聚/表二元体系配制用水水质优化研究

陈　聪，唐洪明，韩丽娟，崔丹丹，严　曦

聚/表二元体系配制用水水质优化研究

陈聪1，2，唐洪明2*，韩丽娟2，崔丹丹3，严曦3

1.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学，四川 成都 610059 2.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学，四川 成都 610500 3.中国石油大港油田分公司采油工艺研究院，天津 大港 300280

聚/表二元体系配制用水的水质对体系性能有明显的影响，目前国内对该方面研究较少。以聚丙烯酰胺HTPW-112（离子聚合物）和表面活性剂DWS-3（非离子型）配制的聚/表二元体系为例，利用大量的室内实验，逐一评价矿化度、铁离子含量以及细菌等水质指标对聚/表二元体系黏度的影响，为相似油藏的配聚用水水质优化方法提供思路。实验表明，当Na+含量超过3 900 mg/L时聚表二元体系黏度上升，对二元体系具有一定的盐增稠性能。单一Mg2+、Ca2+含量大于500 mg/L体系黏度下降趋势增强，且Mg2+的影响程度略强于Ca2+。Fe2+含量超过5 mg/L，二元体系黏度开始大幅降低。SRB超过5个/mL、TGB超过100个/mL、FB超过100个/mL会使聚表二元体系溶液黏度大幅降低，细菌的代谢产物是造成黏度降低的重要因素。

聚/表二元体系；黏度；配制用水；水质；实验优化方法

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陈 聪，唐洪明，韩丽娟，等.聚/表二元体系配制用水水质优化研究［J］.西南石油大学学报：自然科学版，2015，37（2）：153-158.

Chen Cong，Tang Hongming，Han Lijuan，et al.A Study on Water Quality Optimization of the Polymer/Surfactant System［J］.Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2015，37（2）：153-158.

引言

目前国内油田用于提高采收率的主要手段是化学驱，是中国油田提高石油采收率的主攻技术。化学驱包括聚合物驱、碱驱、表面活性剂驱、二元复合驱、三元复合驱，泡沫驱等。其中聚/表二元复合驱在高矿化度非均质油藏具有较好的可行性［1］，聚/表二元复合驱具有适用范围广的特点，对高温高盐、地质条件差的油藏适应性更为突出［2］，据调研，在对大庆油田［34］、胜利油田［5］的实验中，聚/表二元复合驱均表现出了明显的优势。王德民［6］认为聚/表二元复合驱适于低渗透油层的三次采油，进一步发展的潜力很大。

目前对聚/表二元驱的研究重点集中在评价聚合物、表活剂的类型以及二者浓度对二元体系性能的影响，而忽略了配制聚/表二元体系用水（后文称配聚用水）的水质对其性能的影响。二元体系中聚合物驱注入水水质对聚合物溶液的黏度和驱油效果起着关键作用［7］。本文以大港油田港西三区聚/表二元驱为研究对象，通过大量实验，逐一评价配聚用水水质主要的三项指标（矿化度、铁离子含量和细菌含量）对二元体系黏度的影响，为相似油藏的配聚用水水质优化及实验评价方法提供科学的参考。

1　港西三区储层油藏特征概况

港西三区均为断块构造油气藏，区内油气分布间互出现，形成多套油水系统，无统一的油水界面。

港西三区原始地层压力一般在9.14∼12.85 MPa。油藏温度为 53.2◦C。原油密度为 0.920 4 t/m3，黏度为 76.17 mPa·s，凝固点为-12.1∼15.8◦C，含蜡为 9.1%，胶质 +沥青质含量为14.6%，地层水为NaHCO3型，地层水总矿化度为15 785 mg/L（表1）。

表1　港西三区流体性质数据表Tab.1　Reservoir fluid property of Area Gangxi-3

2　配聚用水水质优化评价

2.1各项水质指标对二元体系黏度影响实验评价方法

实验所选用的聚合物是聚丙烯酰胺HTPW-112，属于阴离子聚合物。所选用表面活性剂是DWS-3，属于非离子型。在矿化度对二元体系性能影响的实验中，配制聚合物和表面活性剂二元体系用水为港西三区聚二站污水，水质参数见表2。按照港西污水水质参数表（表2）配制实验用模拟地层水，在模拟地层水基础上配制二元体系。聚表二元体系中，聚合物浓度2 000 mg/L，表活剂浓度2 500 mg/L。

具体的实验方法及步骤如下：

（1）在模拟地层水配制的聚表二元体系中分别添加 Na+（NaCl）100，500，1 000， 2 000 mg/L，Mg2+（MgCl2）、Ca2+（CaCl2）50，150，500，1 000 mg/L，依次评价矿化度对二元体系的黏度及其稳定性影响。将装有溶液的样品瓶放入53◦C的烘箱里老化，然后分别测定0，3，7，21，40，60，90 d时溶液的黏度，考察聚合物和表面活性剂二元体系黏度的变化情况。以此评价配聚用水的矿化度对二元体系性能的影响。

表2　港西污水水质参数表Tab.2　Wastewater quality of Gangxi area

（2）用含不同铁离子浓度的聚表二元体系溶液分别老化0，3，7，14，28，40，50 d之后测黏度。以此评价配聚用水的铁离子浓度对二元体系性能的影响。

（3）利用《中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 0532—1993》绝迹稀释法测定各细菌的数量。本文主要评价了SRB、TGB、FB 3种细菌对二元体系性能影响，每种细菌有5个稀释度、3组并列样，每个稀释度所含细菌数量是与之相邻的后一个稀释度所含量的10倍，最后一级稀释度的细菌瓶中不含细菌，实验中取前4个稀释度的细菌进行实验。将每种稀释度的细菌均分到7个装有相同体积聚表二元体系的样品瓶中，使其混合均匀并密封，置于53◦C（储层温度）的烘箱中，分别测试3种细菌SRB、TGB、FB 4个不同细菌浓度时对聚表二元体系黏度及其稳定性的影响。测试细菌对聚表二元体系稳定性的影响时，选取0，3，7，21，40，60，90 d这7个点进行测试。

注：以上配好的溶液均进行除氧处理。将除氧后的溶液装入容积为100 mL的可密封的样品瓶中密封。

2.2各项水质指标对二元体系黏度及稳定性影响分析

2.2.1矿化度的影响分析

HPAM溶液的黏度随矿化度的变化通常称为盐敏性［8］，高价阳离子不但会严重地降低聚合物溶液的黏度，过高时还可能会使聚合物从溶液中沉淀出来。多价阳离子可来源于油田水，也可通过离子交换作用来源于油藏矿物。因此在进行聚合物驱或复合驱的初始阶段，必须考察矿化度对聚合物性能的影响。为了全面讨论矿化度对二元体系黏度的影响，文章分别做了Na+、Mg2+和Ca2+浓度的影响。

配聚用水原始Na+浓度为1900mg/L（表2）。图1a为Na+浓度和老化时间对聚表二元体系黏度的影响，从图中可以看出，Na+含量增加到1 000 mg/L（实际浓度达到2 900 mg/L）之前，随着Na+含量的增加，二元体系的黏度逐渐下降，而当Na+含量增加到2 000 mg/L（实际浓度达到3 900 mg/L）时黏度上升，表明二元体系具有一定的盐增稠性能，原因是盐的加入一方面使溶剂极性增强，聚合物分子间疏水缔合作用增强，黏度增加。从图1a还可以看出，随着老化时间的增加，开始几天黏度有一定的上升，然后黏度逐渐下降。在老化时间90 d后，Na+浓度增加100， 500，1 000，2 000 mg/L时，黏度保留率（与第0天相比）分别为48.9%，43.9%，39.1%，42.4%。尽管随老化时间增加二元体系黏度值下降较快，但老化后黏度的绝对值仍然比较高。因此，二元体系具有较好的老化稳定性。

图1　矿化度对二元体系黏度及稳定性的影响Fig.1　Effect of salinity on viscosity and stability of polymer/ surfactant flooding

配聚用水Mg2+原始浓度为18 mg/L（表2）。图1b为Mg2+浓度和老化时间对聚表二元体系黏度的影响，Mg2+含量对聚表二元体系黏度的影响非常大。在整个老化过程中，Mg2+含量与聚表二元体系黏度呈负相关关系。随着老化时间的增加，黏度下降，当老化时间从60∼90 d，黏度变化逐渐减小并趋于稳定。当Mg2+含量大于500 mg/L时，溶液黏度的下降趋势加剧。

配聚用水Ca2+原始浓度为35 mg/L（表2）。图1c为Ca2+浓度和老化时间对聚表二元体系黏度的影响，Ca2+含量≤500 mg/L时，所配的聚表二元体系的初始黏度均大于100.0 mPa·s，随着老化时间的延长，黏度有一定下降；Ca2+含量达到1000mg/L时所配的聚表二元体系的初始黏度只有53.7 mPa·s，低于前3个较低浓度Ca2+溶液所配制的聚表二元体系的初始黏度，但溶液黏度随老化时间的变化不大。

通过以上实验数据可以看出，随着Na+、Ca2+、Mg2+浓度的增加，二元体系黏度呈下降趋势，主要原因是盐分的阳离子屏蔽了二元体系中聚合物的分子主链上阴离子的静电斥力，大分子链发生卷曲［8］，大大削弱了聚合物分子的抗盐性能［9］，从而黏度下降。图1b，图1c中看出，Mg2+对黏度的影响程度略强于Ca2+，其原因是Mg2+的水化离子半径比Ca2+的水化离子半径小［10］，更易与聚合物分子链上的羧基作用，引起分子链卷曲，黏度下降更快。

综合以上实验，从黏度方面考虑，二元体系具有较好的老化稳定性，该类聚表二元体系适合用于Mg2+含量≤500 mg/L，Ca2+含量≤500 mg/L的油藏。

2.2.2铁离子含量的影响分析

表3为Fe2+含量对二元体系黏度的影响，可以看出，随Fe2+含量的增加，体系的黏度降低，特别是当Fe2+含量≥5 mg/L时，黏度下降非常明显，当Fe2+含量为20 mg/L时，体系的黏度降到了10 mPa·s以下，说明Fe2+含量对体系黏度影响非常大。随着老化时间的延长，黏度有一定降低，20 d后黏度变化不大，实验中也发现，二元体系溶液中加入FeSO4后，溶液慢慢变为淡黄色。

Fe2+离子具有还原性，它会促进聚合物发生氧化降解反应，另外Fe2+存在，与R—COO—相互作用使聚合物分子卷缩，在水中舒展不开，降低了聚合物的黏度。

因此，在配制聚合物溶液之前要尽可能除去Fe2+，或加入其他的添加剂来减小Fe2+对体系性能的影响。也可以采取暴氧将二元体系中的Fe2+氧化为Fe3+后产生三价铁的沉淀，以此除掉Fe2+。

表3　Fe2+含量对聚表二元体系溶液黏度的影响Tab.3　Influence of iron ion concentration on the viscosity of polymer/ surfactant flooding

2.2.3细菌含量的影响分析

不同浓度的各细菌对二元体系的影响实验结果见表4。

表4　各细菌对二元体系黏度影响测定结果Tab.4　Influence of the bacterial concentration on the viscosity of polymer/surfactant flooding

由表4中可以看出：随着老化时间的增长，含硫酸盐还原菌（SRB）的聚表二元体系溶液黏度损失率非常大，20 d后黏度损失值高达90%，之后逐渐趋于稳定，但不同数量级的该种细菌含量对聚合物黏度影响不大，即只要二元体系溶液含有SRB，随着时间增长黏度都会急剧下降。

铁细菌（FB）含量小于5个/mL时，体系的初始黏度较高（约70 mPa·s），此后随老化时间的增长，黏度逐渐下降。当FB含量为20，200，2 000个/mL时，黏度变化的趋势基本一致，初始黏度低（小于10 mPa·s），随老化时间的延长，黏度变化不大。

腐生菌（TGB）对二元体系黏度的影响：在初期聚表二元体系溶液的初始黏度较高，但随着老化时间的延长损失，黏度出现急剧下降，老化时间为3 d的黏度与初始黏度相比，黏度损失率高，达到了90%左右。此后溶液黏度变化不大。实验表明：腐生菌的代谢产物对体系的黏度影响很大。因此，配聚用水中腐生菌的浓度应不超过100个/mL。

总结细菌含量对体系黏度影响的实验结果来看，细菌对聚表二元体系的黏度影响非常大，是影响聚合物溶液黏度的一个重要因素。在实验中发现，随着时间的延长，虽然体系中微生物的数量呈逐渐降低趋势（21 d时，体系中微生物数量已经很少），但聚合物溶液的黏度仍会降低。

关于细菌对聚合物黏度的影响，前期也有人做了大量的实验。探讨究竟是细菌本身对聚合物造成降解，还是细菌代谢产物加速了聚合物的降解。王学佳［11］等通过应用紫外线杀菌工艺对污水进行处理后，对比杀菌前后污水配制聚合物溶液的黏度，发现黏度差异不显著。分析认为，杀菌后的溶液中，已产生Fe2+等还原性物质仍存在于溶液中，对聚合物溶液仍具有较强的降解作用。因此，经过杀菌的污水配制的聚合物溶液黏度并不会大幅度提高。韩斯琴［12］等人的研究表明，在实验条件下，采出水-PAM体系中SRB菌的数量随培养时间的延长而迅速下降。但微生物可通过代谢机制完成PAM的降解，聚合物的黏度因此仍会降低。

结合前人研究和本次实验认为，配聚用水中的细菌会对导致聚合物黏度大幅降低，代谢产物是影响聚合物黏度的重要因素。

黏度和界面张力是影响聚表二元体系性能的重要参数，由于篇幅原因，本文对界面张力受到配聚用水水质的影响没有具体叙述。

3　结　论

（1）当Na+含量增加2 000 mg/L（实际浓度为3 900 mg/L）时聚表二元体系黏度上升，对二元体系具有一定的盐增稠性能。单一Mg2+含量≤500 mg/L或者单一Ca2+含量≤500 mg/L，且Mg2+的影响程度略强于Ca2+的影响，即推荐二元体系中二价离子含量应控制在≤500 mg/L的范围内。

（2）Fe2+含量对体系黏度影响非常大，推荐该类聚表二元体系用于Fe2+含量≤2 mg/L的油藏。

（3）单一细菌对聚表二元体系性能的影响评价实验表明，SRB超过5个/mL、TGB超过100个/mL、FB超过100个/mL会使聚表二元体系溶液黏度大幅降低，细菌的代谢产物是时黏度降低的重要因素。

（4）经实验优化后的配用水水质指标为：Ca2+、Mg2+含量分别≤500 mg/L，Fe2+含量≤2 mg/L，SRB、FB、TGB含量分别≤100个/mL。

（5）用本文建议的单一因素实验评价方法可以很好优化评价用于不同油藏的不同聚表二元体系配制用水水质，改善二元体系性能。

［1］杨燕，蒲万芬，刘永兵，等.NNMB/NAPS二元体系与原油界面张力研究［J］.西南石油学院学报，2006，28（1）：68-70.

Yang Yan，Pu Wanfen，Liu Yongbing，et al.Study of interfacial tension between NNMB/NAPS binary system andcrudeoil［J］.JournalofSouthwestPetroleumInstitute，2006，28（1）：68-70.

［2］吕鑫，张健，姜伟.聚合物/表面活性剂二元复合驱研究进展［J］.西南石油大学学报：自然科学版，2008，30（3）：127-130.

Lü Xin，Zhang Jian，Jiang Wei.Progress in polymer/surfactant binary combination drive［J］.Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2008，30（3）：127-130.

［3］夏惠芬，马文国，李丹，等.聚合物/两性表面活性剂二元体系提高水驱后残余油采收率研究［J］.钻采工艺，2007，30（3）：99-100，110.

Xia Huifen，Ma Wenguo，Li Dan，et al.Study on enhancing recovery ratio of residual oil by using polymer/amphoteric surfactant compound system after water flooding［J］.Drilling&Production Technology，2007，30（3）：99-100，110.

［4］吴文祥，张玉丰，胡锦强，等.聚合物及表面活性剂二元复合体系驱油物理模拟实验［J］.大庆石油学院学报，2005，29（6）：98-100.

Wu Wenxiang，Zhang Yufeng，Hu Jinqiang，et al.Effect of pre-slug of polymer/surfactant upon the recovery effi-ciency of ASP compound flooding［J］.Journal of Daqing Petroleum Institute，2005，29（6）：98-100.

［5］于丽，孙焕泉，肖建洪，等.聚驱后SDCM-1/聚合物二元复合体系提高采收率研究［J］.油田化学，2007，24（4）：355-359.

Yu Li，Sun Huanquan，Xiao Jianhong，et al.SDCM-1/HPAMsurfactant/polymercombinationalflooding fluid for further enhanced oil recovery after polymer flood finished［J］.Oilfield Chemistry，2007，24（4）：355-359.

［6］王德民.发展三次采油新理论新技术，确保大庆油田持续稳定发展（下）［J］.大庆石油地质与开发，2001，20（4）：1-5.

［7］王其伟，陈晓彦，马宝东，等.国内外聚合物驱水质研究概述［J］.油气地质与采收率，2002，9（5）：54-56.

Wang Qiwei，Chen Xiaoyan，Ma Baodong，et al.Brief account of study on water quality in polymer flooding at homeandabroad［J］.PetroleumGeologyandRecoveryEfficiency，2002，9（5）：54-56.

［8］AMISEJ，HuNing，SEERYTAP，etal.Associatingpolymers containing fluorocarbon hydrophobic units［C］∥GLASS J E.Hydrophilic Polymers：Performance with Environmental Acceptance.Advance in Chemistry Series 248，American Chemical Society，Washington D.C.，1996：279-302.

［9］杨靖.污水聚合物粘度稳定性研究［D］.大庆：大庆石油学院，2009.

［10］唐恒志，张健，王金本，等.绥中36-1油田注入水水质对疏水缔合聚合物溶液粘度的影响［J］.中国海上油气，2007，19（6）：390-393，401.

TangHengzhi，ZhangJian，WangJinben，etal.Influences of injected water quality on the viscosity of hydrophobic associatedpolymersolutioninSuizhong36-1Oilfield［J］. ChinaOffshoreOilandGas，2007，19（6）：390-393，401.

［11］王学佳.含油污水中细菌与聚丙烯酰胺双向影响研究［J］.油气田地面工程，2008，27（8）：17-18.

［12］韩斯琴，李百广，孙绮，等.微生物对油田污水-聚丙烯酞胺体系粘度的影响［J］.生物技术通报，2008（增）：362-365，373.

Han Siqin，Li Baiguang，Sun Qi，et al.The effect of microbes on the viscosity of oilfield wastewaterpolyacrylamidesystem［J］.BiothchnologyBulletin， 2008（S）：362-365，373.

陈 聪，1985年生，男，汉族，四川自贡人，博士研究生，主要从事储层地质及油气层开发方向的研究工作。E-mail：303603207@qq.com

唐洪明，1966年生，男，汉族，四川武胜人，教授，博士生导师，主要事储层地质、油气层保护技术研究。E-mail：swpithm@vip.163.com

韩丽娟，1975年生，女，汉族，陕西蓝田人，副教授，主要从事油气增产及化学驱提高采收率方面的研究工作。E-mail：lijuanhan2001@163.com

崔丹丹，1985年生，女，汉族，河北保定人，工程师，主要从事三次采油提高采收率方向的研究工作。E-mail：362135055@qq.com

严 曦，1985年生，女，汉族，安徽桐城人，工程师，主要从事三次采油提高采收率方向的研究工作。E-mail：158690377@qq.com

编辑：牛静静

编辑部网址：http：//zk.swpuxb.com

A Study on Water Quality Optimization of the Polymer/ Surfactant System

Chen Cong1，2，Tang Hongming2*，Han Lijuan2，Cui Dandan3，Yan Xi3
1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China 2.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China 3.Oil Production Research Institute，Dagang Oilfield Branch，PetroChina，Dagang，Tianjin 300280，China

Polymer/surfactantfloodingwithwaterhasasignificantimpactonthesystemperformance，buthasnotbeenfullyresearchinChina.Inthispaper，withthepolyacrylamideHTPW-112（ionicpolymer）andsurfactantDWS-3（nonionic）preparation of polymer/surfactant flooding for examples，we make a large number of laboratory experiments to evaluate the impact of water quality indexes such as salinity，iron ion content and bacterial on the viscosity of the polymer/surfactant flooding，which provides a new approach for the optimization method of the poly water in the similar reservoir.Experiments show that the viscosity of polymer/surfactant flooding increases when the sodium ion content is above 3 900 mg/L，and the system has certain salt thickening performance.The downward trend of the system viscosity increases when single magnesium and single calcium ions content are more than 500 mg/L.When SRB is than 5 per milliliter，TGB more than 100 per milliliter，and FB more than 100 per milliliter，the system viscosity will reduce greatly.Bacterial metabolites are one of the important factors causing viscosity reduce.

polymer/surfactant system；viscosity；preparation of wate；water quality；optimization experiment

10.11885/j.issn.1674-5086.2013.12.02.01

1674-5086（2015）02-0153-06

TE357

A

2013-12-02网络出版时间：2015-03-30

唐洪明，E-mail：swpithm@vip.163.com