影響牛心坨油田交聯(lián)聚合物成膠效果因素研究

曹廣勝，李建曄，王培倫，李世寧，何 奇，祝 健

(東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163000 )

影響牛心坨油田交聯(lián)聚合物成膠效果因素研究

曹廣勝，李建曄，王培倫，李世寧，何 奇，祝 健

(東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163000 )

交聯(lián)聚合物是聚丙酰胺聚合物與交聯(lián)劑通過(guò)分子內(nèi)交聯(lián)和少量的分子間交聯(lián)所形成的微凝膠體系。通過(guò)室內(nèi)研究實(shí)驗(yàn)，配制了由陰離子型水解聚丙酰胺HPAM(1900萬(wàn))0.3%+乙酸鉻0.15%組成的交聯(lián)聚合物調(diào)剖體系。針對(duì)牛心坨油田研究了影響鉻體系交聯(lián)聚合物成膠性能的幾個(gè)主要因素：水質(zhì)、金屬二價(jià)鐵離子、溶解氧、聚交比、礦化度等。結(jié)果顯示，二價(jià)鐵離子質(zhì)量濃度超標(biāo)是破壞牛心坨油田交聯(lián)聚合物成膠效果的最主要因素。

牛心坨油田； 交聯(lián)聚合物；影響因素； 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

調(diào)剖過(guò)程中調(diào)剖劑的穩(wěn)定性和黏彈性對(duì)提高采收率起到至關(guān)重要的作用。針對(duì)礦場(chǎng)出現(xiàn)的問(wèn)題，為了進(jìn)一步了解交聯(lián)聚合物的成膠特性及其影響因素。在模擬地層溫度、礦化度條件下，進(jìn)行了一系列室內(nèi)研究，以黏度和成膠有效期為主要參數(shù)，考察了影響牛心坨油田交聯(lián)聚合物成膠性能的幾個(gè)主要因素。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品

實(shí)驗(yàn)所用藥品如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)藥品與試劑

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

Mettler Toledo高精度天平，PL303型，梅特勒-托利多生產(chǎn)；BROOKFIELD數(shù)顯黏度計(jì)，DV-II+Pro型，美國(guó)AMETEK集團(tuán)公司生產(chǎn)；雷磁多參數(shù)分析儀，DZS-708型，上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)；數(shù)顯恒速電動(dòng)攪拌器，JB200-SH型，成都市宜邦科析儀器有限公司生產(chǎn)；熱鼓風(fēng)干燥箱，F(xiàn)CD-300型，上海越眾儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

采用控制變量法，在控制其他影響因素不變的情況下，調(diào)節(jié)變量的范圍，力求找到變量與成膠效果的因果關(guān)系。具體的實(shí)驗(yàn)步驟大體如下：在常溫條件下，取牛心坨水樣300 mL，攪拌器在200 min-1的剪切速率下攪拌水樣，緩慢加入聚合物，攪拌40 min后在同等剪切速率下加入交聯(lián)劑，攪拌20 min后將配制好的調(diào)剖劑放入65 ℃的恒溫箱，觀察其成膠狀況，每天測(cè)其黏度并記錄。

2 交聯(lián)聚合物成膠影響因素分析

2.1 聚交比對(duì)交聯(lián)聚合物成膠性能的影響

不同聚交比實(shí)驗(yàn)樣品黏度與時(shí)間的關(guān)系如表2所示。

從表2可以得出，聚交比不同對(duì)聚合物成膠有一定的影響，相同的聚交比，不同的聚合物和交聯(lián)劑的量也會(huì)對(duì)聚合物成膠有一定的影響，而且相差很大，成膠天數(shù)最多相差36 d。因此，在調(diào)剖作業(yè)前為得到最好的效果，應(yīng)優(yōu)選合適的調(diào)剖劑配方。因此，最優(yōu)聚交比為2∶1。最優(yōu)配方：聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.35%，交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.175%。

表2 不同聚交比實(shí)驗(yàn)樣品黏度與時(shí)間關(guān)系數(shù)據(jù)

2.2 二價(jià)鐵離子對(duì)交聯(lián)聚合物成膠性能的影響

二價(jià)鐵離子交聯(lián)聚合物樣品的黏度與時(shí)間的關(guān)系如圖1 所示。全部樣品為牛心坨油田現(xiàn)場(chǎng)過(guò)濾污水。

由圖1可知，二價(jià)鐵離子的存在破壞了交聯(lián)聚合物的成膠。當(dāng)二價(jià)鐵離子質(zhì)量濃度達(dá)到30 mg/L時(shí)，成膠48 h便開(kāi)始呈破膠趨勢(shì)，黏度峰值達(dá)20 000 mPa·s，二價(jià)鐵離子質(zhì)量濃度達(dá)到30 mg/L以上時(shí)成膠黏度大幅下降。研究結(jié)果表明，二價(jià)鐵離子在有氧環(huán)境下對(duì)調(diào)剖劑的穩(wěn)定性影響十分明顯，由于二價(jià)鐵離子在溶液中存在會(huì)削弱凝膠分子間的排斥力。從宏觀上看，調(diào)剖劑的黏度會(huì)發(fā)生下降，由此可知，二價(jià)鐵離子對(duì)調(diào)剖劑影響很大。

2.3 溶解氧對(duì)交聯(lián)聚合物成膠性能的影響

交聯(lián)聚合物中溶解氧對(duì)樣品黏度與時(shí)間的影響如圖2所示。

利用牛心坨水樣配制的交聯(lián)聚合物溶液中，溶解氧是影響交聯(lián)聚合物成膠的因素。當(dāng)聚合物中溶解氧質(zhì)量濃度較小時(shí)，氧不能完全使硫酸鹽還原菌失活，因此硫酸鹽還原菌仍然會(huì)對(duì)聚合物的成膠造成破壞，而當(dāng)聚合物中溶解氧質(zhì)量濃度較大時(shí)，過(guò)多的氧會(huì)破壞聚合物的分子鏈，使聚合物的分子鏈經(jīng)氧的作用而斷裂，導(dǎo)致聚合物黏度下降。

2.4 礦化度對(duì)交聯(lián)聚合物成膠性能的影響

礦化度對(duì)樣品黏度隨時(shí)間變化的影響如圖3所示。礦化度調(diào)節(jié)劑包含的鹽類有：CaCl2、MgCl2、Na2SO4、Na2CO3、NaHCO3、NaCl。

由圖3可以看出，礦化度對(duì)交聯(lián)聚合物成膠性能有一定的影響。體系中含有一定的礦化度有利于聚合物成膠，礦化度較低和較高的體系，成膠天數(shù)少。礦化度在0～4 000 mg/L范圍內(nèi)，黏度隨礦化度的增加而升高；當(dāng)?shù)V化度超過(guò)5 000 mg/L時(shí)，聚合物的黏度開(kāi)始下降；當(dāng)?shù)V化度達(dá)到7 000 mg/L時(shí)，聚合物的成膠天數(shù)最少。

2.5 水質(zhì)對(duì)交聯(lián)聚合物成膠性能的影響

不同水質(zhì)實(shí)驗(yàn)樣品黏度與時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示。其中，“樣品1”和“樣品2”為清水配制，礦化度與牛心坨油田的現(xiàn)場(chǎng)過(guò)濾污水一致?！皹悠?”和“樣品4”為牛心坨現(xiàn)場(chǎng)過(guò)濾污水配制。

表3 不同水質(zhì)實(shí)驗(yàn)樣品黏度與時(shí)間的關(guān)系

由表3可以看出，水型對(duì)交聯(lián)聚合物成膠有一定的影響，清水配制的交聯(lián)聚合物溶液的成膠性能要高于污水配制。說(shuō)明清水配制的聚合物更能促進(jìn)聚合物分子內(nèi)部和分子間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。

3 結(jié)論

(1)水質(zhì)是影響交聯(lián)聚合物體系成膠的一個(gè)重要因素，清水配制交聯(lián)聚合物體系的成膠效果優(yōu)于油田現(xiàn)場(chǎng)過(guò)濾污水，因?yàn)榍逅渲普{(diào)剖劑不受細(xì)菌以及其他不確定性因素的影響，因此成膠效果好。

(2)當(dāng)Fe2+質(zhì)量濃度超過(guò)25 mg/L時(shí)，調(diào)剖劑黏度損失率已超過(guò)90%。二價(jià)鐵離子的存在會(huì)抑制聚合物分子間和少量分子內(nèi)部交聯(lián)。對(duì)交聯(lián)聚合物成膠性能影響最大。

(3)聚合物質(zhì)量濃度、聚交比對(duì)聚合物體系成膠性能有影響。最優(yōu)聚交比為2∶1，最優(yōu)配方為聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.35%，交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.175%。

(4)礦化度對(duì)交聯(lián)聚合物成膠性能有一定的影響。體系中含有一定的礦化度有利于聚合物成膠，礦化度較低和較高的體系，成膠天數(shù)少。從實(shí)驗(yàn)中得出礦化度在0～4 000 mg/L范圍內(nèi)，黏度隨礦化度的增加而升高，當(dāng)?shù)V化度超過(guò)5 000 mg/L時(shí)，聚合物的黏度開(kāi)始下降。

(5)溶解氧對(duì)交聯(lián)聚合物成膠有所影響，過(guò)低的溶解氧會(huì)引起厭氧菌硫酸鹽還原菌對(duì)聚合物的分解作用。含氧量質(zhì)量濃度為6 mg/L凝膠體系在0～8 mg/L區(qū)間效果最佳，放置140 h開(kāi)始成膠，成膠后黏度長(zhǎng)時(shí)間保持在22 000～28 000 mPa·s，因此為了取得較好的曝氧效果，優(yōu)化曝氧水平應(yīng)該在6 mg/L左右。

[1] 盧祥國(guó)，張世杰，陳衛(wèi)東，等.影響礦場(chǎng)交聯(lián)聚合物成膠效果的因素分析[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2002(4)：61-64，85.

[2] 郭松林，陳福明，李霞.交聯(lián)聚合物成膠性能影響因素研究[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2001(2):36-38,136.

[3] 李明遠(yuǎn)，董朝霞，吳肇亮.部分水解聚丙烯酰胺/檸檬酸鋁交聯(lián)體系分類探討[J].油田化學(xué)，2000(4):343-345.

[4] 鄧俊.弱凝膠驅(qū)油體系研究[J].四川化工，2008(2):10-13.

The Affecting Factors of Gel-forming of Cross-linked Polymer in Niuxintuo Oilfield

CAO Guang-sheng， LI Jian-ye， WANG Pei-lun， LI Shi-ning， HE Qi， ZHU Jian

(Northeast Petroleum University Petroleum Engineering College， Daqing 163000， China)

Cross-linked polymer is formed by poly propylene amide polymers and the cross-linking agent through the molecular cross-linkingand a small amount of intermolecular cross-linking. Withthe indoor experiment, compounding a kind of cross-linked polymer system which is composed of 0.3% polymer(HPAM) and 0.15% cross-linking(chromium arsenide). For the Niuxintuo oilfield, a series of bench scale tests were performed to study the affecting factors of Cr3+cross-linking agent, including the water quality, Fe2+, dissolved oxygen, salinity and so on..The results show that Fe2+content is the main factor and exceeds bid of Fe2+content, whichmay breakthe cross-linked polymer gel.

Niuxintuo olifield; crosslinked polymer; factors; laboratory experiment

2016-07-14

曹廣勝(1966—)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事采油采氣工藝?yán)碚撆c技術(shù)研究，E-mail:caoguangsheng@163.com。

TE357

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