適合高溫高礦化度油藏的新型聚合物驅(qū)油劑研究*

張 成，趙海濤，熊躍武，陳 娜，胡延軍

（中國石油 大慶油田有限責(zé)任公司a.第七采油廠；b.第二采油廠；c.第五采油廠；d.第六采油廠，黑龍江 大慶 163311）

供需矛盾一直是石油行業(yè)所面臨的一大難題，因此，如何提高原油產(chǎn)量始終是國內(nèi)外各大油田所關(guān)注的問題。而目前，所采用的常規(guī)采油技術(shù)只能采出40%左右的原油，經(jīng)過長時間的開發(fā)生產(chǎn)后，大部分的油層中仍殘留有60%左右的原油無法采出，因此，為了增大原油產(chǎn)出量，三次采油技術(shù)的發(fā)展在石油行業(yè)受到越來越多的重視[1-3]。三次采油技術(shù)主要包括化學(xué)驅(qū)、熱力驅(qū)、混相驅(qū)以及微生物驅(qū)等，其中化學(xué)驅(qū)油技術(shù)的研究及應(yīng)用相對較多，也取得了比較多的研究成果和現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)[4-7]。

聚合物驅(qū)作為化學(xué)驅(qū)油技術(shù)中最常見的一種三次采油技術(shù)，近年來已在我國的大慶油田、克拉瑪依油田以及陸上其他油田得到了比較多的推廣應(yīng)用，為提升我國原油產(chǎn)量做出了較大的貢獻(xiàn)[8-10]。然而，隨著常規(guī)油藏的不斷勘探及開發(fā)，一些高溫、高鹽、非均質(zhì)性強(qiáng)的油藏逐漸受到越來越多的關(guān)注，此類油藏通常具有儲層溫度高、地層水礦化度高以及物性較差等特點(diǎn)，常規(guī)的聚合物驅(qū)油劑在此類油藏環(huán)境下往往無法發(fā)揮較好的驅(qū)油效果，急需研究適合高溫、高礦化度油藏的新型聚合物驅(qū)油劑，以提高此類油藏的開發(fā)效率[11-14]。因此，本文以陸上某高溫高礦化度油藏為研究對象，通過大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，研制出了一種耐溫抗鹽性能較好的新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2，并對其綜合性能進(jìn)行了評價，以期為高溫高礦化度油藏的高效開發(fā)提供一定的借鑒和參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑及儀器

丙烯酰胺（AM，AR上海麥克林生化科技有限公司）；兩性離子單體（TBS，實(shí)驗(yàn)室自制）；（NH4）2S2O8、NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、NaHCO3、無水Na2SO4、無水乙醇，均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；模擬地層水（總礦化度為112500mg·L-1），使用蒸餾水和無機(jī)鹽配制而成；模擬油，儲層脫水脫氣原油與航空煤油按1∶1混合而成；天然巖心（長度均為7.0cm，直徑均為2.5cm），取自目標(biāo)區(qū)塊儲層段。

Brookfield DV2T型黏度計(jì)（美國Brookfield公司）；MCR102型旋轉(zhuǎn)流變儀（卓的儀器設(shè)備(上海)有限公司）；HTW型多功能巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置（主要包括恒速恒壓泵、巖心夾持器、活塞中間容器、回壓泵、壓力采集系統(tǒng)、恒溫控制系統(tǒng)以及液體收集容器等），實(shí)驗(yàn)室自研制。

1.2 新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2的制備

將兩性離子單體TBS和丙烯酰胺AM按照一定的質(zhì)量比混合后加入到三口燒瓶中，然后按照比例加入一定量的蒸餾水，攪拌混合均勻后，通入N2除O230min，然后迅速加入一定量的引發(fā)劑（NH4）2S2O8，再緩慢升高溫度至50℃左右，攪拌狀態(tài)下聚合反應(yīng)5~8h，反應(yīng)完成后將聚合產(chǎn)物剪碎，并使用無水乙醇反復(fù)提純幾次，放入恒溫干燥箱中烘干，即得新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 聚合物驅(qū)油劑溶液的配制 將聚合物驅(qū)油劑TBS-2按照比例加入到實(shí)驗(yàn)用水中，配制成10000mg·L-1的聚合物驅(qū)油劑母液，然后在25℃條件下放置24h后，備用，最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要將聚合物驅(qū)油劑母液進(jìn)行稀釋。

1.3.2 聚合物溶液黏度的測定 將聚合物驅(qū)油劑溶液稀釋至目標(biāo)濃度后，采用Brookfield DV2T型黏度計(jì)測定聚合物溶液的黏度值，選擇合適轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)速，剪切速率設(shè)定為7.34s-1。

1.3.3 聚合物溶液黏彈性的測定 將聚合物驅(qū)油劑溶液稀釋至目標(biāo)濃度后，采用MCR102型旋轉(zhuǎn)流變儀對聚合物溶液的黏彈性能進(jìn)行測定，設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度為25℃，掃描應(yīng)力為0.1Pa，震蕩頻率為0.1~10Hz。

1.3.4 驅(qū)油性能評價（1）將目標(biāo)區(qū)塊儲層段天然巖心洗油、烘干后，測定其孔隙度和氣測滲透率，備用；（2）將巖心抽真空飽和模擬地層水，測定其孔隙體積；（3）巖心飽和模擬油，注入流速為0.05mL·min-1，飽和完成后在儲層溫度條件下（110℃）老化48h；（4）水驅(qū)油，驅(qū)替流速為0.5mL·min-1，直至巖心出口端含水率達(dá)到98%以上為止，計(jì)算水驅(qū)油采收率；（5）注入不同PV的新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2，驅(qū)油劑濃度均為3000mg·L-1；（6）繼續(xù)水驅(qū)油，待巖心出口端含水率達(dá)到98%以上為止，計(jì)算最終采收率和聚合物驅(qū)采收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 增黏性能

按照1.3.1和1.3.2中的實(shí)驗(yàn)方法，使用蒸餾水配制不同濃度的新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2溶液，然后，分別測定其黏度值，實(shí)驗(yàn)溫度為25℃，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 不同質(zhì)量濃度聚合物TBS-2溶液的黏度值Fig.1 Viscosity value of polymer TBS-2 solution with different mass concentration

由圖1可知，隨著新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2質(zhì)量濃度的不斷增大，聚合物溶液的黏度值呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，當(dāng)TBS-2的質(zhì)量濃度達(dá)到3000mg·L-1時，溶液黏度值可以達(dá)到200mPa·s以上，這說明制備的新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2具有良好的增黏性能。

2.2 耐溫性能

按照1.3.1和1.3.2中的實(shí)驗(yàn)方法，使用蒸餾水配制濃度為3000mg·L-1的新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2溶液，然后分別將聚合物溶液在不同溫度條件下靜止老化24h，再分別測定其黏度變化情況，以此考察聚合物驅(qū)油劑的耐溫性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 溫度對聚合物TBS-2溶液的黏度的影響Fig.2 Effect of temperature on viscosity of polymer TBS-2 solution

由圖2可知，隨著老化溫度的不斷升高，新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2溶液的黏度值呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度從30℃升高至110和120℃時，聚合物溶液的黏度值則從193.2降低至105.6和97.3mPa·s，聚合物溶液在110和120℃時的黏度保留率分別為54.7%和50.4%，均大于50%，說明制備的新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2具有良好的耐溫性能，在高溫老化條件下仍能保持較高的黏度值，具有較好的穩(wěn)定性，能夠滿足高溫地層對聚合物驅(qū)油劑性能的基本要求。

2.3 抗鹽性能

按照1.3.1和1.3.2中的實(shí)驗(yàn)方法，使用不同礦化度的實(shí)驗(yàn)用水配制濃度為3000mg·L-1的新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2溶液，然后再分別測定其黏度變化情況，以此考察聚合物驅(qū)油劑的抗鹽性能，實(shí)驗(yàn)溫度為25℃，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可知，隨著實(shí)驗(yàn)用水礦化度的不斷增大，新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2溶液的黏度值呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，這與常規(guī)聚合物驅(qū)油劑相比有所不同，當(dāng)?shù)V化度由0升高至150000mg·L-1時，聚合物溶液的黏度值則可以從203.5mPa·s升高至232.6mPa·s，增幅明顯。分析原因是由于新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2分子鏈中同時含有一定數(shù)量的陽離子和陰離子基團(tuán)，特殊的分子結(jié)構(gòu)使TBS-2具有一定的反聚電解質(zhì)效應(yīng)，隨著水溶液中礦化度的不斷增大，正負(fù)離子之間的引力作用會被鹽離子屏蔽，從而使溶劑之間的作用力有所增強(qiáng)，使分子結(jié)構(gòu)更加舒展；另外，新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2分子鏈上含有的磺酸基團(tuán)具有較強(qiáng)的水化作用，可以抵制鹽離子的破壞作用；上述兩者共同作用致使新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2具有良好的抗鹽作用。

圖3 礦化度對聚合物TBS-2溶液黏度的影響Fig.3 Effect of salinity on viscosity of polymer TBS-2 solution

2.4 黏彈性能

按照1.3.1和1.3.3中的實(shí)驗(yàn)方法，使用模擬地層水配制濃度為3000mg·L-1的新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2溶液，分別測定其儲能模量G'和耗能模量G''，評價聚合物溶液的黏彈性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 聚合物TBS-2溶液的黏彈性能Fig.4 Viscoelastic properties of polymer TBS-2 solution

由圖4可知，隨著實(shí)驗(yàn)頻率的不斷升高，新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2溶液的儲能模量G'和耗能模量G''均逐漸增大，并且存在一個交叉點(diǎn)，當(dāng)震蕩頻率小于交叉點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)值時，儲能模量G'小于耗能模量G''，聚合物TBS-2溶液的黏性大于彈性；而當(dāng)震蕩頻率大于交叉點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)值時，儲能模量G'則大于耗能模量G''，聚合物TBS-2溶液的彈性大于黏性，綜合來看，制備的新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2具有良好的黏彈性能。

2.5 驅(qū)油性能

按照1.3.4中的實(shí)驗(yàn)方法，評價了新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2溶液的驅(qū)油性能，聚合物溶液配制用水為模擬地層水，實(shí)驗(yàn)溫度為110℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2驅(qū)油性能評價結(jié)果Tab.1 Evaluation results of oil displacement performance of new polymer flooding agent TBS-2

由表1可知，5塊巖心的水驅(qū)采收率均在42%左右，而隨著注入新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2溶液PV數(shù)的不斷升高，最終采收率和聚合物驅(qū)提高采收率均呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，當(dāng)注入0.5PV的新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2溶液后，聚合物驅(qū)提高采收率幅度可以達(dá)到15%以上，最終采收率達(dá)到了58%以上，起到了良好的驅(qū)油效果，再繼續(xù)增大聚合物溶液的注入PV數(shù)，最終采收率和聚合物驅(qū)提高采收率雖然仍能有所提高，但提高的幅度逐漸變小。因此，綜合考慮聚合物驅(qū)油效率和現(xiàn)場施工成本等因素，推薦新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2溶液的最佳注入PV數(shù)為0.5PV。

3 結(jié)論

（1）室內(nèi)以兩性離子單體TBS和丙烯酰胺AM為合成原料，通過二元共聚法制備了一種適合高溫高礦化度油藏的新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2，并對其綜合性能進(jìn)行了評價。

（2）新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2具有良好的增黏性能、耐溫性能、抗鹽性能和黏彈性能，聚合物溶液在高溫高礦化度條件下仍能具備一定黏度；此外，新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2的驅(qū)油效果較好，當(dāng)注入0.5PV濃度為3000mg·L-1的聚合物驅(qū)油劑TBS-2溶液后，能使天然巖心采收率繼續(xù)提高15%以上；新型聚合物驅(qū)油劑TBS-2能夠適應(yīng)高溫高礦化度油藏條件，具備良好的耐溫抗鹽性能和驅(qū)油性能。