穩(wěn)定劑對污水聚合物溶液性質(zhì)的影響研究

張慶斌（中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712）

隨著大慶油田聚合物驅(qū)工業(yè)化應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，淡水資源日趨緊張，大量采出污水又缺乏經(jīng)濟(jì)和有效的處理方法，給油田正常生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)帶來極大壓力。因此，污水聚合物驅(qū)是聚合物驅(qū)油技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。與淡水相比較，污水不僅礦化度高，而且多含厭氧細(xì)菌硫酸還原菌。硫酸還原菌可以在油藏和地面處理系統(tǒng)中繁殖，這不僅堵塞地層，同時(shí)也會引起聚合物降解，造成聚合物溶液黏度下降，進(jìn)而影響聚合物溶液流度控制能力和調(diào)驅(qū)效果［1－3］。近年來，隨著污水聚合物驅(qū)應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，改善污水聚合物溶液黏度穩(wěn)定性研究愈來愈受到重視。

污水聚合物溶液黏度穩(wěn)定性研究已有文獻(xiàn)報(bào)道［4－9］，但研究工作多在暴氧環(huán)境中進(jìn)行的，沒有考慮氧本身以及它對穩(wěn)定劑作用效果的影響。此外，穩(wěn)定劑對聚合物溶液穩(wěn)定性影響評價(jià)主要采用黏度指標(biāo)，沒有涉及對聚合物溶液滲流特性的影響。為此，筆者借助于厭氧和物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置以及理論分析方法，就穩(wěn)定劑對污水聚合物溶液黏度穩(wěn)定性和滲流特性影響進(jìn)行了研究，并就厭、暴氧環(huán)境和剪切作用對穩(wěn)定劑作用效果影響進(jìn)行了分析。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料

聚合物選用中石油大慶煉化公司生產(chǎn) “中分”、“超高”、“寬分”和 “低分”等4種部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），其固含量依次為89.53%、88.80%、89.54%和89.77%。試驗(yàn)用水為注水站污水、油井采出液分離污水（在厭氧條件下完成取樣、油水分離和聚合物溶液配制和黏度測試等），污水總礦化度為4022.89mg/L，其水質(zhì)數(shù)據(jù)如表1所示。穩(wěn)定劑有效含量5.6%。

表1 試驗(yàn)用污水水質(zhì)數(shù)據(jù)

1.2 儀器

BACTRON ANAEROBIC CHAMBER BACTRON 1.5型厭氧室、HJ-6型多頭磁力攪拌器、TC-201型布氏黏度計(jì)、電子天平、燒杯和試管等。試驗(yàn)溫度為45℃。

1.3 方案設(shè)計(jì)

①厭、暴氧條件對穩(wěn)定劑作用效果影響研究；②在厭氧條件下，剪切作用對穩(wěn)定劑作用效果影響研究；③在暴氧條件下，穩(wěn)定劑對聚合物溶液滲流特性影響研究。

2 結(jié)果分析

2.1 厭、暴氧條件對穩(wěn)定劑作用效果影響

在厭、暴氧條件下，分別配制濃度為1000mg/L的聚合物溶液和聚合物濃度為1000mg/L、穩(wěn)定劑濃度為120mg/L的聚合物溶液，溶液黏度與時(shí)間關(guān)系測試結(jié)果見表2和表3。從表2和表3可以看出，聚合物溶液黏度穩(wěn)定性即黏度保留率受到厭暴氧條件、穩(wěn)定劑和聚合物種類的影響，穩(wěn)定劑和暴氧作用都可以改善聚合物溶液黏度穩(wěn)定性。在相同厭、暴氧條件下，第30d時(shí)“聚合物＋穩(wěn)定劑”溶液的黏度保留率要高于聚合物溶液。此外，無論是 “聚合物＋穩(wěn)定劑”溶液還是聚合物溶液，暴氧條件下的黏度保留率都要高于厭氧條件下的保留率，即暴氧條件下穩(wěn)定劑作用效果要好于厭氧條件下的作用效果。由此可見，礦場實(shí)際應(yīng)用效果要比室內(nèi)實(shí)驗(yàn)效果差，其原因在于礦場配制和輸送污水聚合物溶液過程是密閉厭氧的。

2.2 剪切作用對穩(wěn)定劑作用效果影響

在厭氧條件下，采用大慶 “中分”聚合物分別配制濃度為1000mg/L的聚合物溶液和聚合物濃度為1000mg/L、穩(wěn)定劑濃度為120mg/L的 “聚合物＋穩(wěn)定劑”溶液，對2種溶液進(jìn)行等強(qiáng)度剪切作用，然后連續(xù)檢測溶液黏度，結(jié)果見表4。從表4可以看出，剪切作用對于穩(wěn)定劑的作用效果幾乎沒有影響。第30d時(shí)，受到剪切作用 “聚合物＋穩(wěn)定劑”溶液的黏度保留率為47.3%，未剪切的為49%，二者僅差1.7%。由此可見，礦場配制和輸送污水聚合物溶液過程中的剪切作用對穩(wěn)定劑作用效果影響不大。

2.3 穩(wěn)定劑對污水聚合物溶液吸附特性影響

將大慶 “中分”和 “超高”聚合物與油田污水和穩(wěn)定劑配制成聚合物溶液，其中穩(wěn)定劑濃度為120mg/L，聚合物為1000mg/L。聚合物溶液在天然巖心上的動吸附量測試結(jié)果見表5。從表5可以看出：①穩(wěn)定劑可以增大聚合物在天然巖心上的動吸附量；②聚合物相對分子質(zhì)量對動吸附量存在影響，“超高”聚合物的動吸附量較 “中分”聚合物的大。

表2 暴氧條件下穩(wěn)定劑黏度與時(shí)間關(guān)系測試數(shù)據(jù)

表3 厭氧條件下穩(wěn)定劑黏度與時(shí)間關(guān)系測試數(shù)據(jù)

表4 剪切作用對穩(wěn)定劑作用效果影響

2.4 穩(wěn)定劑對污水聚合物溶液滲流特性影響

將大慶 “中分”和 “超高”聚合物與油田污水和穩(wěn)定劑配制成聚合物溶液，其中穩(wěn)定劑濃度為120mg/L，聚合物為1000mg/L。聚合物溶液阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)測試結(jié)果見表6。從表6可以看出：①穩(wěn)定劑對聚合物溶液滲流特性存在影響，添加穩(wěn)定劑的聚合物溶液阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)較未加穩(wěn)定劑的大；②聚合物相對分子質(zhì)量對聚合物溶液滲流特性存在影響，“超高”聚合物溶液的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)較 “中分”聚合物溶液的大。

表5 聚合物動吸附量測試結(jié)果

表6 阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)測試結(jié)果

巖心流動試驗(yàn)過程中 “中分”和 “超高”聚合物注入壓力與PV（孔隙體積倍數(shù)）數(shù)關(guān)系曲線如圖1所示。從圖1可以看出，在巖心流動試驗(yàn)過程中，對于相同相對分子質(zhì)量聚合物溶液，添加穩(wěn)定劑的注入壓力要高于未添加穩(wěn)定劑的值，“超高”聚合物溶液的注入壓力要高于 “中分”聚合物溶液的注入壓力。由此可見，穩(wěn)定劑可以增大聚合物溶液的滲流阻力，有利于改善聚合物溶液的流度控制能力和提高聚合物驅(qū)的增油效果。

圖1 壓力與PV數(shù)關(guān)系曲線

3 結(jié)論

1）穩(wěn)定劑可以改善污水聚合物溶液黏度穩(wěn)定性。

2）穩(wěn)定劑在暴氧環(huán)境中對污水聚合物溶液黏度穩(wěn)定作用效果要好于厭氧環(huán)境中的作用效果。

3）穩(wěn)定劑可以增加污水聚合物溶液滲流阻力，改善污水聚合物溶液的流度控制能力和提高聚合物驅(qū)增油效果。

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［編輯］ 洪云飛