聚合物注入系統(tǒng)黏度損失影響因素分析

王文昊*

（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

0 引言

目前，聚合物驅(qū)油已經(jīng)成為大慶油田及其他老油田進(jìn)一步提高采收率、實(shí)現(xiàn)原油穩(wěn)產(chǎn)的重要手段。聚合物驅(qū)油是利用聚合物溶液具有較高的黏度，使驅(qū)替液和地層原油的流度比降低，從而提高驅(qū)替液的波及體積，達(dá)到提高油藏采收率的目的。但直到目前，聚合物溶液在地面系統(tǒng)中的黏度損失仍然是一項(xiàng)難以解決的問題。不同條件下的測(cè)試結(jié)果表明，僅地面工藝部分，聚合物溶液的黏度損失就在20%～50%之間。過大的黏度損失一方面造成了聚合物的用量增加，使驅(qū)油成本上升；另一方面由于黏度損失的存在，使依靠增黏作用的注入體系驅(qū)油效果受到了不良影響。

影響聚合物溶液黏度的因素很多。就配制聚合物用水而言，主要有聚合物溶液的濃度、配制水的礦化度等；就聚合物溶液的配制過程而言，主要是降解的影響，包括機(jī)械降解、化學(xué)降解、生物降解等。目前聚驅(qū)注入工藝主要流程為：聚合物母液經(jīng)注聚泵加壓，通過母液流量調(diào)節(jié)器控制流量，與高壓水在靜態(tài)混合器處混合，達(dá)到要求的配注量及配注濃度后形成目標(biāo)聚合物溶液，經(jīng)注入管道配注到注入井。工藝流程見圖1。

圖1 聚驅(qū)注入工藝流程

本文從配制稀釋聚合物用水的礦化度、微生物，配注過程中細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物，流量調(diào)節(jié)器前后壓差等幾個(gè)主要黏度損失節(jié)點(diǎn)分析影響?zhàn)ざ葥p失的主要原因，從而對(duì)注入系統(tǒng)的調(diào)整和改造提供技術(shù)依據(jù)，以不斷提高注入系統(tǒng)驅(qū)油過程中的注入質(zhì)量。

1 污水及地面工藝設(shè)備對(duì)黏度的影響因素分析

1.1 礦化度對(duì)聚合物溶液黏度的影響

聚合物溶液黏度隨礦化度的變化通常稱為鹽敏性。由于無機(jī)鹽中的陽離子較偶極水有更強(qiáng)的親電性，因而它們優(yōu)先或取代了水分子，與聚合物分鏈上的羧基形成反離子對(duì)，從而屏蔽了高分子鏈上的負(fù)電荷，排出了一些束縛水分子，因而隨著礦化度的升高，聚合物溶液中的分子由伸展構(gòu)象逐漸趨于卷曲構(gòu)象，使分子的有效體積縮小，從而使溶液黏度下降。

以杏六區(qū)注入站用濃度為5 000 mg/L聚合物母液及稀釋后濃度為1 800 mg/L目標(biāo)聚合物溶液的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析污水礦化度對(duì)黏度的影響。具體數(shù)據(jù)見表1和圖2，圖2（a）為污水礦化度對(duì)母液黏度影響曲線，圖2（b）為污水礦化度對(duì)目標(biāo)聚合物溶液黏度影響曲線。

表1 母液、聚合物溶液黏度及用水水質(zhì)數(shù)據(jù)

圖2 母液及稀釋后溶液黏度隨污水礦化度變化曲線

由表1可以看出，污水礦化度在6月份有明顯的增加，從5 738.53 mg/L增加到6 040.24 mg/L，增加了301.71 mg/L，母液黏度從92.62 mPa·s降低到88.36 mPa·s，降低了 4.26 mPa·s。并且，隨著污水礦化度的增加，母液黏度持續(xù)下降，當(dāng)5月份污水礦化度大于5 700 mg/L以后，黏度的下降趨勢(shì)較為顯著，8月份母液黏度為82.27 mPa·s，較5月份降低了 10.35 mPa·s。

由圖2（a）可以看出，隨著污水礦化度的增加，母液黏度下降，圖中兩個(gè)曲線成反比關(guān)系，礦化度大于5 700 mg/L以后，黏度下降顯著；由圖2（b）可以看出，隨著污水礦化度的增加，黏度曲線呈水平狀態(tài)，目標(biāo)聚合物溶液黏度隨著礦化度的增加沒有明顯的變化。

從上面的數(shù)據(jù)分析可以得出，污水礦化度對(duì)聚合物母液的黏度有很大的影響，隨著礦化度增加到5 700 mg/L以后，母液黏度明顯下降，但對(duì)目標(biāo)聚合物溶液黏度沒有明顯影響。原因是：母液經(jīng)過管道輸送至注入站，與高壓水在靜態(tài)混合器中混合，最后經(jīng)管道輸送至井口，這個(gè)過程存在著各種剪切降解，降解后聚合物分子鏈斷裂，分子變小，這個(gè)過程污水中陽離子對(duì)母液中水分子的影響幾率變小，從而溶液黏度下降幅度變小，即對(duì)黏度影響變小，在這個(gè)過程中，污水礦化度降解和其他的剪切降解相比，基本可以忽略不計(jì)。

文獻(xiàn)證明：在礦化度較低的情況下，Ca2+、Mg2+對(duì)聚合物黏度的影響占主要地位；而隨著礦化度的增加，Ca2+和 Mg2+對(duì)聚合物黏度的影響越來越小，聚合物黏度基本上趨于穩(wěn)定[1]。

因此，從上面的分析以及大量文獻(xiàn)證明，礦化度不是影響污水稀釋聚合物體系黏度的主要因素。

1.2 微生物對(duì)聚合物溶液黏度的影響

1.2.1 污水曝氧量對(duì)聚合物溶液黏度的影響

由于油田采出水中含有大量的硫酸鹽還原菌、腐生菌和鐵細(xì)菌等眾多細(xì)菌，在無氧環(huán)境中，可以生成 Fe2+等還原性物質(zhì)[2]，在聚合物溶液中發(fā)生氧化-還原反應(yīng)而使聚合物迅速降解，說明影響聚合物體系黏度的主要因素是微生物及還原性物質(zhì)。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，污水曝氧法可以殺滅大部分硫酸鹽還原菌和其他一些厭氧菌，氧化污水中的還原性物質(zhì)，硫酸鹽還原菌的殺菌率可達(dá)到99.2%[3]。

為確定污水曝氧量對(duì)聚合物溶液黏度的影響程度，開展了污水曝氧量對(duì)黏度損失的影響試驗(yàn)，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。表2中3口井取樣節(jié)點(diǎn)為流量調(diào)節(jié)器后，化驗(yàn)溶液濃度均為1 800 mg/L。

表2 曝氧量與聚合物黏度關(guān)系數(shù)據(jù)

由表2可以看出，曝氧污水稀釋的聚合物溶液黏度遠(yuǎn)大于用非曝氧污水稀釋的溶液黏度。說明通過污水曝氧，可以有效殺滅大部分硫酸鹽還原菌和其他一些厭氧菌，氧化污水中的還原性物質(zhì)，從而可以大幅度減少對(duì)聚合物溶液黏度的損失。因此，通過以上分析可知，影響污水配制聚合物溶液黏度的主要因素是污水曝氧效果。

1.2.2 輸送過程細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物對(duì)黏度的影響

聚合物溶液在管道輸送過程中不僅存在剪切降解，且管中細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物對(duì)黏度也存在影響。在輸送過程中由于剪切降解存在的黏度損失是不可避免的[4-5]，因此，在現(xiàn)場(chǎng)可以減少黏度損失的因素為注入管道中的細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物。

為確定注入管道中雜質(zhì)對(duì)黏度損失的影響程度，選取注入站黏度損失較大的3口注入井（注入管道均為玻璃鋼管）開展了相關(guān)試驗(yàn)。在正常注入和清洗管道兩種情況下，分別從注入站出站處及注入井口取樣。單井管道參數(shù)及清洗管道前后黏度損失變化情況見表3。

由表 3可以看出，3口井在清洗管道前從出站到井口黏度損失最大達(dá)到32.72%，最小黏度損失為21.84%。根據(jù)大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得知，輸送管道對(duì)聚合物的剪切降解率為每公里1.27%～3.70%[6]，因此說明管道對(duì)聚合物溶液的降解不只是管道剪切的原因，管道中細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物對(duì)聚合物溶液的降解很大，成為聚合物溶液在管道輸送過程中黏度損失的主要原因。這點(diǎn)從管道清洗后黏度損失數(shù)據(jù)可以證實(shí)，管道清洗后黏度損失變小，3口井都低于10%，聚合物溶液黏度損失與沖洗前相比大幅降低。

另外，由表3可知，隨著管道長(zhǎng)度的增加，洗管前后黏度損失差值也在增大，說明管道越長(zhǎng)，管道中的細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物對(duì)聚合物溶液黏度的影響越大。

表3 單井管道參數(shù)及清洗前后黏度損失變化

在實(shí)際生產(chǎn)條件下，投加殺菌劑可降低黏度損失。但若采用間歇投加殺菌劑的方式，1 d后，抑制黏損效果消失，黏損仍恢復(fù)至注入前水平，因此需要持續(xù)投加殺菌劑才能有效降低黏損。并且，單一殺菌劑不能很好地抑制細(xì)菌，需要根據(jù)細(xì)菌種類有針對(duì)性地開發(fā)殺菌劑才能有效降低黏損。由于費(fèi)用巨大，投加殺菌劑的方式不適用于實(shí)際生產(chǎn)。

1.3 流量調(diào)節(jié)器壓差對(duì)黏度的影響

一泵多井注聚工藝增加了流量調(diào)節(jié)器，也就增加了聚合物溶液降解的幾率，這時(shí)黏度損失也會(huì)隨之增大。為了解流量調(diào)節(jié)器壓差增大對(duì)黏度損失的影響程度，開展流量調(diào)節(jié)器壓差對(duì)黏度影響的試驗(yàn)。

流量調(diào)節(jié)器為自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，當(dāng)設(shè)定目標(biāo)聚合物溶液配注量后，流量調(diào)節(jié)器會(huì)自動(dòng)控制流量。選取3口注入井進(jìn)行試驗(yàn)，在正常運(yùn)行情況下，分別在這3口井流量調(diào)節(jié)器前后取樣，確定流量調(diào)節(jié)器前后聚合物溶液黏度隨壓差的變化情況（化驗(yàn)溶液濃度均為1 500 mg/L）。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 不同壓差下流量調(diào)節(jié)器前后黏度情況

由表4可以看出，在單井配注量不變的情況下，黏度損失小于2%，隨著流量調(diào)節(jié)器壓差增大，流量調(diào)節(jié)器前后聚合物溶液黏度損失大幅度增加。當(dāng)壓差增大約1.0 MPa時(shí)，所有井黏度損失均增大，最大增加了 11%，最小增加了 3%；當(dāng)壓差繼續(xù)增大到2.0 MPa時(shí)，黏度損失大幅增加，約為增加1.0 MPa壓差時(shí)黏度損失的兩倍，最小黏度損失是原壓差黏度損失的 8倍，最大增幅達(dá)到 23.2%，是原黏度損失的46倍。這充分說明隨著流量調(diào)節(jié)器前后壓差增大，流量調(diào)節(jié)器內(nèi)的剪切程度大大增加，聚合物溶液的黏度大幅度下降。

2 結(jié)論

（1）污水礦化度對(duì)聚合物母液的黏度有很大的影響。隨著污水礦化度增加到5 700 mg/L以后，母液黏度明顯下降，但由于聚合物母液稀釋注入過程存在著各種剪切降解，導(dǎo)致污水礦化度對(duì)聚合物溶液的降解基本可以忽略不計(jì)。

（2）影響污水配制聚合物溶液黏度的主要因素是污水曝氧效果。通過污水曝氧可以有效殺滅大部分硫酸鹽還原菌和其他一些厭氧菌，氧化污水中的還原性物質(zhì)，從而可以大幅度減少對(duì)聚合物溶液黏度的損失。

（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得知，輸送管道中細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物的降解率達(dá)到20%以上，成為聚合物溶液在管道輸送過程黏度損失的主要原因，且隨著管道長(zhǎng)度的增加，管道中的細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物對(duì)聚合物溶液黏度的影響越大。

（4）流量調(diào)節(jié)器前后壓差增大會(huì)增加注入聚合物溶液黏度的損失。

3 建議

（1）對(duì)于開發(fā)較早的聚驅(qū)區(qū)塊內(nèi)的單井，建議進(jìn)行單井管道定期沖洗工作，沖洗周期及參數(shù)需進(jìn)一步研究確定。

（2）建議調(diào)查研究不同曝氧方式下的污水曝氧效果，通過改進(jìn)曝氧工藝和流程，增加稀釋用污水曝氧程度，保證聚驅(qū)注劑黏度，從而確保驅(qū)替效果。

（3）建議針對(duì)不同注入壓力的注入井進(jìn)行壓力分組，盡量降低母液流量調(diào)節(jié)器前后壓差，減少黏度損失。