聚/表二元體系室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

王 兵，安 鵬

（1.大港油田公司第一采油廠，天津 300280；2.大港油田公司第四采油廠，天津 300280）

1 室內(nèi)體系實(shí)驗(yàn)條件

1.1 實(shí)驗(yàn)用水

港西三區(qū)油藏溫度為53 ℃，注入污水的總礦化度為6 726 mg/L，鈣鎂離子含量為53 mg/L，具體參數(shù)（見表1）。

表1 港西污水水質(zhì)參數(shù)表

1.2 原油性質(zhì)（見表2）

表2 港西三區(qū)原油參數(shù)表

1.3 表面活性劑收集

根據(jù)以上條件及前期室內(nèi)研究基礎(chǔ)，通過廣泛收集表面活性劑，最終確定選擇十四種候選表面活性劑進(jìn)行篩選評價研究，分別是：TD-01、ROS、DWS-1、DWS-2、DWS-3、DQ-01、YHZ-20、DG-1、DG-2、G3609、ZS-7、ZS-14、ZS-15 及BHS-01。

1.4 聚/表二元驅(qū)所用聚合物

聚合物/表面活性劑二元體系中的聚合物采用現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)中在用的HTPW-112（相對分子質(zhì)量2 500萬），其一般性能指標(biāo)（見表3）。

表3 聚合物一般性能指標(biāo)

2 聚合物體系深化研究

2.1 殺菌劑優(yōu)選

通過對11 種化學(xué)殺菌劑初步篩選，其中7 種與港西三區(qū)目前在用聚合物配伍性良好，經(jīng)比較，優(yōu)選了性價比較好的兩種殺菌劑，分別為HD-A-02 及HD-A-03，開展殺菌效果及與聚合物的配伍性實(shí)驗(yàn)（見表4、表5）。

表4 不同殺菌劑殺菌效果評價

表5 不同殺菌劑與聚合物的配伍性

從表4 可以看出，HD-A-02 殺菌劑的殺菌效果優(yōu)于HD-A-03，加入50 mg/L 的殺菌劑就可將污水中細(xì)菌降至25 個/毫升以下。

2.2 聚合物穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

室內(nèi)開展了除氧條件下，加入穩(wěn)定劑100 mg/L 和未加穩(wěn)定劑的熱穩(wěn)定性對比實(shí)驗(yàn)（見圖1）。

圖1 穩(wěn)定劑對體系黏度的影響

綜合以上兩種添加劑的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在聚合物溶液中加入適量的殺菌劑50 mg/L 和穩(wěn)定劑100 mg/L后，可有效抑制污水中微生物對聚合物的降解，提高聚合物溶液的穩(wěn)定性。因此，進(jìn)一步優(yōu)化出適合港西三區(qū)聚/表二元驅(qū)的聚合物體系為：應(yīng)用目前在用的HTPW-112 聚合物（相對分子質(zhì)量2 500 萬），現(xiàn)場污水配聚時需加入殺菌劑50 mg/L 及聚合物穩(wěn)定劑100 mg/L。

3 表面活性劑篩選

3.1 不同類型表面活性劑理化指標(biāo)分析

3.1.1 常規(guī)指標(biāo) 表面活性劑常規(guī)指標(biāo)評價主要內(nèi)容為：有效物質(zhì)含量、溶解性、pH 值、流動性四項(xiàng)指標(biāo)。

（1）有效物含量：14 種表面活性劑中除ZS-7、ZS-14 及ZS-15 有效物含量為35%，其余均為40%以上，有效物含量越低，運(yùn)輸成本將相應(yīng)增加，但對聚/表二元驅(qū)開發(fā)指標(biāo)沒有影響；

（2）溶解性：14 種表面活性劑均具有良好的溶解性，經(jīng)短時間攪拌后可均勻溶解于水中，滿足現(xiàn)場實(shí)施要求；

（3）pH 值：現(xiàn)場實(shí)施要求表面活性劑pH 值為中性或弱堿性，酸性或強(qiáng)堿性易對設(shè)備造成腐蝕，且強(qiáng)堿性將嚴(yán)重影響采出液的處理，14 種表面活性劑除DG-1、DG-2 及G3609 不符合標(biāo)準(zhǔn)，其余均滿足現(xiàn)場實(shí)施要求；

（4）流動性：現(xiàn)場實(shí)施過程中，從驅(qū)油劑運(yùn)輸?shù)慕嵌瓤紤]，要求表面活性劑具有良好的流動性，常溫下，14 種表面活性劑均易于流動，但為防止溫度過低時表面活性劑產(chǎn)生凝固，現(xiàn)場儲存裝置需進(jìn)行保溫處理，保證溫度在20 ℃以上。

表面活性劑驅(qū)油體系與原油間能否形成超低界面張力（約10-3mN/m 數(shù)量級）是評價驅(qū)油用表面活性劑性能的重要指標(biāo)，因此通常利用對油水界面張力的評價作為篩選驅(qū)油表面活性劑的首要條件。

4 表面活性劑單劑的乳化效果評價[1]

4.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

分別配制濃度為0.05%、0.1%、0.2%、0.3%及0.5%的TD-01、DWS-3 和BHS-01 表面活性劑溶液，取所需數(shù)量的具塞刻度試管，按1:3 的油/表面活性劑體積比，配制20 mL 溶液于試管中，放在53 ℃恒溫箱中，每天搖動2～3 次，待平衡后觀察表面活性劑與原油的乳化情況。

通過對比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，剪切后的表面活性劑與原油發(fā)生了較為明顯的乳化現(xiàn)象。體系與原油乳化后大部分形成了O/W 型乳狀液，其直徑平均為0.1～2 μm，對于港西三區(qū)的油藏條件而言，有利于驅(qū)油效率的提高。

5 表面活性劑與聚合物的配伍性實(shí)驗(yàn)

根據(jù)以上表面活性劑的篩選評價結(jié)果，確定應(yīng)用聚合物HTPW-112 與表面活性劑TD-01、DWS-3 和BHS-01 開展配伍性實(shí)驗(yàn)研究。適宜的聚/表二元驅(qū)體系應(yīng)不但具有一定的降低油水界面張力能力，而且需有較好的流度控制能力，因此室內(nèi)實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)考察了表面活性劑對聚/表二元體系黏度的影響、聚合物對體系界面張力的影響、聚/表體系的流變性、黏彈性及其乳化性能等，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

5.1 表面活性劑對體系黏度的影響

固定聚合物濃度分別為750 mg/L、1 000 mg/L 及1 500 mg/L，在53 ℃的條件下，測定不同濃度的表面活性劑對聚/表二元體系黏度的影響：（1）聚合物濃度為1 500 mg/L 時，兩種體系黏度值均最高，且TD-01 表面活性劑濃度的增加使得體系黏度略有增加；（2）對于其他同一聚合物濃度的聚/表體系，隨著表面活性劑濃度的增加，體系黏度值基本沒有變化。

5.2 聚合物對體系界面張力的影響

二元體系聚合物溶液濃度為500 mg/L、750 mg/L、1 000 mg/L、1 200 mg/L 及1 500 mg/L 時，分別加入濃度為0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%的表面活性劑，界面張力儀在53 ℃條件下，測試二元體系與原油的界面張力。由于聚合物使水相黏度增加，影響表面活性劑在界面上的吸附平衡時間，從而對界面張力有影響（見圖2），且表面活性劑濃度越低，這種影響越顯著。

圖2 不同聚/表體系界面張力的變化曲線

5.3 聚/表二元體系的流變性及黏彈性

流變性是指在外力作用下介質(zhì)發(fā)生流動或形變的一種特性。作用在介質(zhì)上的力主要分為兩種力：一種是拉伸，另一種是剪切。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測定聚/表二元體系所呈現(xiàn)出的特性表明其為非牛頓流體，在多孔介質(zhì)中，這種非牛頓流體的流動同時受到剪切和拉伸力作用，因而存在剪切流動和拉伸流動。

配制聚合物溶液濃度1 000 mg/L 及1 500 mg/L，加入濃度為0.1%和0.3%的表面活性劑，室內(nèi)利用HAAKE RS600 流變儀，采用同軸圓筒測量系統(tǒng)測定53 ℃下的該體系表觀黏度、剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系；采用椎板測量系統(tǒng)測定其彈性模量、儲能模量與頻率之間的關(guān)系。通過這些靜態(tài)實(shí)驗(yàn)分析聚/表二元體系的流變性及黏彈性，從而有助于研究體系的滲流特性、注入特性及運(yùn)移特性。測量結(jié)果如下：不同表面活性劑、聚合物濃度的聚/表體系，隨剪切速率的增加，其表觀黏度先較快下降后保持一定，而其剪切應(yīng)力一直隨之非線性增加，這和單純聚合物具有相同的流變特性，同屬于擬塑性非牛頓流體。

擬塑性非牛頓流體通過多孔介質(zhì)時，在較高流速下會出現(xiàn)膨脹流變特性是聚合物的黏彈性引起的。因此有必要考察表面活性劑對體系黏彈性的影響。

（1）隨著頻率的增加，聚/表體系的儲能模量G'和耗能模量G''呈上升趨勢，且G''明顯大于G'，表明在一定聚合物濃度、頻率范圍內(nèi)，聚/表體系為黏彈性體，且其流變特性以黏性為主，表明體系的內(nèi)摩擦阻力較大，在多孔介質(zhì)中的附著力越強(qiáng)，可增加阻力系數(shù)；

（2）隨著表面活性劑濃度的增加，同一聚合物濃度的聚/表體系G'和G''均有所增加，表明其黏彈性增加；

（3）相同條件下，應(yīng)用BHS-01 表面活性劑配制的聚/表體系黏彈性最佳。

6 二元聚/表體系的巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)[2，3]

6.1 實(shí)驗(yàn)條件

（1）模擬油黏度：18 mPa·s，巖心水測滲透率：1.8 D；（2）聚合物驅(qū)濃度：1 500 mg/L；（3）二元組成為聚合物1 000 mg/L+表面活性劑（0.2%），黏度：36.2 mPa·s；（4）實(shí)驗(yàn)溫度：53 ℃。

6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

先水驅(qū)2 PV，再進(jìn)行0.2 PV 的聚合物驅(qū)，最后進(jìn)行0.2 PV 的聚/表二元驅(qū)（見圖3），對比水驅(qū)和聚合物驅(qū)結(jié)果：0.4 PV 聚合物驅(qū)提高采收率為11.4%；0.2 PV聚合物驅(qū)+0.2 PV 二元驅(qū)提高采收率為19.8%。

圖3 不同驅(qū)油方式采收率對比圖

7 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可得出聚/表二元體系，室內(nèi)將開展殺菌劑與表面活性劑的配伍性研究。室內(nèi)開展了單純表面活性劑與原油配伍性的實(shí)驗(yàn)研究，篩選出性能較佳的表面活性劑，同時殺菌劑的加入對聚/表二元體系的界面張力影響不大，略有增加，但仍能保持在超低值10-3mN/m 數(shù)量級，且殺菌劑對該體系的影響更小，因而表明聚/表體系與殺菌劑的配伍性較好。油水界面張力整體呈現(xiàn)下降趨勢最低可降至10-4mN/m，尤其是乳化效果最佳，在通過巖石孔喉時，將產(chǎn)生一定的滲流阻力，可有效擴(kuò)大波及體積。