聚/表二元體系配制用水水質(zhì)優(yōu)化研究

陳　聰，唐洪明，韓麗娟，崔丹丹，嚴(yán)　曦

聚/表二元體系配制用水水質(zhì)優(yōu)化研究

陳聰1，2，唐洪明2*，韓麗娟2，崔丹丹3，嚴(yán)曦3

1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué)，四川 成都 610059 2.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué)，四川 成都 610500 3.中國(guó)石油大港油田分公司采油工藝研究院，天津 大港 300280

聚/表二元體系配制用水的水質(zhì)對(duì)體系性能有明顯的影響，目前國(guó)內(nèi)對(duì)該方面研究較少。以聚丙烯酰胺HTPW-112（離子聚合物）和表面活性劑DWS-3（非離子型）配制的聚/表二元體系為例，利用大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，逐一評(píng)價(jià)礦化度、鐵離子含量以及細(xì)菌等水質(zhì)指標(biāo)對(duì)聚/表二元體系黏度的影響，為相似油藏的配聚用水水質(zhì)優(yōu)化方法提供思路。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)Na+含量超過3 900 mg/L時(shí)聚表二元體系黏度上升，對(duì)二元體系具有一定的鹽增稠性能。單一Mg2+、Ca2+含量大于500 mg/L體系黏度下降趨勢(shì)增強(qiáng)，且Mg2+的影響程度略強(qiáng)于Ca2+。Fe2+含量超過5 mg/L，二元體系黏度開始大幅降低。SRB超過5個(gè)/mL、TGB超過100個(gè)/mL、FB超過100個(gè)/mL會(huì)使聚表二元體系溶液黏度大幅降低，細(xì)菌的代謝產(chǎn)物是造成黏度降低的重要因素。

聚/表二元體系；黏度；配制用水；水質(zhì)；實(shí)驗(yàn)優(yōu)化方法

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陳 聰，唐洪明，韓麗娟，等.聚/表二元體系配制用水水質(zhì)優(yōu)化研究［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，37（2）：153-158.

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引言

目前國(guó)內(nèi)油田用于提高采收率的主要手段是化學(xué)驅(qū)，是中國(guó)油田提高石油采收率的主攻技術(shù)?；瘜W(xué)驅(qū)包括聚合物驅(qū)、堿驅(qū)、表面活性劑驅(qū)、二元復(fù)合驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)，泡沫驅(qū)等。其中聚/表二元復(fù)合驅(qū)在高礦化度非均質(zhì)油藏具有較好的可行性［1］，聚/表二元復(fù)合驅(qū)具有適用范圍廣的特點(diǎn)，對(duì)高溫高鹽、地質(zhì)條件差的油藏適應(yīng)性更為突出［2］，據(jù)調(diào)研，在對(duì)大慶油田［34］、勝利油田［5］的實(shí)驗(yàn)中，聚/表二元復(fù)合驅(qū)均表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。王德民［6］認(rèn)為聚/表二元復(fù)合驅(qū)適于低滲透油層的三次采油，進(jìn)一步發(fā)展的潛力很大。

目前對(duì)聚/表二元驅(qū)的研究重點(diǎn)集中在評(píng)價(jià)聚合物、表活劑的類型以及二者濃度對(duì)二元體系性能的影響，而忽略了配制聚/表二元體系用水（后文稱配聚用水）的水質(zhì)對(duì)其性能的影響。二元體系中聚合物驅(qū)注入水水質(zhì)對(duì)聚合物溶液的黏度和驅(qū)油效果起著關(guān)鍵作用［7］。本文以大港油田港西三區(qū)聚/表二元驅(qū)為研究對(duì)象，通過大量實(shí)驗(yàn)，逐一評(píng)價(jià)配聚用水水質(zhì)主要的三項(xiàng)指標(biāo)（礦化度、鐵離子含量和細(xì)菌含量）對(duì)二元體系黏度的影響，為相似油藏的配聚用水水質(zhì)優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法提供科學(xué)的參考。

1　港西三區(qū)儲(chǔ)層油藏特征概況

港西三區(qū)均為斷塊構(gòu)造油氣藏，區(qū)內(nèi)油氣分布間互出現(xiàn)，形成多套油水系統(tǒng)，無統(tǒng)一的油水界面。

港西三區(qū)原始地層壓力一般在9.14～12.85 MPa。油藏溫度為 53.2?C。原油密度為 0.920 4 t/m3，黏度為 76.17 mPa·s，凝固點(diǎn)為-12.1～15.8?C，含蠟為 9.1%，膠質(zhì) +瀝青質(zhì)含量為14.6%，地層水為NaHCO3型，地層水總礦化度為15 785 mg/L（表1）。

表1　港西三區(qū)流體性質(zhì)數(shù)據(jù)表Tab.1　Reservoir fluid property of Area Gangxi-3

2　配聚用水水質(zhì)優(yōu)化評(píng)價(jià)

2.1各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)對(duì)二元體系黏度影響實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

實(shí)驗(yàn)所選用的聚合物是聚丙烯酰胺HTPW-112，屬于陰離子聚合物。所選用表面活性劑是DWS-3，屬于非離子型。在礦化度對(duì)二元體系性能影響的實(shí)驗(yàn)中，配制聚合物和表面活性劑二元體系用水為港西三區(qū)聚二站污水，水質(zhì)參數(shù)見表2。按照港西污水水質(zhì)參數(shù)表（表2）配制實(shí)驗(yàn)用模擬地層水，在模擬地層水基礎(chǔ)上配制二元體系。聚表二元體系中，聚合物濃度2 000 mg/L，表活劑濃度2 500 mg/L。

具體的實(shí)驗(yàn)方法及步驟如下：

（1）在模擬地層水配制的聚表二元體系中分別添加 Na+（NaCl）100，500，1 000， 2 000 mg/L，Mg2+（MgCl2）、Ca2+（CaCl2）50，150，500，1 000 mg/L，依次評(píng)價(jià)礦化度對(duì)二元體系的黏度及其穩(wěn)定性影響。將裝有溶液的樣品瓶放入53?C的烘箱里老化，然后分別測(cè)定0，3，7，21，40，60，90 d時(shí)溶液的黏度，考察聚合物和表面活性劑二元體系黏度的變化情況。以此評(píng)價(jià)配聚用水的礦化度對(duì)二元體系性能的影響。

表2　港西污水水質(zhì)參數(shù)表Tab.2　Wastewater quality of Gangxi area

（2）用含不同鐵離子濃度的聚表二元體系溶液分別老化0，3，7，14，28，40，50 d之后測(cè)黏度。以此評(píng)價(jià)配聚用水的鐵離子濃度對(duì)二元體系性能的影響。

（3）利用《中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0532—1993》絕跡稀釋法測(cè)定各細(xì)菌的數(shù)量。本文主要評(píng)價(jià)了SRB、TGB、FB 3種細(xì)菌對(duì)二元體系性能影響，每種細(xì)菌有5個(gè)稀釋度、3組并列樣，每個(gè)稀釋度所含細(xì)菌數(shù)量是與之相鄰的后一個(gè)稀釋度所含量的10倍，最后一級(jí)稀釋度的細(xì)菌瓶中不含細(xì)菌，實(shí)驗(yàn)中取前4個(gè)稀釋度的細(xì)菌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將每種稀釋度的細(xì)菌均分到7個(gè)裝有相同體積聚表二元體系的樣品瓶中，使其混合均勻并密封，置于53?C（儲(chǔ)層溫度）的烘箱中，分別測(cè)試3種細(xì)菌SRB、TGB、FB 4個(gè)不同細(xì)菌濃度時(shí)對(duì)聚表二元體系黏度及其穩(wěn)定性的影響。測(cè)試細(xì)菌對(duì)聚表二元體系穩(wěn)定性的影響時(shí)，選取0，3，7，21，40，60，90 d這7個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。

注：以上配好的溶液均進(jìn)行除氧處理。將除氧后的溶液裝入容積為100 mL的可密封的樣品瓶中密封。

2.2各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)對(duì)二元體系黏度及穩(wěn)定性影響分析

2.2.1礦化度的影響分析

HPAM溶液的黏度隨礦化度的變化通常稱為鹽敏性［8］，高價(jià)陽離子不但會(huì)嚴(yán)重地降低聚合物溶液的黏度，過高時(shí)還可能會(huì)使聚合物從溶液中沉淀出來。多價(jià)陽離子可來源于油田水，也可通過離子交換作用來源于油藏礦物。因此在進(jìn)行聚合物驅(qū)或復(fù)合驅(qū)的初始階段，必須考察礦化度對(duì)聚合物性能的影響。為了全面討論礦化度對(duì)二元體系黏度的影響，文章分別做了Na+、Mg2+和Ca2+濃度的影響。

配聚用水原始Na+濃度為1900mg/L（表2）。圖1a為Na+濃度和老化時(shí)間對(duì)聚表二元體系黏度的影響，從圖中可以看出，Na+含量增加到1 000 mg/L（實(shí)際濃度達(dá)到2 900 mg/L）之前，隨著Na+含量的增加，二元體系的黏度逐漸下降，而當(dāng)Na+含量增加到2 000 mg/L（實(shí)際濃度達(dá)到3 900 mg/L）時(shí)黏度上升，表明二元體系具有一定的鹽增稠性能，原因是鹽的加入一方面使溶劑極性增強(qiáng)，聚合物分子間疏水締合作用增強(qiáng)，黏度增加。從圖1a還可以看出，隨著老化時(shí)間的增加，開始幾天黏度有一定的上升，然后黏度逐漸下降。在老化時(shí)間90 d后，Na+濃度增加100， 500，1 000，2 000 mg/L時(shí)，黏度保留率（與第0天相比）分別為48.9%，43.9%，39.1%，42.4%。盡管隨老化時(shí)間增加二元體系黏度值下降較快，但老化后黏度的絕對(duì)值仍然比較高。因此，二元體系具有較好的老化穩(wěn)定性。

圖1　礦化度對(duì)二元體系黏度及穩(wěn)定性的影響Fig.1　Effect of salinity on viscosity and stability of polymer/ surfactant flooding

配聚用水Mg2+原始濃度為18 mg/L（表2）。圖1b為Mg2+濃度和老化時(shí)間對(duì)聚表二元體系黏度的影響，Mg2+含量對(duì)聚表二元體系黏度的影響非常大。在整個(gè)老化過程中，Mg2+含量與聚表二元體系黏度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。隨著老化時(shí)間的增加，黏度下降，當(dāng)老化時(shí)間從60～90 d，黏度變化逐漸減小并趨于穩(wěn)定。當(dāng)Mg2+含量大于500 mg/L時(shí)，溶液黏度的下降趨勢(shì)加劇。

配聚用水Ca2+原始濃度為35 mg/L（表2）。圖1c為Ca2+濃度和老化時(shí)間對(duì)聚表二元體系黏度的影響，Ca2+含量≤500 mg/L時(shí)，所配的聚表二元體系的初始黏度均大于100.0 mPa·s，隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，黏度有一定下降；Ca2+含量達(dá)到1000mg/L時(shí)所配的聚表二元體系的初始黏度只有53.7 mPa·s，低于前3個(gè)較低濃度Ca2+溶液所配制的聚表二元體系的初始黏度，但溶液黏度隨老化時(shí)間的變化不大。

通過以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著Na+、Ca2+、Mg2+濃度的增加，二元體系黏度呈下降趨勢(shì)，主要原因是鹽分的陽離子屏蔽了二元體系中聚合物的分子主鏈上陰離子的靜電斥力，大分子鏈發(fā)生卷曲［8］，大大削弱了聚合物分子的抗鹽性能［9］，從而黏度下降。圖1b，圖1c中看出，Mg2+對(duì)黏度的影響程度略強(qiáng)于Ca2+，其原因是Mg2+的水化離子半徑比Ca2+的水化離子半徑小［10］，更易與聚合物分子鏈上的羧基作用，引起分子鏈卷曲，黏度下降更快。

綜合以上實(shí)驗(yàn)，從黏度方面考慮，二元體系具有較好的老化穩(wěn)定性，該類聚表二元體系適合用于Mg2+含量≤500 mg/L，Ca2+含量≤500 mg/L的油藏。

2.2.2鐵離子含量的影響分析

表3為Fe2+含量對(duì)二元體系黏度的影響，可以看出，隨Fe2+含量的增加，體系的黏度降低，特別是當(dāng)Fe2+含量≥5 mg/L時(shí)，黏度下降非常明顯，當(dāng)Fe2+含量為20 mg/L時(shí)，體系的黏度降到了10 mPa·s以下，說明Fe2+含量對(duì)體系黏度影響非常大。隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，黏度有一定降低，20 d后黏度變化不大，實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，二元體系溶液中加入FeSO4后，溶液慢慢變?yōu)榈S色。

Fe2+離子具有還原性，它會(huì)促進(jìn)聚合物發(fā)生氧化降解反應(yīng)，另外Fe2+存在，與R—COO—相互作用使聚合物分子卷縮，在水中舒展不開，降低了聚合物的黏度。

因此，在配制聚合物溶液之前要盡可能除去Fe2+，或加入其他的添加劑來減小Fe2+對(duì)體系性能的影響。也可以采取暴氧將二元體系中的Fe2+氧化為Fe3+后產(chǎn)生三價(jià)鐵的沉淀，以此除掉Fe2+。

表3　Fe2+含量對(duì)聚表二元體系溶液黏度的影響Tab.3　Influence of iron ion concentration on the viscosity of polymer/ surfactant flooding

2.2.3細(xì)菌含量的影響分析

不同濃度的各細(xì)菌對(duì)二元體系的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4　各細(xì)菌對(duì)二元體系黏度影響測(cè)定結(jié)果Tab.4　Influence of the bacterial concentration on the viscosity of polymer/surfactant flooding

由表4中可以看出：隨著老化時(shí)間的增長(zhǎng)，含硫酸鹽還原菌（SRB）的聚表二元體系溶液黏度損失率非常大，20 d后黏度損失值高達(dá)90%，之后逐漸趨于穩(wěn)定，但不同數(shù)量級(jí)的該種細(xì)菌含量對(duì)聚合物黏度影響不大，即只要二元體系溶液含有SRB，隨著時(shí)間增長(zhǎng)黏度都會(huì)急劇下降。

鐵細(xì)菌（FB）含量小于5個(gè)/mL時(shí)，體系的初始黏度較高（約70 mPa·s），此后隨老化時(shí)間的增長(zhǎng)，黏度逐漸下降。當(dāng)FB含量為20，200，2 000個(gè)/mL時(shí)，黏度變化的趨勢(shì)基本一致，初始黏度低（小于10 mPa·s），隨老化時(shí)間的延長(zhǎng)，黏度變化不大。

腐生菌（TGB）對(duì)二元體系黏度的影響：在初期聚表二元體系溶液的初始黏度較高，但隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)損失，黏度出現(xiàn)急劇下降，老化時(shí)間為3 d的黏度與初始黏度相比，黏度損失率高，達(dá)到了90%左右。此后溶液黏度變化不大。實(shí)驗(yàn)表明：腐生菌的代謝產(chǎn)物對(duì)體系的黏度影響很大。因此，配聚用水中腐生菌的濃度應(yīng)不超過100個(gè)/mL。

總結(jié)細(xì)菌含量對(duì)體系黏度影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，細(xì)菌對(duì)聚表二元體系的黏度影響非常大，是影響聚合物溶液黏度的一個(gè)重要因素。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，雖然體系中微生物的數(shù)量呈逐漸降低趨勢(shì)（21 d時(shí)，體系中微生物數(shù)量已經(jīng)很少），但聚合物溶液的黏度仍會(huì)降低。

關(guān)于細(xì)菌對(duì)聚合物黏度的影響，前期也有人做了大量的實(shí)驗(yàn)。探討究竟是細(xì)菌本身對(duì)聚合物造成降解，還是細(xì)菌代謝產(chǎn)物加速了聚合物的降解。王學(xué)佳［11］等通過應(yīng)用紫外線殺菌工藝對(duì)污水進(jìn)行處理后，對(duì)比殺菌前后污水配制聚合物溶液的黏度，發(fā)現(xiàn)黏度差異不顯著。分析認(rèn)為，殺菌后的溶液中，已產(chǎn)生Fe2+等還原性物質(zhì)仍存在于溶液中，對(duì)聚合物溶液仍具有較強(qiáng)的降解作用。因此，經(jīng)過殺菌的污水配制的聚合物溶液黏度并不會(huì)大幅度提高。韓斯琴［12］等人的研究表明，在實(shí)驗(yàn)條件下，采出水-PAM體系中SRB菌的數(shù)量隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而迅速下降。但微生物可通過代謝機(jī)制完成PAM的降解，聚合物的黏度因此仍會(huì)降低。

結(jié)合前人研究和本次實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，配聚用水中的細(xì)菌會(huì)對(duì)導(dǎo)致聚合物黏度大幅降低，代謝產(chǎn)物是影響聚合物黏度的重要因素。

黏度和界面張力是影響聚表二元體系性能的重要參數(shù)，由于篇幅原因，本文對(duì)界面張力受到配聚用水水質(zhì)的影響沒有具體敘述。

3　結(jié)　論

（1）當(dāng)Na+含量增加2 000 mg/L（實(shí)際濃度為3 900 mg/L）時(shí)聚表二元體系黏度上升，對(duì)二元體系具有一定的鹽增稠性能。單一Mg2+含量≤500 mg/L或者單一Ca2+含量≤500 mg/L，且Mg2+的影響程度略強(qiáng)于Ca2+的影響，即推薦二元體系中二價(jià)離子含量應(yīng)控制在≤500 mg/L的范圍內(nèi)。

（2）Fe2+含量對(duì)體系黏度影響非常大，推薦該類聚表二元體系用于Fe2+含量≤2 mg/L的油藏。

（3）單一細(xì)菌對(duì)聚表二元體系性能的影響評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)表明，SRB超過5個(gè)/mL、TGB超過100個(gè)/mL、FB超過100個(gè)/mL會(huì)使聚表二元體系溶液黏度大幅降低，細(xì)菌的代謝產(chǎn)物是時(shí)黏度降低的重要因素。

（4）經(jīng)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后的配用水水質(zhì)指標(biāo)為：Ca2+、Mg2+含量分別≤500 mg/L，F(xiàn)e2+含量≤2 mg/L，SRB、FB、TGB含量分別≤100個(gè)/mL。

（5）用本文建議的單一因素實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法可以很好優(yōu)化評(píng)價(jià)用于不同油藏的不同聚表二元體系配制用水水質(zhì)，改善二元體系性能。

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陳 聰，1985年生，男，漢族，四川自貢人，博士研究生，主要從事儲(chǔ)層地質(zhì)及油氣層開發(fā)方向的研究工作。E-mail：303603207@qq.com

唐洪明，1966年生，男，漢族，四川武勝人，教授，博士生導(dǎo)師，主要事儲(chǔ)層地質(zhì)、油氣層保護(hù)技術(shù)研究。E-mail：swpithm@vip.163.com

韓麗娟，1975年生，女，漢族，陜西藍(lán)田人，副教授，主要從事油氣增產(chǎn)及化學(xué)驅(qū)提高采收率方面的研究工作。E-mail：lijuanhan2001@163.com

崔丹丹，1985年生，女，漢族，河北保定人，工程師，主要從事三次采油提高采收率方向的研究工作。E-mail：362135055@qq.com

嚴(yán) 曦，1985年生，女，漢族，安徽桐城人，工程師，主要從事三次采油提高采收率方向的研究工作。E-mail：158690377@qq.com

編輯：牛靜靜

編輯部網(wǎng)址：http：//zk.swpuxb.com

A Study on Water Quality Optimization of the Polymer/ Surfactant System

Chen Cong1，2，Tang Hongming2*，Han Lijuan2，Cui Dandan3，Yan Xi3
1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China 2.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China 3.Oil Production Research Institute，Dagang Oilfield Branch，PetroChina，Dagang，Tianjin 300280，China

Polymer/surfactantfloodingwithwaterhasasignificantimpactonthesystemperformance，buthasnotbeenfullyresearchinChina.Inthispaper，withthepolyacrylamideHTPW-112（ionicpolymer）andsurfactantDWS-3（nonionic）preparation of polymer/surfactant flooding for examples，we make a large number of laboratory experiments to evaluate the impact of water quality indexes such as salinity，iron ion content and bacterial on the viscosity of the polymer/surfactant flooding，which provides a new approach for the optimization method of the poly water in the similar reservoir.Experiments show that the viscosity of polymer/surfactant flooding increases when the sodium ion content is above 3 900 mg/L，and the system has certain salt thickening performance.The downward trend of the system viscosity increases when single magnesium and single calcium ions content are more than 500 mg/L.When SRB is than 5 per milliliter，TGB more than 100 per milliliter，and FB more than 100 per milliliter，the system viscosity will reduce greatly.Bacterial metabolites are one of the important factors causing viscosity reduce.

polymer/surfactant system；viscosity；preparation of wate；water quality；optimization experiment

10.11885/j.issn.1674-5086.2013.12.02.01

1674-5086（2015）02-0153-06

TE357

A

2013-12-02網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-03-30

唐洪明，E-mail：swpithm@vip.163.com