三價A13 +對吸光度 有很大的影響，當P( A13 +)大于80 mg/L時，吸光度 值趨于穩定。

　　

　　3)在最佳測試條件下用蒸餾水稀釋，將HPAM， CH3COOH和NaCIO溶液按不同配比反應，反應體 系的濁度值與HPAM的質量濃度呈一定的線性關 系，繪制出的蒸餾水標準曲線即可測試出未知試樣 的p(HPAM)。用于實驗微量分析HPAM的質量濃 度所篩選出來的最佳比例是^ ( HPAM ): F(CH3C00H)： V (NaCIO) =1：1：1〇

　　

　　4)不同水質對吸光度的測定有一定的影響。 隨著p (HPAM)的遞增，蒸餾水、自來水、地層水這3 種水質條件下的吸光度值依次遞減;對于油田地層 水，礦化度越高，吸光度的變化值越大。為了更準確 地檢測油田注人、采出液中p (HPAM),往往通過模 擬實測水樣配制反應體系溶液來進行測定。

　　

　　5)濁度法操作簡單、測試范圍寬、重現性好，適 用于實驗室研究，也適用于實際油田注人、采出液中 聚合物質量濃度的分析及檢測。

　　

　　6)濁度法所需繪制的標準曲線較多，故容易受 到實驗誤差的影響，因此，選擇更好的方案來減小礦 化度對HPAM質量濃度測定的影響成為今后研究 急需解決的問題。