特低渗油藏热水驱阻垢剂的合成、评价及应用研究

2014-07-05马丽萍徐春梅贾玉琴刘笑春

油气藏评价与开发 2014年2期

马丽萍徐春梅贾玉琴刘笑春

（1.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西西安 710018；2.中国石油低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710018）

热水驱技术早在20世纪60年代已被证明可降低原油黏度，使流度比下降，从而提高采收率，但一直未被大规模应用，其主要原因是热水的含热量小，不宜作为有效的热载体把热量带入油藏，同时油田在热水驱开发过程中，结垢是影响油田开采的主要问题。特别是低渗、特低渗透油田，储层孔隙、喉道非常细小，一旦结垢很容易堵塞油气通路，降低储层渗透率，造成注水压力大大增加，降低采收率，严重影响油气田开采。

目前，国内外各大油田所采用的阻垢剂一般在60～70℃下使用，在高于85℃高温下使用时，阻垢剂失效[1-2]。针对这一现状，开展研究适合特低渗高温条件下应用的阻垢剂，通过自由基聚合的方法合成出含有羧酸基、膦酰基和磺酸基MA/AA/AM/AMPS共聚物阻垢剂，解决了油田注热水驱油过程中常规阻垢剂失效引起的集输系统和设备结垢而损坏的问题。

1 实验部分

1.1 合成原理

在本实验中采用马来酸酐、丙烯酸提供羧酸基团，AMPS提供磺酸基团，次亚磷酸钠提供膦酰酸基团，同时也作为分子量调节剂来控制聚合物的分子量，过硫酸铵为引发剂，并选择水溶性较好的丙烯酰胺来提供吸附分散基团，合成符合要求的马来酸酐-丙烯酸-AM-AMPS四元共聚物阻垢剂来提高对碳酸钙、硫酸钙的阻垢耐温性和阻垢率[3-6]。

1.2 合成方法

在装有搅拌器、恒压滴液漏斗的500 mL三口烧瓶中，待温度升至50～60℃时，加入一定量的MA和去离子水，用20%的NaOH水溶液调pH至5，然后依次加入次亚磷酸钠、丙烯酸、丙烯酰胺，升温至90℃时，分别从两侧滴加AMPS单体和引发剂APS水溶液，滴加时间为1.5 h，滴加完毕后继续保温反应1.5 h，冷却至室温出料，可制得具有一定黏度的固含量为20%的无色或淡黄色透明液体，即为MA/AA/AM/AMPS四元共聚物溶液。将产物倾倒至丙酮溶液中，由于丙酮和水完全混溶，故共聚物从水中沉析出来，减压抽滤，用丙酮洗涤3～4次，将滤出物60℃真空干燥，即得纯化产品[4,7，8]。

1.3 聚合物阻垢剂表征和分析

1.3.1 红外光谱分析

由图1可知，2 570 cm-1处出现了-OH的伸缩振动峰；1 710 cm-1处出现了C=O的伸缩振动峰，说明共聚物中含有羧酸基；在1 685 cm-1处出现了酰胺基特征吸收峰；1 449 cm-1处出现了-P的伸缩振动峰，说明共聚物中含有磷基；1 188 cm-1和1 042 cm-1处分别出现-O=S(OH)=O的对称和不对称伸缩振峰，说明共聚物中含有磺酸基。红外光谱分析结果表明，共聚物分子中同时含有羧酸基、膦基和磺酸基等阻垢分散基团，与实验设计相符。

图1 MA/AA/AM/AMPS的FTIR谱图Fig.1 FTIR spectrogram of MA/AA/AM/AMPS

1.3.2 聚合物分子量及其黏度

常温下，用乌氏黏度计测量，合成聚合物体系分子量为800 060 mg/L时，其黏度为1.1 mPa·s,与水基本一样，所以在超低渗地层不存在注入性问题，适合于超低渗地层。

2 阻垢剂阻垢性能的影响因素

2.1 引发剂用量对阻垢剂阻垢性能的影响

图2 引发剂用量对共聚物阻垢性能的影响Fig.2 Initiator amounts and its effects on copolymer scale inhibition performance

由图2可以看出，随着引发剂用量的增大，共聚物的阻垢率先增大后减小。引发剂用量太少时阻垢效果较差，如引发剂用量为5%时，对CaCO3和CaS04垢的阻垢率分别为92.8%和93.1%。引发剂用量在9%～12%范围内（占单体总质量），具有良好的阻垢效果。从综合效果看，过硫酸铵用量为单体总质量的10%时，所合成共聚物的阻垢率最佳，此时MA/AA/AM/AMPS共聚物对碳酸钙和硫酸钙的阻垢率分别为96.74%和96.91%。

2.2 阻垢剂用量对阻垢性能的影响

考察了合成的MA/AA/AM/AMPS四元共聚物在不同用量下对碳酸钙和硫酸钙的阻垢性能的影响，结果见图3。

从图3中数据可知，随着共聚物用量增大，MA/AA/AM/AMPS对碳酸钙和硫酸钙的阻垢率都呈现先上升后略降低的趋势。从图3对碳酸钙阻垢率曲线可知，当MA/AA/AM/AMPS用量达到60 mg·L-1时，其对碳酸钙的阻垢率为96.97%，随用量进一步增加，其阻碳酸钙性能略下降。从图3对硫酸钙阻垢率曲线可知，当MA/AA/AM/AMPS用量为10 mg·L-1时，其对硫酸钙的阻垢率达到最大值为96.69%，当用量过高时，其阻硫酸钙性能也略有下降。这是因为MA/AA/AM/AMPS共聚物分子链上同时含有羧酸基、酰胺基和磺酸基等基团，这些活性基团对Ca2+具有较强的螯合、分散、增溶、晶格畸变作用，从而起到良好的阻垢作用。随着共聚物用量增大，共聚物与Ca2+间的相互作用增强，其阻垢性能增加，当用量分别为60 mg·L-1和10 mg·L-1时，其对碳酸钙和硫酸钙的阻垢率达到最大值。但共聚物用量过多时，MA/AA/AM/AMPS因分子链上活性基团间的强烈的极性作用而发生絮凝，从而对碳酸钙和硫酸钙的阻垢性能略降低。

图3MA/AA/AM/AMPS用量对其阻垢率的影响Fig.3 MA/AA/AM/AMPS amounts and its effects on scale inhibition rate

2.3 温度对阻垢剂阻垢性能影响

阻垢测试温度直接影响碳酸钙、硫酸钙的生成速率及其在水中的溶解度，同时也影响着阻垢剂的稳定性，从而会直接影响到阻垢剂的阻垢效果。本实验对于碳酸钙和硫酸钙体系，分别固定MA/AA/AM/AMPS的用量为60 mg·L-1和10 mg·L-1，考察不同温度对共聚物阻垢性能的影响，结果见图4。

从图4可以得出，MA/AA/AM/AMPS对碳酸钙和硫酸钙的阻垢率随温度升高有所下降，但下降趋势较平缓。这是因为随着温度升高，碳酸钙和硫酸钙微晶运动加快，易于絮聚成垢，加之共聚物对垢微晶的吸附是放热的，温度升高降低了共聚物对垢微晶的吸附速率和吸附量，从而使得共聚物的阻垢作用随温度升高而降低。当温度达到90℃时，MA/AA/AM/AMPS对碳酸钙和硫酸钙的阻垢率都维持在96%以上，这说明合成共聚物具有很好的高温阻垢效果，可适用于高温水系统。

3 现场实验

注热水驱试验选择具有较好物性的王窑作业区，该油藏原始温度44.2℃，油层平均孔隙度13.3%，平均渗透率2.4×10-3μm2，地层水矿化度74.59 g/L，以CaCl2型为主，属稳定、封闭的原生水。经过前期注水开发，年综合递减较快，为了保持较好的开采状况，进行注热水保持地层能量进行开采，应用该阻垢剂表现出了较好的阻垢效果。