影响牛心坨油田交联聚合物成胶效果因素研究

曹广胜，李建晔，王培伦，李世宁，何 奇，祝 健

(东北石油大学石油工程学院，黑龙江 大庆 163000 )

影响牛心坨油田交联聚合物成胶效果因素研究

曹广胜，李建晔，王培伦，李世宁，何 奇，祝 健

(东北石油大学石油工程学院，黑龙江 大庆 163000 )

交联聚合物是聚丙酰胺聚合物与交联剂通过分子内交联和少量的分子间交联所形成的微凝胶体系。通过室内研究实验，配制了由阴离子型水解聚丙酰胺HPAM(1900万)0.3%+乙酸铬0.15%组成的交联聚合物调剖体系。针对牛心坨油田研究了影响铬体系交联聚合物成胶性能的几个主要因素：水质、金属二价铁离子、溶解氧、聚交比、矿化度等。结果显示，二价铁离子质量浓度超标是破坏牛心坨油田交联聚合物成胶效果的最主要因素。

牛心坨油田； 交联聚合物；影响因素； 室内实验

调剖过程中调剖剂的稳定性和黏弹性对提高采收率起到至关重要的作用。针对矿场出现的问题，为了进一步了解交联聚合物的成胶特性及其影响因素。在模拟地层温度、矿化度条件下，进行了一系列室内研究，以黏度和成胶有效期为主要参数，考察了影响牛心坨油田交联聚合物成胶性能的几个主要因素。

1 实验部分

1.1 实验药品

实验所用药品如表1所示。

表1 实验药品与试剂

1.2 实验仪器

Mettler Toledo高精度天平，PL303型，梅特勒-托利多生产；BROOKFIELD数显黏度计，DV-II+Pro型，美国AMETEK集团公司生产；雷磁多参数分析仪，DZS-708型，上海精密科学仪器有限公司生产；数显恒速电动搅拌器，JB200-SH型，成都市宜邦科析仪器有限公司生产；热鼓风干燥箱，FCD-300型，上海越众仪器设备有限公司生产。

1.3 实验方法

采用控制变量法，在控制其他影响因素不变的情况下，调节变量的范围，力求找到变量与成胶效果的因果关系。具体的实验步骤大体如下：在常温条件下，取牛心坨水样300 mL，搅拌器在200 min-1的剪切速率下搅拌水样，缓慢加入聚合物，搅拌40 min后在同等剪切速率下加入交联剂，搅拌20 min后将配制好的调剖剂放入65 ℃的恒温箱，观察其成胶状况，每天测其黏度并记录。

2 交联聚合物成胶影响因素分析

2.1 聚交比对交联聚合物成胶性能的影响

不同聚交比实验样品黏度与时间的关系如表2所示。

从表2可以得出，聚交比不同对聚合物成胶有一定的影响，相同的聚交比，不同的聚合物和交联剂的量也会对聚合物成胶有一定的影响，而且相差很大，成胶天数最多相差36 d。因此，在调剖作业前为得到最好的效果，应优选合适的调剖剂配方。因此，最优聚交比为2∶1。最优配方：聚合物质量分数为0.35%，交联剂质量分数为0.175%。

表2 不同聚交比实验样品黏度与时间关系数据

2.2 二价铁离子对交联聚合物成胶性能的影响

二价铁离子交联聚合物样品的黏度与时间的关系如图1 所示。全部样品为牛心坨油田现场过滤污水。

由图1可知，二价铁离子的存在破坏了交联聚合物的成胶。当二价铁离子质量浓度达到30 mg/L时，成胶48 h便开始呈破胶趋势，黏度峰值达20 000 mPa·s，二价铁离子质量浓度达到30 mg/L以上时成胶黏度大幅下降。研究结果表明，二价铁离子在有氧环境下对调剖剂的稳定性影响十分明显，由于二价铁离子在溶液中存在会削弱凝胶分子间的排斥力。从宏观上看，调剖剂的黏度会发生下降，由此可知，二价铁离子对调剖剂影响很大。

2.3 溶解氧对交联聚合物成胶性能的影响

交联聚合物中溶解氧对样品黏度与时间的影响如图2所示。

利用牛心坨水样配制的交联聚合物溶液中，溶解氧是影响交联聚合物成胶的因素。当聚合物中溶解氧质量浓度较小时，氧不能完全使硫酸盐还原菌失活，因此硫酸盐还原菌仍然会对聚合物的成胶造成破坏，而当聚合物中溶解氧质量浓度较大时，过多的氧会破坏聚合物的分子链，使聚合物的分子链经氧的作用而断裂，导致聚合物黏度下降。

2.4 矿化度对交联聚合物成胶性能的影响

矿化度对样品黏度随时间变化的影响如图3所示。矿化度调节剂包含的盐类有：CaCl2、MgCl2、Na2SO4、Na2CO3、NaHCO3、NaCl。

由图3可以看出，矿化度对交联聚合物成胶性能有一定的影响。体系中含有一定的矿化度有利于聚合物成胶，矿化度较低和较高的体系，成胶天数少。矿化度在0～4 000 mg/L范围内，黏度随矿化度的增加而升高；当矿化度超过5 000 mg/L时，聚合物的黏度开始下降；当矿化度达到7 000 mg/L时，聚合物的成胶天数最少。

2.5 水质对交联聚合物成胶性能的影响

不同水质实验样品黏度与时间对应关系如表3所示。其中，“样品1”和“样品2”为清水配制，矿化度与牛心坨油田的现场过滤污水一致。“样品3”和“样品4”为牛心坨现场过滤污水配制。

表3 不同水质实验样品黏度与时间的关系

由表3可以看出，水型对交联聚合物成胶有一定的影响，清水配制的交联聚合物溶液的成胶性能要高于污水配制。说明清水配制的聚合物更能促进聚合物分子内部和分子间发生交联反应。

3 结论

(1)水质是影响交联聚合物体系成胶的一个重要因素，清水配制交联聚合物体系的成胶效果优于油田现场过滤污水，因为清水配制调剖剂不受细菌以及其他不确定性因素的影响，因此成胶效果好。

(2)当Fe2+质量浓度超过25 mg/L时，调剖剂黏度损失率已超过90%。二价铁离子的存在会抑制聚合物分子间和少量分子内部交联。对交联聚合物成胶性能影响最大。

(3)聚合物质量浓度、聚交比对聚合物体系成胶性能有影响。最优聚交比为2∶1，最优配方为聚合物质量分数为0.35%，交联剂质量分数为0.175%。

(4)矿化度对交联聚合物成胶性能有一定的影响。体系中含有一定的矿化度有利于聚合物成胶，矿化度较低和较高的体系，成胶天数少。从实验中得出矿化度在0～4 000 mg/L范围内，黏度随矿化度的增加而升高，当矿化度超过5 000 mg/L时，聚合物的黏度开始下降。

(5)溶解氧对交联聚合物成胶有所影响，过低的溶解氧会引起厌氧菌硫酸盐还原菌对聚合物的分解作用。含氧量质量浓度为6 mg/L凝胶体系在0～8 mg/L区间效果最佳，放置140 h开始成胶，成胶后黏度长时间保持在22 000～28 000 mPa·s，因此为了取得较好的曝氧效果，优化曝氧水平应该在6 mg/L左右。

[1] 卢祥国，张世杰，陈卫东，等.影响矿场交联聚合物成胶效果的因素分析[J].大庆石油地质与开发，2002(4)：61-64，85.

[2] 郭松林，陈福明，李霞.交联聚合物成胶性能影响因素研究[J].大庆石油地质与开发，2001(2):36-38,136.

[3] 李明远，董朝霞，吴肇亮.部分水解聚丙烯酰胺/柠檬酸铝交联体系分类探讨[J].油田化学，2000(4):343-345.

[4] 邓俊.弱凝胶驱油体系研究[J].四川化工，2008(2):10-13.

The Affecting Factors of Gel-forming of Cross-linked Polymer in Niuxintuo Oilfield

CAO Guang-sheng， LI Jian-ye， WANG Pei-lun， LI Shi-ning， HE Qi， ZHU Jian

(Northeast Petroleum University Petroleum Engineering College， Daqing 163000， China)

Cross-linked polymer is formed by poly propylene amide polymers and the cross-linking agent through the molecular cross-linkingand a small amount of intermolecular cross-linking. Withthe indoor experiment, compounding a kind of cross-linked polymer system which is composed of 0.3% polymer(HPAM) and 0.15% cross-linking(chromium arsenide). For the Niuxintuo oilfield, a series of bench scale tests were performed to study the affecting factors of Cr3+cross-linking agent, including the water quality, Fe2+, dissolved oxygen, salinity and so on..The results show that Fe2+content is the main factor and exceeds bid of Fe2+content, whichmay breakthe cross-linked polymer gel.

Niuxintuo olifield; crosslinked polymer; factors; laboratory experiment

2016-07-14

曹广胜(1966—)，男，博士，教授，博士生导师，从事采油采气工艺理论与技术研究，E-mail:caoguangsheng@163.com。

TE357

A