聚丙烯酰胺（HPAM)是一类多功能的油田化学 处理剂，广泛应用于石油开采的钻井、堵水调剖和三 次采油领域中。聚丙烯酰胺水溶液具有较高的黏 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。聚合物驱油技术[1]中，常常 要测定采出液中HPAM的质量浓度，判断聚合物溶 液的流动和降解情况，从而判断驱油效率[2]。因 此，HPAM的浓度检测，是聚合物驱油技术中最基本 的问题和重要环节，它的准确测定，无论对室内研究 或矿场试验都具有重要的理论和实用价值。

　　

　　HPAM浓度分析技术发展较快，目前测定聚丙 烯酰胺质量浓度的方法很多，其中浊度法测量范围 广，操作过程易于控制，并且测量准确，干扰因 素少。

　　

　　1浊度法实验1.1实验原理浊度法测定聚丙烯酰胺质量浓度是利用冰乙酸 与次氯酸钠反应生成Cl2, Cl2再与HPAM反应生成 不溶性氯酸胺使溶液变浑浊，用分光光度计测得的 吸光度值与HPAM的质量浓度呈线性关系。同时， 可从预先绘制的标准工作曲线上查出或由回归直线 方程计算出所测溶液中HPAM的质量浓度[2]。反 应式如下：2NaC10 +2CH3COOH —? Cl2 + 2CH3COONa + H20 + y0200IIIIR—C—NH2 + Cl2 ——-R—C—NHC1 + HC1 1.2实验器材、药品和方法 1.2.1实验器材721型分光光度计；TPT - 10C型托盘天平; TG328B型电光分析天平;加热炉;容量瓶（1 〇〇〇 mL 4 个，500 mLl 个，250 mL6 个，100mL2 个）；烧杯、 玻璃若干、移液管若干;洗耳球;试管架;温度计;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实验药品HPAM颗粒，相对分子质量1 200 x 104;冰乙酸 溶液，质量分数99. 5%，密度1.05 g/cm3; NaClO溶 液，质量分数16. 7% ,密度1. 1 g/cm3,有效氯质量 分数大于或等于10.0% ;A1C13 ? 6H20,无水NaCl, KC1, MgS04, CaCl2，Na2 C03，NaHC03，MgCl2 . 6 H2 0， 无水Na2S04等试剂均为AR级。

　　

　　1.2.3实验方法配制实验所需的试剂：1 〇〇〇 mg/L的HPAM溶 液，5 mol/L乙酸溶液，质量分数1.31 %的NaClO溶 液。用移液管移取适量HPAM溶液于250 mL的容 量瓶中，按实验配比加人5 mol/L乙酸溶液，轻轻摇 匀，静置1 ~2 min后，再加人1.31%的NaClO溶液 并摇匀。约25 min后沉淀反应完成，溶液产生混 浊。在一定条件下用721型可见分光光度计进行测 试。在1 cm比色皿中按质量浓度由小到大的顺序 测其吸光度，并用空白溶液做参比（普通溶液为 HPAM 溶液 + 5 mol/L 乙酸溶液 + 1. 31% NaClO 溶 液，空白溶液为蒸馏水），每次测试都作对照组实 验。根据所测数据绘制曲线，吸光度值与聚丙烯酰 胺的质量浓度呈线性关系。

　　

　　2结果分析2.1反应时间对吸光度的影响反应时间是指从加入NaClO开始直至测定吸 光度数值的时间差[3]。为确定反应时间与吸光度 的关系，进行了 2组实验。首先从1 〇〇〇 mg/L的 HPAM溶液中分别取2,4 mL溶液加到2个250 mL 的容量瓶中，配得100 mg/L和200 mg/L的HPAM 溶液，摇匀，按 K(HPAM): K(CH3COOH): F (Na- 匚10)分别为2:2:3和1:1:1移取(：113〇)011溶液和 NaCK)溶液，待混合充分后，在波长430 nm时，每隔 5 min进行测试。结果见图1。

　　

　　〇 L. I I I i I I I | | | | |0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 反应时间f/min图1反应时间与吸光度的关系曲线随着反应时间的延长，生成氯酸胺沉淀的量逐 渐增加，所以吸光度不断增大。反应到25 min时， 吸光度随反应时间的延长变化很小，说明此时反应 已经基本完成，其吸光度值保持恒定。故选择25 min为最佳测试时间，可提高检测效率。

　　

　　2.2波长对吸光度的影响在 F(HPAM): K(CH3COOH): F (NaCIO) =3: 1:2，HPAM质量浓度150mg/L的条件下，考察了波 长对吸光度的影响。首先用移液管移取9 mL HPAM母液到250 mL容量瓶中，再加51 mL蒸馏水 稀释，摇匀。接着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，静置;用不同的移液管移取1.31% NaCIO溶 液4〇 mL，充分振荡使其混合均匀。待25 min后对 称改变波长（每隔5 ~ 10 nm)进行测试。观察到 470 rnn附近吸光度值最大，再隔2 ~5 nm具体细化 测量，结果见图2。

　　

　　由图2可见，随着波长的增大，吸光度值也增 大，当波长在472 run时，反应体系吸光度值最大;波 长继续增大，吸光度值呈下降趋势。因此采用分光 光度计进行测试时，选择最佳波长为472 nm。

　　

　　图2波长与吸光度的关系曲线2.3测试温度对吸光度的影响在波长 472 nm，F(HPAM): F(CH3COOH): F (NaCIO) =3: 1:2，HPAM 质量浓度 150 mg/L 的条 件下，反应25 min后测试配好的反应体系溶液（实 验过程中注意温度的控制）。先将装有待测液的容 量瓶置于放有冰块和水混合物的大烧杯中，同时用 温度计测试烧杯内的水溶液温度，待基本稳定后读 数可以达到测试低温8，12,18，19 T，迅速取出容量 瓶，将待测液倒人比色皿中，测得吸光度值;当温度 上升到室温时，再用加热炉加热盛水的烧杯，然后再 放入容量瓶，使其内装的待测液升温至23,25,27, 31当达到设定实验温度后，迅速测量，迅速读数。结果见图3。

　　

　　由图3可见，随着温度的升高，吸光度呈下降的 趋势。当温度上升到约18 t时，吸光度值趋于稳 定;当温度继续升高至25 ^时，吸光度值又开始下 降。因此在18 ~ 25尤之间进行测试时，吸光度值基本不受温度的影响。

　　

　　2.4矿化度对吸光度的影响油田注入、采出液都具有一定的矿化度，主要因 含有一价、二价和三价金属离子。由于配好的待测 液为酸性，因此可判断酸根离子如cr，sol， C〇t，HC(V对吸光度无影响。实验中主要考虑一 价离子Na+ /K+、二价离子Mg2+ /Ca2+和三价Al3 + 对吸光度的影响。按油田矿化物组成配制4种地层 水[4]:临南油田污水、红岗油田清水、红岗注入污 水、大庆四厂污水，见表1。

　　

　　表1油田矿化物组成mg/L化合物类型天 力1JNa2C03NaHC03NaClKC1CaCl2MgCl2Na2S04总矿化度临南油田污水29.46132.4836 262.1837.725 313.031 118.35042 298.82红岗油田清水0252.9415.02027.74102.8668.18466.74红岗注人污水523.606 120.825 038.11081.02215.5083.8012 062.85大庆四厂污水265.092 737.781 250.20055.6110.3221.324 340.322.4.1Na+/K +对吸光度的影响配制质量浓度分别为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 反应体系溶液，待反应25 min后，在波长472 nm条 件下进行测试，结果见图4 ( K +实验略）。

　　

　　由图4可见，随着Na +浓度的升高，吸光度基本 不变，说明即使HPAM存在大量羧基，但在酸性条 件下基本不与Na+反应。而K+与Na+的性质相 近，因此得出结论，Na+，K +对吸光度基本无影响。 2_4.2 Ca2 + /Mg2 +对吸光度的影响按照2.4_1的实验方法，分别配制质量浓度 10，30,50，100，500，1 000，2 000 mg/L 的 Ca2 + 溶液， 保持其他条件不变，测试结果见图5 (Mg2+实验 略）〇

　　

　　图5 Ca2+质量浓度与吸光度和吸光度变化绝对值的 关系曲线由图5可见，随着Ca2+浓度的增加，吸光度值增 大，但变化幅度很小。而Mg2+与Ca2+的性质相近，由 此可见，Ca2+ ,Mg2+与HPAM的羧基虽有一定的结合 能力，但结合能力很弱，在酸性条件下不形成沉淀。

　　

　　2.4.3Al3 +对吸光度的影响配制质量浓度分别为30,60,80,90,100, 120 mg/L的Al3 +溶液。按相同的方法，保持其他条件 不变，改变HPAM溶液浓度，使其质量浓度为50, 80，10〇1116/[时分别进行测试。“3 +质量浓度与吸 光度值的关系曲线见图6。

　　

　　-^P (HPAM) =50 mg/L实验中发现，加入HPAM溶液后，立即产生白 色絮状物，随着Al3+浓度的增大，生成的絮状物增 多，溶液浑浊度减小，越来越澄清。测试结果表明， 在HPAM质量浓度50 mg/L时，Al3+与HPAM虽然 反应形成了凝胶，但数量有限，不会产生凝胶沉淀， 吸光度值较小（见图6)。而浊度法主要机理[5]是通 过测试沉淀的浑浊度来测定HPAM的质量浓度，所 以低浓度HPAM达不到实验效果，应适当增大 HPAM的质量浓度。当Al3 +质量浓度大于80 mg/L 时，吸光度趋于稳定，这表明Al3+与HPAM结合生 成的凝胶已趋于稳定。

　　

　　2.5蒸馏水标准曲线绘制及检测限确定在最佳检测条件下，按照上述实验步骤，先用移 液管移取适量1 〇〇〇 mg/L的HPAM母液，再加适量 蒸馏水稀释到实验所需浓度。对不同p (HPAM)的 试样，按体积配比V(HPAM) : F(CH3COOH) : F (NaC10)Sl:l:l，l:3:3,2:3:4,2:2:5,2:5:5*3: 10:10分别进行测试。将测试结果中明显偏离曲 线、不呈线性关系的点舍掉，通过回归方程对数据进 行处理，绘制出蒸馏水标准曲线[4]，见图7。

　　

　　由图7可见，体积配比对测试结果有较大的影 响，体积配比不同，标准曲线中呈线性关系所对应的 P( HPAM)范围也不同。

　　

　　根据蒸馏水标准曲线列出回归吸光度与 p(HPAM)关系的表达式，即可在较宽质量浓度范围 内对未知p( HPAM)的试样进行检测，根据表中的 回归方程，可计算出p( HPAM)。标准曲线的数据 处理结果见表2。由表2可见，当F(HPAM): KCH3COOH): F (NaCIO) = 1: 1: 1 时线性关系最 好，适合微量分析，符合本实验的要求。

　　

　　表2标准曲线的数据处理结果l/( HPAM) ： V( CH3 COOH) ： F (NaCIO)回归方程p(HPAM)/(mg * L'1)相关因数相对平均误 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不同水质在测定条件下对吸光度的影响 2.6.1蒸馏水和自来水对吸光度的影响前面已证明体积比K HPAM):以CH3COOH):V (NaClO)为1:1:1时线性关系最好，符合本实验微 量分析的要求。现用自来水代替蒸馏水，依次测试 p(HPAM)S5,10,30,50,70,80，100，120，140mg/L 时反应体系溶液的吸光度。测试结果见图8。

　　

　　图8自来水和蒸馏水的标准曲线在自来水和蒸馏水2种水质条件下，随着p( HPAM) 的增大，吸光度值均呈上升趋势，但P(HPAM)相同 时，自来水条件下吸光度值比蒸馏水小些。可见自 来水中的矿化度离子与HPAM的羧基结合，对吸光 度造成一定的影响。

　　

　　2.6.2地层水对吸光度的影响自来水中虽然含有一定的矿化度，但还不能很 好地模拟实际油田地层水，不能更准确地分析地层 水对吸光度的影响。实验中根据表1来配制以下4 种地层水：临南油田污水、红岗油田清水、红岗油田 注入污水和大庆四厂污水。将1 000 mg/L的 HPAM原溶液分别用这4种地层水稀释至所需的质 量浓度：5,10,30,50,70,80,100,120 mg/L,按体积 配比1:1:1，波长调至472 11111,待反应25 1^11后进 行测试。这4种不同地层水的标准曲线见图9。

　　

　　不同水质对吸光度的影响不同，用临南油田朽 水稀释的HPAM溶液的吸光度变化最明显，说明地 层水中矿化度含量越高，吸光度的变化值越大。红 岗油田污水和清水相比较，污水中矿化度含量较高， 相比清水吸光度变化值较大，而红岗油田清水基本 上对吸光度无影响。

　　

　　3结论1)采用浊度法检测聚丙烯酰胺质量浓度的最 佳测试条件是：反应时间25 min，波长472 nm，温度 在18~25丈之间。

　　

　　2)地层水中矿化度越高，吸光度的变化值越 大。一价金属离子Na+，K+和二价金属离子Mg2+, Ca2 +对测试结果基本无影响，而三价A13 +对吸光度 有很大的影响，当P( A13 +)大于80 mg/L时，吸光度 值趋于稳定。

　　

　　3)在最佳测试条件下用蒸馏水稀释，将HPAM， CH3COOH和NaCIO溶液按不同配比反应，反应体 系的浊度值与HPAM的质量浓度呈一定的线性关 系，绘制出的蒸馏水标准曲线即可测试出未知试样 的p(HPAM)。用于实验微量分析HPAM的质量浓 度所筛选出来的最佳比例是^ ( HPAM ): F(CH3C00H)： V (NaCIO) =1：1：1〇

　　

　　4)不同水质对吸光度的测定有一定的影响。 随着p (HPAM)的递增，蒸馏水、自来水、地层水这3 种水质条件下的吸光度值依次递减;对于油田地层 水，矿化度越高，吸光度的变化值越大。为了更准确 地检测油田注人、采出液中p (HPAM),往往通过模 拟实测水样配制反应体系溶液来进行测定。

　　

　　5)浊度法操作简单、测试范围宽、重现性好，适 用于实验室研究，也适用于实际油田注人、采出液中 聚合物质量浓度的分析及检测。

　　

　　6)浊度法所需绘制的标准曲线较多，故容易受 到实验误差的影响，因此，选择更好的方案来减小矿 化度对HPAM质量浓度测定的影响成为今后研究 急需解决的问题。