絡(luò)合劑提升聚合物增黏能力實(shí)驗(yàn)研究

李 芳，侯 岳，田津杰，闞 亮，季 聞，孔麗萍，方月月

（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）

聚合物溶液主要是通過(guò)改善油水流度比和擴(kuò)大波及體積來(lái)達(dá)到提高原油采收率的目的[1-3]，因此聚合物黏度值關(guān)系到驅(qū)油效果的好壞。在一定條件下，聚合物溶液的黏度越高，驅(qū)油效果越好。聚合物溶液的黏度不僅取決于聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量、濃度、溫度，還受溶液的pH 值、礦化度、離子組成、離子濃度等因素的影響[4-6]。金屬離子尤其是Ca2+和Mg2+對(duì)HPAM（部分水解聚丙烯酰胺）溶液的黏度有很大的影響[7]，因此通過(guò)向HPAM 溶液中加入絡(luò)合劑來(lái)去除二價(jià)金屬離子，以此來(lái)提高聚合物溶液黏度。本文主要通過(guò)加入絡(luò)合劑后，檢測(cè)聚合物溶液的黏度變化和驅(qū)油效果變化，來(lái)研究絡(luò)合劑改善聚合物的增黏能力。

1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)儀器：六聯(lián)電動(dòng)攪拌器、BROOKFIELD 黏度計(jì)、電子天平、恒溫干燥箱、巖心驅(qū)替系統(tǒng)、壓力自動(dòng)采集系統(tǒng)等；

巖心模型：采用尺寸為30 cm×4.5 cm×4.5 cm 的三層非均質(zhì)巖心物理模型，氣測(cè)滲透率分別為：500×10-3μm2、1 500×10-3μm2、2 500×10-3μm2；

實(shí)驗(yàn)用水：采用室內(nèi)配制模擬水，礦化度5 500 mg/L，其中二價(jià)金屬離子濃度為65 mg/L；

實(shí)驗(yàn)用油：將脫水原油與航空煤油復(fù)配，在實(shí)驗(yàn)溫度60 ℃下黏度為70 mPa·s；

聚合物：HPAM（部分水解聚丙烯酰胺）；

添加劑：絡(luò)合劑L1、L2、草酸鈉；

實(shí)驗(yàn)溫度：60 ℃。

實(shí)驗(yàn)方法：靜態(tài)評(píng)價(jià)主要通過(guò)向HPAM 溶液中加入不同濃度的絡(luò)合劑，對(duì)比不同情況下HPAM 溶液的增黏效果。動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)主要通過(guò)測(cè)定加入絡(luò)合劑之后化學(xué)驅(qū)段塞的增油效果來(lái)對(duì)比絡(luò)合劑對(duì)HPAM 溶液驅(qū)油效果的影響，實(shí)驗(yàn)方案（見(jiàn)表1）。

2 結(jié)果與分析

2.1 絡(luò)合劑對(duì)HPAM 溶液增黏效果分析

選用L1、L2、草酸鈉作為絡(luò)合劑，在60 ℃條件下分別測(cè)定加入0 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L、400 mg/L 的絡(luò)合劑后HPAM 溶液（濃度為1 800 mg/L）的黏度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表2）。

從表2 可以看出，當(dāng)聚合物溶液中加入100 mg/L的L1，溶液黏度達(dá)到74.1 mPa·s，增黏率為17.2%，而聚合物溶液黏度隨著絡(luò)合劑L1 濃度的持續(xù)增加呈現(xiàn)直線下降的變化趨勢(shì)。這主要是由于L1 在溶液中會(huì)電解出NH2-，它能將聚丙烯酰胺分子和水以氫鍵的形式結(jié)合起來(lái)，同時(shí)可以消除高價(jià)金屬離子對(duì)聚合物溶液黏度的影響，所以適量的加入L1 可以有效提高聚合物溶液的黏度。

隨著聚合物溶液中L2 濃度的增加，聚合物溶液黏度呈先增加到峰值后又下降的趨勢(shì)。當(dāng)溶液中L2 濃度增至200 mg/L 時(shí)，聚合物溶液黏度增至89.3 mPa·s，此時(shí)增黏率達(dá)到41.3%。這主要是由于L2 能夠很好的螯合聚合物溶液中的高價(jià)金屬離子，所以其對(duì)HPAM溶液的增黏效果最佳。但是隨著溶液中L2 濃度的增加，同樣會(huì)引起溶液中陽(yáng)離子含量的增加，與聚合物溶液中陰離子基團(tuán)中和，壓縮雙電層，造成聚合物分子鏈?zhǔn)湛s，使黏度又呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。相較于L1，添加適量的L2 具有更好的增黏效果。

表1 實(shí)驗(yàn)方案

表2 不同絡(luò)合劑濃度下聚合物溶液黏度和增黏率

隨著草酸鈉濃度的增加，聚合物溶液黏度呈現(xiàn)先逐漸增加至峰值后減小的變化規(guī)律。草酸鈉是一種多配位原子的金屬絡(luò)合劑，可以和高價(jià)陽(yáng)離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而有效的提高溶液的黏度。當(dāng)溶液中加入300 mg/L 草酸鈉時(shí)，聚合物溶液黏度達(dá)到90.1 mPa·s，增黏率達(dá)到42.6%。進(jìn)一步增加草酸鈉的含量，同樣會(huì)使溶液金屬離子增加，造成黏度降低。

綜上所述，聚合物溶液黏度受絡(luò)合劑的濃度影響很大，因此在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中應(yīng)該嚴(yán)格控制絡(luò)合劑的用量。絡(luò)合劑達(dá)到最佳增黏效果的時(shí)候，聚合物溶液的黏度值與絡(luò)合劑的用量均不同，因此在使用中還應(yīng)綜合考慮聚合物溶液增黏率、絡(luò)合劑用量的經(jīng)濟(jì)成本等因素來(lái)選擇絡(luò)合劑。

2.2 絡(luò)合劑對(duì)驅(qū)油效果影響分析

按照表1 方案在巖心模型上進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，對(duì)比水驅(qū)后注入1 800 mg/L 的HPAM 溶液和加入200 mg/L草酸鈉溶液的復(fù)配體系的驅(qū)油效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表3、圖1）。

圖1 草酸鈉對(duì)聚合物溶液驅(qū)油效果影響

從表3 和圖1 可以看出，方案1 和方案2 的水驅(qū)采出程度基本一致，方案1 注入體系段塞后，最終采出程度達(dá)到45.16%，較水驅(qū)提高采出程度高了13.83%。方案2 加入草酸鈉作為絡(luò)合劑，可以有效的提高化學(xué)驅(qū)采出程度，在水驅(qū)基礎(chǔ)上增加采出程度18.06%，比方案1 增加值高了4.23%。這主要是因?yàn)椴菟徕c作為絡(luò)合劑可以有效的去除二價(jià)金屬離子，增加水溶液的黏度，消除二價(jià)金屬離子對(duì)聚合物分子的沉降作用。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，向二價(jià)金屬離子含量較高的配聚水中加入適量的絡(luò)合劑，可以有效的增加聚合物的黏度，提高采出程度。

3 結(jié)論

（1）絡(luò)合劑的用量直接影響聚合物溶液的黏度，為了達(dá)到最佳增黏效果，在使用中應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)成本和聚合物溶液的增黏率來(lái)綜合選擇。

（2）適量的絡(luò)合劑L1、L2 均能消除高價(jià)金屬離子對(duì)聚合物溶液黏度的影響，但過(guò)量增加會(huì)導(dǎo)致聚合物溶液黏度降低。

（3）與無(wú)絡(luò)合劑相比，相同濃度的聚合物溶液添加200 mg/L 的草酸鈉可以使得聚合物驅(qū)較水驅(qū)提高采出程度再增加4.23%。

表3 草酸鈉對(duì)聚合物溶液采收率的影響