两亲性高分子聚合物提高原油采收率的研究

2022-08-30荣光辉陈章顺王舸刘毅陈立张智博

能源化工 2022年3期

荣光辉，陈章顺，王舸，刘毅，陈立，张智博

(1. 中国石油长庆油田分公司第十二采油厂，陕西西安 710021；2. 中国石油长庆油田分公司第六采油厂，陕西西安 710021；3. 中国石油长庆油田分公司第一采油厂，陕西延安 716000；4. 中国石油长庆油田分公司第七采油厂，陕西西安 710021)

目前，化学驱采油技术是国内外油田最常见且较有效的三次采油技术，主要以聚合物驱和复合驱为主。聚合物驱的技术关键是控制流度，当流度比趋于统一时驱替效果最优[1-3]。两亲性聚合物是指聚合物分子结构中同时具有亲水基团和疏水基团，使得聚合物具有水溶性，在溶于水后又能产生疏水缔合物，同时还可以形成可逆性的空间网络结构[4-6]。因此，两亲聚合物具有与一般水溶性聚合物(如水解聚丙烯酰胺HPAM)不同的独特流变学性质，同时具有较优的增黏、耐温、抗盐和抗剪切性能。目前，随着聚合物驱技术的不断成熟和广泛的工业化应用，两亲性聚合物作为驱油剂已被用于国内较多的油田中，并取得良好的效果[7]。未来还可以对适用于高温、高盐油藏的两亲性聚合物进行深入研究，尤其是开发出具有高效增黏、耐高温、抗高盐性能的聚合物[8-9]。

笔者以聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸两亲性高分子聚合物为研究对象，对其流变性、滤失性和乳化性进行了研究，评价了其提高采收率的应用前景。

1 试验方法

1.1 试验材料

试验所用材料由长庆油田实验室提供。氯化钠，w≥99%；甲苯，w=99%；环己烷，w=99%；岩心尺寸(直径5 cm，长度30 cm)。为对比两亲性高分子聚合物与水解聚丙烯酰胺(HPAM)提高原油采收率的潜力，分别在实验室制备了水解聚丙烯酰胺Flopaam3430S和两亲性高分子聚合物PS2MA，两者的分子量和组成成分见表1。驱替试验所用原油由某油田提供，API度为27.8，在使用前用环己烷稀释，将其黏度调整为90 mPa·s，剪切速率为10 s-1。

表1 聚合物的组成

1.2 流变特性

流变特性采用Haake Mars Ⅲ旋转流变仪进行测量，测量温度为20 ℃。溶液的制备方法是将聚合物溶解于不同质量分数的氯化钠溶液中，然后在测量前至少搅拌10 h以得到均质溶液，不需要共溶剂或加热。溶液可以在几个月内基本保持稳定(无沉淀或相分离现象)[10]。

1.3 乳化试验

将10 mL聚合物溶液和2 mL原油一起倒入容器中，通过手动剧烈摇动2 min，考察聚合物对原油乳化性能的影响。为了比较聚合物的乳化能力，还使用相同的工艺制备了(w)0.1%的聚合物溶液与10 mL甲苯的乳液，甲苯相通过加入一滴原油进行着色，以增加与水相的对比度。并在光学显微镜下进行观察，在显微镜下观察乳化相之前，通过剧烈摇晃两相乳液，然后将其静置24 h。

1.4 过滤试验

过滤试验是用来评价不同浓度聚合物溶液通过微小孔隙的能力，使用的过滤装置为微孔聚碳酸酯过滤器，聚合物溶液通过顶部的开口注入到容器中。关闭阀门后，加压至0.2 MPa，整个过程保持压力不变，打开底部阀门，利用烧杯收集过滤出的聚合物溶液，直到滤液的质量大于200 g，关闭底部阀门，利用Fr=t2/t1计算过滤比Fr。t2为溶液质量180 g增至200 g时所需的滤失时间；t1为溶液质量20 g增至40 g时所需的滤失时间。

1.5 岩心驱替试验

在室温条件下(25 ℃)，岩心饱和CO2后，以低速(约2 mL/h)注入(w)0.2%的氯化钠溶液12 h以上，确保无空气进入到岩心中，之后在岩心中注入原油达到初始含油饱和度，再进行注水，直至含水率达到稳定状态(孔隙体积PV数至少为2)，然后以1.25 mL/h的速率注入聚合物(PV数至少为2)；在驱替期间应时刻记录岩心的压降。

2 结果和讨论

2.1 流变性试验

两亲性高分子共聚物PS2MA在水溶液中形成较大的球状胶束聚集体，由于亲水嵌段的聚电解性质，甲基丙烯酸的亲水嵌段在溶液中被拉伸。聚集体在水溶液中相互重叠，导致体积较大，增稠性能显著。两亲性高分子聚合物在水溶液中的聚集状态见图1，图中黑线为疏水部分，蓝线为亲水部分。

图1 PS2MA在水溶液中的聚集状态示意

由文献[11]可知，当PS2MA溶解于质量分数大于0.1%的NaCl溶液时，其在较大的剪切速率区间内会出现剪切稀化，其在去离子水中的黏度与Flopaam3430S相当。不同聚合物剪切黏度随剪切速率变化见图2。

图2 不同聚合物剪切黏度随剪切速率变化

由图2可见：PS2MA的分子量虽远小于Flopaam3430S的分子量，但PS2MA可以和HPAM一样实现流度控制级。

由文献[12]可知，溶液中无机盐的存在会导致聚合物发生剪切增稠现象，进而影响聚合物驱油效果，因此，需要考察不同盐度对聚合物黏度的影响。对制备的聚合物在NaCl溶液(w=0.5%为基准)中的剪切黏度进行测量，并重新修正残余黏度参数η。不同聚合物在不同质量分数NaCl溶液中的残余黏度值见表2。

表2 不同聚合物的残余黏度值

由表2可见：盐度对聚合物黏度影响较大。PS2MA在NaCl质量分数为4.0%时的残余黏度值明显要大于其NaCl质量分数为1.0%时的残余黏度值。

2.2 乳化试验

由文献[13]可知PS2MA共聚物在水溶液中可以生成一定量表面活性剂。聚合物与原油乳化性能试验结果表明，与两亲性高分子聚合物相比，Flopaam3430S聚合物作为乳化剂的效果明显较差，形成的乳液通常较粗糙，在试验时间为2 h时，两相溶液基本有分离的迹象。而PS2MA的效果要明显好于Flopaam3430S，这与PS2MA溶液具有较高的表面活性结论一致。

2.3 过滤试验

为了确定制备聚合物的注入能力，分别通过孔径为3，1.2 μm的2个过滤器进行了过滤试验，当过滤比的数值越接近于1，表明聚合物的注入能力越强，试验结果见表3。

表3 过滤试验结果

由表3可见：与PS2MA相比，虽然尽管Flopaam3430S的分子量较高，但是注入性能要好于PS2MA。

2.4 岩心驱替试验

在25 ℃下，采用PS2MA和Flopaam3430S聚合物溶液进行了岩心驱油试验，结果见表4和图3。

表4 岩心驱油试验结果

图3 不同聚合物岩心驱替试验结果

由图3可见：与水驱相比，使用Flopaam3430S聚合物增加的采收率约为5个百分点，而两亲性高分子共聚物的采收率增幅在27个百分点左右，最终采收率可达到80%。利用HPAM聚合物驱后，砂岩中稠油采收率增量为2%～35%。同时在试验中测量了岩心的压降，PS2MA的压降明显更高，压降增加说明在驱替过程中流动阻力在增加。原因可能是由于聚合物滞留吸附了部分乳化的油。注入PV数达到1后，压降值趋于稳定。压降越大，说明驱替效率越高。