渤海灣注聚油田聚合物降解和保粘工藝

盧大艷，白 俊，唐勁松

（ 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

聚丙烯酰胺是聚合物驅(qū)油中應(yīng)用最為普遍的聚合物，它對(duì)剪切降解比較敏感，當(dāng)其溶液流動(dòng)時(shí)，所受的剪切應(yīng)力增大至足以使聚丙烯酰胺分子鏈斷裂時(shí)，它將產(chǎn)生機(jī)械降解[1]。聚合物溶液粘度受配聚水和稀釋水的礦化度、溫度、鐵離子含量的影響較大，同時(shí)在注入過程中還存在著微生物降解。

通過對(duì)渤海灣綏中36-1 油田、錦州9-3 油田和旅大10-1 油田連續(xù)取樣化驗(yàn)分析，開展了聚合物干粉質(zhì)量現(xiàn)場檢驗(yàn)，地面配注各階段聚合物溶液降解檢測，配聚水和稀釋水水質(zhì)化驗(yàn)等一系列的調(diào)查研究工作，研究了氧化劑對(duì)聚合物的降解作用， 采取了改進(jìn)地面配注工藝、研發(fā)保粘新技術(shù)、投加鐵離子抑制劑、加強(qiáng)現(xiàn)場生產(chǎn)管理等一系列有效措施， 較大幅度地提高了聚合物溶液粘度，得到了一致的結(jié)論和認(rèn)識(shí)。

1 聚合物干粉質(zhì)量檢驗(yàn)和性能評(píng)價(jià)

渤海灣聚驅(qū)采用的聚合物干粉有三種。 改性聚合物應(yīng)用于綏中36-1 油田，耐溫抗鹽聚合物應(yīng)用于旅大10-1 油田，法國愛森聚合物應(yīng)用于錦州9-3 油田。 通過對(duì)這三種聚合物干粉進(jìn)行質(zhì)量檢測， 重點(diǎn)考察其抗剪切性能。

1.1 聚合物干粉質(zhì)量檢驗(yàn)

表1 檢測試驗(yàn)結(jié)果表明： 改性聚合物有小批次粒度超標(biāo)， 可能由于聚合物產(chǎn)品在造粒過程中存在問題或在運(yùn)輸過程中受潮； 耐溫抗鹽聚合物各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到要求；愛森聚合物粘度稍低于控制指標(biāo)要求。

1.2 抗剪切性能評(píng)價(jià)

1.2.1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià) 表2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，不同油田采用不同類型的聚合物干粉， 在抗剪切性能方面愛森聚合物優(yōu)于耐溫抗鹽聚合物和改性聚合物。1.2.2 現(xiàn)場評(píng)價(jià)聚合物溶液在注聚泵前泵后粘度保留率 表3 現(xiàn)場泵前泵后粘度檢測結(jié)果表明： 在粘度平均保留率方面愛森聚合物最優(yōu)，改性聚合物次之，耐溫抗鹽聚合物最差，與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不盡相同。

2 配聚水和稀釋水水質(zhì)變化對(duì)聚合物溶液粘度的影響

配聚水和稀釋水水質(zhì)變化對(duì)溶液粘度的影響，主要體現(xiàn)在礦化度、溶解氧、金屬離子、生物細(xì)菌、H2S、pH 值和溫度等因素方面。由于海上油田地理?xiàng)l件的限制， 缺乏淡水，SZ36-1 油田現(xiàn)場配制聚合物母液低壓水樣主要由水源井提供， 稀釋目標(biāo)液為水源井與油田產(chǎn)出污水混配后的高壓水[2]。 下面以綏中36-1 油田現(xiàn)場配聚用水和稀釋水取樣化驗(yàn)分析，結(jié)果（ 見表4）。

表1 三種聚合物干粉質(zhì)量檢測試驗(yàn)結(jié)果

表2 三種聚合物抗剪切性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果

表3 三種聚合物泵前后粘度檢測試驗(yàn)結(jié)果（ 濃度5 000 mg/L）

表4 配聚水和稀釋水分析結(jié)果

2.1 礦化度對(duì)聚合物溶液粘度的影響

以綏中36-1 油田采用改性聚合物為例，從圖1 可以看出，隨著礦化度的增大，聚合物溶液粘度呈下降趨勢。 而且聚合物濃度越高，隨著礦化度的增大，聚合物溶液粘度下降的幅度越小。礦化度范圍在2 000 mg/L～30 000 mg/L、聚合物濃度為1 000 mg/L 時(shí)，粘度下降幅度達(dá)到69.1 %；濃度為1 500 mg/L 時(shí)，粘度下降幅度達(dá)35.4 %；濃度為1 750 mg/L 時(shí)，粘度下降幅度僅為10.1 %。

圖1 新型改性聚合物粘度-礦化度關(guān)系圖

當(dāng)現(xiàn)場配聚水和稀釋水礦化度小于10 000 mg/L時(shí)，濃度選擇1 750 mg/L，聚合物溶液粘度有一定程度的損失。

圖2 錦州9-3 油田生產(chǎn)水處理流程各節(jié)點(diǎn)水樣配制的聚合物粘度檢測結(jié)果

2.2 殺菌劑及清污混注藥劑對(duì)聚合物溶液粘度的影響

海上注聚油田配聚用水普遍采用經(jīng)過處理的水源井水和生產(chǎn)污水混配而成。 水源井水和生產(chǎn)污水處理過程中都加入了殺菌劑和ClO2強(qiáng)氧化劑，這對(duì)聚合物溶液粘度造成了較大影響。 從油田生產(chǎn)水處理流程各節(jié)點(diǎn)取水樣配制的聚合物溶液，其粘度呈下降趨勢，最大粘度保留率為34 %。以錦州9-3 油田生產(chǎn)水處理流程各節(jié)點(diǎn)取水樣配制聚合物溶液為例（ 見圖2）。

2.3 鐵離子對(duì)聚合物溶液粘度的影響

對(duì)油田配聚水和稀釋水鐵離子進(jìn)行現(xiàn)場檢測，配聚水Fe2+和總鐵含量均大于2.0 mg/L，稀釋水Fe2+和總鐵含量均小于0.5 mg/L（ 見表5）。

表5 綏中36-1 油田配聚水狀況

表6 配聚水中含F(xiàn)e2+對(duì)聚合物溶液粘度的影響

配聚水Fe2+和總鐵含量超標(biāo)， 達(dá)到2.18 mg/L 和2.36 mg/L。 取不同聚合物進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)， 結(jié)果表明，當(dāng)Fe2+的含量大于0.5 mg/L 時(shí)，對(duì)聚合物溶液粘度影響很大。 這是因?yàn)槿芤褐泻械腇e2+遇到溶解在水中的氧氣，發(fā)生二次氧化反應(yīng)，產(chǎn)生的·OH 自由基攻擊聚合物分子主鏈，造成聚合物分子主鏈斷裂，從而使粘度下降。 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（ 見表6）。

溶液中的Fe2+會(huì)對(duì)聚合物產(chǎn)生降解作用， 導(dǎo)致聚合物粘度損失。 實(shí)驗(yàn)研究得出：當(dāng)Fe2+＞0.5 mg/L 時(shí)，聚合物分子鏈發(fā)生降解、相對(duì)分子質(zhì)量保留率小于95 %。當(dāng)Fe2+濃度達(dá)2.0 mg/L 時(shí)， 聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的降解率接近30 %。 現(xiàn)場取樣化驗(yàn)結(jié)果表明，由于平臺(tái)配聚水由水源井水和生產(chǎn)污水混配而成， 因此從聚合物溶液長期穩(wěn)定性考慮，配聚水必須采取除鐵措施，以消除其對(duì)聚合物溶液粘度的影響。

3 地面配注工藝對(duì)聚合物溶液剪切降解的影響

聚合物溶液配注工藝是聚合物驅(qū)油的關(guān)鍵技術(shù)之一。為了達(dá)到良好的驅(qū)油效果和經(jīng)濟(jì)效益，在聚合物溶液配注過程中尤其要注重對(duì)粘度損失的研究[3]。海上油田聚合物溶液地面配制和注入工藝流程（ 見圖3）。

對(duì)綏中36-1 油田CEPK 平臺(tái)注聚各流程段進(jìn)行多次取樣化驗(yàn)，檢測在同一濃度、溫度和工作環(huán)境下，溶液粘度保留情況，主要檢測點(diǎn)有：熟化器撬出口、喂入泵撬進(jìn)出口、過濾器撬進(jìn)出口、注聚泵撬進(jìn)出口?，F(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)表明，注聚泵出口聚合物溶液粘度對(duì)比熟化器出口粘度，整個(gè)熟化配注系統(tǒng)粘度保留率為85.35 %，檢測數(shù)據(jù)（ 見表7）。

4 保粘工藝技術(shù)研究和應(yīng)用效果

針對(duì)聚合物驅(qū)注入過程中影響聚合物溶液粘度的諸多因素，進(jìn)行了保粘工藝技術(shù)研究和現(xiàn)場應(yīng)用，取得了明顯的效果。

圖3 地面配注工藝流程示意圖

表7 配注過程中各流程段降解數(shù)據(jù)

4.1 加強(qiáng)聚合物干粉質(zhì)量檢驗(yàn)，確保干粉質(zhì)量

從聚合物干粉質(zhì)量檢驗(yàn)入手， 加強(qiáng)碼頭庫房聚合物陸地質(zhì)量檢驗(yàn)，及時(shí)反饋信息；同時(shí)在海上平臺(tái)現(xiàn)場實(shí)施過程中加強(qiáng)抽檢和第三方檢測。

4.2 注入Fe2+抑制劑，改善聚合物粘度

配聚水Fe2+含量嚴(yán)重超標(biāo)， 是引起聚合物粘度大幅降低的重要因素之一。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究表明：通過加入鐵離子抑制劑如EDTA、檸檬酸鈉[3]等，能夠很大程度上抑制Fe2+活性， 達(dá)到提高聚合物粘度的作用。 綏中36-1 油田現(xiàn)場使用效果表明，檸檬酸鈉鐵離子抑制劑能有效降低Fe2+濃度，聚合物母液、井口目標(biāo)液粘度有明顯提高，提高值大于10 %。

4.3 采用合適的清污水混合來配制聚合物母液

清污水混配比例對(duì)聚合物粘度影響較大。 現(xiàn)場實(shí)際配比結(jié)果表明，當(dāng)清水污水比例低于25 %時(shí)，溶液粘度很低。 隨著清水比例增加，溶液粘度也相應(yīng)提高。當(dāng)清污水比例在1：1 時(shí)，溶液粘度達(dá)到最大值。 之后，隨著清水比例的增加，溶液粘度則有一定程度的降低。

4.4 加強(qiáng)現(xiàn)場生產(chǎn)管理，提高混注濃度合格率

針對(duì)現(xiàn)場混注濃度低和均勻度不夠的問題， 加強(qiáng)現(xiàn)場生產(chǎn)管理， 提高配注合格率并定期對(duì)計(jì)量儀表進(jìn)行校核，將不合格的計(jì)量儀表進(jìn)行維修和更換，保證濃度合格率在98 %以上，提高聚合物溶液粘度穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

（ 1）聚合物干粉質(zhì)量是影響聚合物溶液粘度的關(guān)鍵，直接制約聚合物驅(qū)試驗(yàn)的效果，因此需要加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量和第三方檢驗(yàn)。

（ 2）配聚水和稀釋水的水質(zhì)變化對(duì)聚合物粘度影響較大。 配聚水Fe2+含量超標(biāo)，稀釋水含油和懸浮物固體含量超標(biāo)。 因此，需要采取配套措施，如加入鐵離子抑制劑、降低含油和懸浮物含量，改善水質(zhì)，保證入井粘度。

（ 3）采取最佳的清污水混配比例（ 1：1），有利于提高聚合物溶液粘度，從而大大提高聚合物干粉使用效率。

（ 4）地面配注工藝中，高效熟化器的均勻熟化、注聚泵的高壓剪切是提高系統(tǒng)粘度保留率的關(guān)鍵點(diǎn)因素。

［ 1］ 王翠麗.礦場聚合物注入節(jié)點(diǎn)粘度損失分析［ J］.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012，（ 1）：292.

［ 2］ 王成勝，黃波，易飛，等.渤海綏中36-1 油田締合聚合物黏度損失研究［ J］.石油鉆采工藝，2010，32（ 5）：82-85.

［ 3］ 李杰訓(xùn)，張偉，蘆維年，等.聚合物溶液配注過程中的粘度損失［ J］.石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2000，11（ 2）：22-24.