聚合物注入系统黏度损失影响因素分析

2020-09-22王文昊

油气与新能源 2020年5期

王文昊*

（大庆油田有限责任公司第四采油厂）

0 引言

目前，聚合物驱油已经成为大庆油田及其他老油田进一步提高采收率、实现原油稳产的重要手段。聚合物驱油是利用聚合物溶液具有较高的黏度，使驱替液和地层原油的流度比降低，从而提高驱替液的波及体积，达到提高油藏采收率的目的。但直到目前，聚合物溶液在地面系统中的黏度损失仍然是一项难以解决的问题。不同条件下的测试结果表明，仅地面工艺部分，聚合物溶液的黏度损失就在20%～50%之间。过大的黏度损失一方面造成了聚合物的用量增加，使驱油成本上升；另一方面由于黏度损失的存在，使依靠增黏作用的注入体系驱油效果受到了不良影响。

影响聚合物溶液黏度的因素很多。就配制聚合物用水而言，主要有聚合物溶液的浓度、配制水的矿化度等；就聚合物溶液的配制过程而言，主要是降解的影响，包括机械降解、化学降解、生物降解等。目前聚驱注入工艺主要流程为：聚合物母液经注聚泵加压，通过母液流量调节器控制流量，与高压水在静态混合器处混合，达到要求的配注量及配注浓度后形成目标聚合物溶液，经注入管道配注到注入井。工艺流程见图1。

图1 聚驱注入工艺流程

本文从配制稀释聚合物用水的矿化度、微生物，配注过程中细菌及其代谢产物，流量调节器前后压差等几个主要黏度损失节点分析影响黏度损失的主要原因，从而对注入系统的调整和改造提供技术依据，以不断提高注入系统驱油过程中的注入质量。

1 污水及地面工艺设备对黏度的影响因素分析

1.1 矿化度对聚合物溶液黏度的影响

聚合物溶液黏度随矿化度的变化通常称为盐敏性。由于无机盐中的阳离子较偶极水有更强的亲电性，因而它们优先或取代了水分子，与聚合物分链上的羧基形成反离子对，从而屏蔽了高分子链上的负电荷，排出了一些束缚水分子，因而随着矿化度的升高，聚合物溶液中的分子由伸展构象逐渐趋于卷曲构象，使分子的有效体积缩小，从而使溶液黏度下降。

以杏六区注入站用浓度为5 000 mg/L聚合物母液及稀释后浓度为1 800 mg/L目标聚合物溶液的现场数据为依据，分析污水矿化度对黏度的影响。具体数据见表1和图2，图2（a）为污水矿化度对母液黏度影响曲线，图2（b）为污水矿化度对目标聚合物溶液黏度影响曲线。

表1 母液、聚合物溶液黏度及用水水质数据

图2 母液及稀释后溶液黏度随污水矿化度变化曲线

由表1可以看出，污水矿化度在6月份有明显的增加，从5 738.53 mg/L增加到6 040.24 mg/L，增加了301.71 mg/L，母液黏度从92.62 mPa·s降低到88.36 mPa·s，降低了 4.26 mPa·s。并且，随着污水矿化度的增加，母液黏度持续下降，当5月份污水矿化度大于5 700 mg/L以后，黏度的下降趋势较为显著，8月份母液黏度为82.27 mPa·s，较5月份降低了 10.35 mPa·s。

由图2（a）可以看出，随着污水矿化度的增加，母液黏度下降，图中两个曲线成反比关系，矿化度大于5 700 mg/L以后，黏度下降显著；由图2（b）可以看出，随着污水矿化度的增加，黏度曲线呈水平状态，目标聚合物溶液黏度随着矿化度的增加没有明显的变化。

从上面的数据分析可以得出，污水矿化度对聚合物母液的黏度有很大的影响，随着矿化度增加到5 700 mg/L以后，母液黏度明显下降，但对目标聚合物溶液黏度没有明显影响。原因是：母液经过管道输送至注入站，与高压水在静态混合器中混合，最后经管道输送至井口，这个过程存在着各种剪切降解，降解后聚合物分子链断裂，分子变小，这个过程污水中阳离子对母液中水分子的影响几率变小，从而溶液黏度下降幅度变小，即对黏度影响变小，在这个过程中，污水矿化度降解和其他的剪切降解相比，基本可以忽略不计。

文献证明：在矿化度较低的情况下，Ca2+、Mg2+对聚合物黏度的影响占主要地位；而随着矿化度的增加，Ca2+和 Mg2+对聚合物黏度的影响越来越小，聚合物黏度基本上趋于稳定[1]。

因此，从上面的分析以及大量文献证明，矿化度不是影响污水稀释聚合物体系黏度的主要因素。

1.2 微生物对聚合物溶液黏度的影响

1.2.1 污水曝氧量对聚合物溶液黏度的影响

由于油田采出水中含有大量的硫酸盐还原菌、腐生菌和铁细菌等众多细菌，在无氧环境中，可以生成 Fe2+等还原性物质[2]，在聚合物溶液中发生氧化-还原反应而使聚合物迅速降解，说明影响聚合物体系黏度的主要因素是微生物及还原性物质。根据相关文献，污水曝氧法可以杀灭大部分硫酸盐还原菌和其他一些厌氧菌，氧化污水中的还原性物质，硫酸盐还原菌的杀菌率可达到99.2%[3]。

为确定污水曝氧量对聚合物溶液黏度的影响程度，开展了污水曝氧量对黏度损失的影响试验，具体试验数据见表2。表2中3口井取样节点为流量调节器后，化验溶液浓度均为1 800 mg/L。

表2 曝氧量与聚合物黏度关系数据

由表2可以看出，曝氧污水稀释的聚合物溶液黏度远大于用非曝氧污水稀释的溶液黏度。说明通过污水曝氧，可以有效杀灭大部分硫酸盐还原菌和其他一些厌氧菌，氧化污水中的还原性物质，从而可以大幅度减少对聚合物溶液黏度的损失。因此，通过以上分析可知，影响污水配制聚合物溶液黏度的主要因素是污水曝氧效果。

1.2.2 输送过程细菌及其代谢产物对黏度的影响

聚合物溶液在管道输送过程中不仅存在剪切降解，且管中细菌及其代谢产物对黏度也存在影响。在输送过程中由于剪切降解存在的黏度损失是不可避免的[4-5]，因此，在现场可以减少黏度损失的因素为注入管道中的细菌及其代谢产物。

为确定注入管道中杂质对黏度损失的影响程度，选取注入站黏度损失较大的3口注入井（注入管道均为玻璃钢管）开展了相关试验。在正常注入和清洗管道两种情况下，分别从注入站出站处及注入井口取样。单井管道参数及清洗管道前后黏度损失变化情况见表3。

由表 3可以看出，3口井在清洗管道前从出站到井口黏度损失最大达到32.72%，最小黏度损失为21.84%。根据大量现场试验得知，输送管道对聚合物的剪切降解率为每公里1.27%～3.70%[6]，因此说明管道对聚合物溶液的降解不只是管道剪切的原因，管道中细菌及其代谢产物对聚合物溶液的降解很大，成为聚合物溶液在管道输送过程中黏度损失的主要原因。这点从管道清洗后黏度损失数据可以证实，管道清洗后黏度损失变小，3口井都低于10%，聚合物溶液黏度损失与冲洗前相比大幅降低。

另外，由表3可知，随着管道长度的增加，洗管前后黏度损失差值也在增大，说明管道越长，管道中的细菌及其代谢产物对聚合物溶液黏度的影响越大。

表3 单井管道参数及清洗前后黏度损失变化

在实际生产条件下，投加杀菌剂可降低黏度损失。但若采用间歇投加杀菌剂的方式，1 d后，抑制黏损效果消失，黏损仍恢复至注入前水平，因此需要持续投加杀菌剂才能有效降低黏损。并且，单一杀菌剂不能很好地抑制细菌，需要根据细菌种类有针对性地开发杀菌剂才能有效降低黏损。由于费用巨大，投加杀菌剂的方式不适用于实际生产。

1.3 流量调节器压差对黏度的影响

一泵多井注聚工艺增加了流量调节器，也就增加了聚合物溶液降解的几率，这时黏度损失也会随之增大。为了解流量调节器压差增大对黏度损失的影响程度，开展流量调节器压差对黏度影响的试验。

流量调节器为自动调节装置，当设定目标聚合物溶液配注量后，流量调节器会自动控制流量。选取3口注入井进行试验，在正常运行情况下，分别在这3口井流量调节器前后取样，确定流量调节器前后聚合物溶液黏度随压差的变化情况（化验溶液浓度均为1 500 mg/L）。具体试验数据见表4。

表4 不同压差下流量调节器前后黏度情况

由表4可以看出，在单井配注量不变的情况下，黏度损失小于2%，随着流量调节器压差增大，流量调节器前后聚合物溶液黏度损失大幅度增加。当压差增大约1.0 MPa时，所有井黏度损失均增大，最大增加了 11%，最小增加了 3%；当压差继续增大到2.0 MPa时，黏度损失大幅增加，约为增加1.0 MPa压差时黏度损失的两倍，最小黏度损失是原压差黏度损失的 8倍，最大增幅达到 23.2%，是原黏度损失的46倍。这充分说明随着流量调节器前后压差增大，流量调节器内的剪切程度大大增加，聚合物溶液的黏度大幅度下降。