閆文華， 耿書林

（東北石油大學(xué)提高采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶163318）

聚驅(qū)是目前提高采收率的主要研究方法之一［1－2］，聚合物在油層運(yùn)移過程中，由于聚合物分子與油層孔隙之間的相互作用，聚合物分子會吸附、滯留在孔隙中和孔隙表面，導(dǎo)致聚合物質(zhì)量濃度降低，使其黏度降低，影響其波及效率；同時吸附和滯留還會引起地層部分孔隙的堵塞，從而導(dǎo)致采收率降低［3－5］。對于三類油層聚合物驅(qū)是大慶油田開發(fā)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的主要技術(shù)手段和措施之一，而聚合物的吸附、滯留等損失會直接影響化學(xué)驅(qū)的采收率［6－7］。目前對聚合物吸附研究已有相關(guān)文獻(xiàn)［8－13］報道，但是對三類油層不同質(zhì)量濃度的聚合物吸附實(shí)驗(yàn)對比分析的報道很少。本文針對大慶油田杏13區(qū)塊三類油層河道砂發(fā)育規(guī)模小、小層多、單層厚度薄、滲透率變低、非均質(zhì)性嚴(yán)重的特點(diǎn)，進(jìn)行了不同層位、不同相對分子質(zhì)量聚合物的吸附實(shí)驗(yàn)及驅(qū)油效果對比研究，對杏13區(qū)塊三類油層開展聚合物驅(qū)提供有利的技術(shù)保障和指導(dǎo)作用。

1 實(shí)驗(yàn)條件

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

WFA800－D3A型分光光度計，北京第二光學(xué)儀器廠；MP61001電子分析天平，精度0.000 1g，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；恒溫水浴振蕩器，WR－1型上海思爾達(dá)科技儀器有限公司；JJ－1型增力電動攪拌器，常州國華電器有限公司；FY－3型恒溫箱，南通市飛宇石油科技開發(fā)有限公司；平流泵2pb00系列，北京衛(wèi)星制造廠；直連高速旋片式真空泵2xz－2，北京北儀創(chuàng)新真空技術(shù)有限責(zé)任公司；紅外線快速干燥儀，上海昕儀儀器儀表有限公司；容量瓶，錐形瓶，巖心夾持器，中間容器等。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑及用水

大慶煉化公司生產(chǎn)的3種聚合物：相對分子質(zhì)量700×104的抗鹽聚合物、相對分子質(zhì)量1 800×104的聚合物及相對分子質(zhì)量2 500×104的聚合物，3種聚合物的水解度為21.5%～25.0%?，F(xiàn)場清水，現(xiàn)場污水過濾。

1.3 天然巖芯及油砂

杏13區(qū)塊葡Ⅰ1～2油層的1 070m及1 090 m的天然巖芯及油砂。

1.4 實(shí)驗(yàn)方案

（1）清水配制5 000mg／L母液，熟化2h備用。用污水將熟化好的母液稀釋為150、200、300、500、800、1 200、1 800mg／L稀溶液待用；

（2）將配制好的溶液按油砂固液質(zhì)量比為1∶10加入具塞的磨口錐形瓶中，用磁力攪拌器攪拌混勻后蓋好瓶塞，并用膠布進(jìn)一步將瓶口密封好。

（3）將錐形瓶置于（45±0.5）℃（大慶油層溫度）的恒溫水浴振蕩器中振蕩24h。24h后取出錐形瓶，將其中的上部清液倒入離心管中，在3 000～4 000r／min的轉(zhuǎn)速下離心。取出離心管中上層清液，測定吸附后聚合物含量。由公式（1）計算吸附量：

式中：Γ為吸附量，mg／g；ρ1為聚合物初始質(zhì)量濃度，mg／L；ρ2為聚合物平衡質(zhì)量濃度，mg／L；m 為油砂質(zhì)量，g；V為吸附體系中溶液總體積，mL。

（4）當(dāng)水驅(qū)含水率98%時，分別用不同相對分子質(zhì)量聚合物在質(zhì)量濃度為800、1 200、1 600mg／L進(jìn)行室內(nèi)模擬驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 相同層位不同聚合物溶液的吸附量

圖1為不同聚合物溶液分別在1 070m層位和1 090m層位油砂上吸附等溫線。

圖1 不同聚合物在1 070m及1 090m層位油砂上的吸附等溫線Fig.1 The adsorption isotherm of different polymer in 1 070 m and 1 090 m horizon

從圖1中可以看出，在相同層位上，3種不同聚合物的吸附量不同，700×104相對分子質(zhì)量抗鹽聚合物的吸附量略高于相對分子質(zhì)量2 500×104和1 800×104的聚合物。

2.2 同一聚合物不同層位聚合物的吸附量

表1為不同相對分子質(zhì)量聚合物配制的不同質(zhì)量濃度溶液在兩個層位油砂上的吸附數(shù)據(jù)。

表1 聚合物靜態(tài)吸附數(shù)據(jù)Table1 The static adsorption data of polymer

續(xù)表1

從圖1和表1可以看出，同一聚合物溶液在不同層位的油砂上吸附量不同，吸附量均隨著聚合物質(zhì)量濃度的增大而增加，當(dāng)其達(dá)到某一值后趨于平衡，其吸附類型都符合Langmuir吸附。相對分子質(zhì)量700×104抗鹽聚合物和相對分子質(zhì)量2 500×104聚合物在質(zhì)量濃度800mg／L時達(dá)到最大吸附量，然后吸附量有所下降，此現(xiàn)象的主要原因是相對分子質(zhì)量不同，聚合物溶液質(zhì)量濃度增大，分子纏繞機(jī)會增加，使油砂上吸附點(diǎn)數(shù)減少，所以高質(zhì)量濃度時吸附量稍有下降。而相對分子質(zhì)量1 800×104聚合物在質(zhì)量濃度1 200mg／L時，吸附量達(dá)到最大值。

2.3 聚合物溶液的黏度與吸附損失關(guān)系

從聚合物溶液的吸附實(shí)驗(yàn)可知，不同相對分子質(zhì)量的聚合物在不同層位油層的吸附損失不同。選擇聚合物濃度分別是500、800、1 200、1 800mg／L質(zhì)量濃度的聚合物溶液，測定吸附量和吸附后聚合物黏度，并計算黏度損失率，結(jié)果見表2。

從表2中數(shù)據(jù)可以看出，不同相對分子質(zhì)量聚合物在兩種油砂上的黏度損失率不同。當(dāng)吸附量達(dá)到穩(wěn)定時（800mg／L左右），聚合物溶液的質(zhì)量濃度越大，溶液的黏度損失率越低，反之則相反。從油層位置來看，1 070m深度油層對聚合物的吸附量比1 090m深度油層小，黏度損失率也小，但是差距較小。

從黏度損失率指標(biāo)來看，相對分子質(zhì)量700×104抗鹽聚合物在質(zhì)量濃度小于1 200mg／L的條件下，吸附穩(wěn)定時，吸附損失對聚合物溶液黏度有一定的影響，黏度損失率大于15%；相對分子質(zhì)量1 800×104、2 500×104的聚合物在質(zhì)量濃度超過800mg／L后，吸附損失對聚合物溶液黏度的影響較小。

表2 不同相對分子質(zhì)量聚合物黏度損失數(shù)據(jù)Table2 The viscosity loss data of different molecular weight polymer

續(xù)表2

2.4 不同相對分子質(zhì)量聚合物的驅(qū)油效果

對同一層位天然巖芯進(jìn)行水驅(qū)油，當(dāng)含水率達(dá)到98%時，進(jìn)行轉(zhuǎn)注聚合物溶液進(jìn)行驅(qū)油，對比不同相對分子質(zhì)量聚合物驅(qū)油效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同相對分子質(zhì)量聚合物對采出程度的影響Fig.2 The impact of recovery degree by polymers with different molecular weights

從圖2中可看出，相同質(zhì)量濃度下，不同相對分子質(zhì)量的聚合物溶液驅(qū)油效果不同，相對分子質(zhì)量700×104和2 500×104聚合物的采出程度比相對分子質(zhì)量1 800×104聚合物的采出程度高。

從聚合物不同質(zhì)量濃度分析采出程度，相對分子質(zhì)量700×104抗鹽聚合物在質(zhì)量濃度1 200mg／L比800mg／L采出程度高2.96%，而1 200mg／L比1 600mg／L采出程度僅高0.13%，造成不同質(zhì)量濃度差采收率差距大的主要原因是由于相對分子質(zhì)量700×104抗鹽聚合物在800mg／L的吸附量最大且黏度損失也較大，在大于800mg／L時的吸附量達(dá)到平衡以及黏度損失較小，聚合物能充分發(fā)揮驅(qū)油效果，采出程度較好。

3 結(jié)論

（1）對于三類油層，聚合物驅(qū)油是可行的，聚合物吸附類型符合Langmuir吸附；不同相對分子質(zhì)量的聚合物的在不同層位油砂上的吸附量是不同的；而且不同相對分子質(zhì)量的聚合物在不同濃度條件下吸附達(dá)到最大值；

（2）吸附損失對聚合物溶液黏度有一定的影響，不同相對分子質(zhì)量的聚合物在三類油層上黏度損失是不同的，其黏度損失率大于15%；

（3）對于杏1 3區(qū)塊三類油層，7 0 0×1 04和2 500×104相對分子量聚合物濃度在800mg／L時吸附量達(dá)到最大，而1 800×104相對分子質(zhì)量聚合物質(zhì)量濃度在1 200mg／L時吸附量達(dá)到最大；在水驅(qū)的基礎(chǔ)上使用大于1 200mg／L的1 800×104相對分子質(zhì)量的聚合物聚驅(qū)采收率大于10%，而700×104和2 500×104聚驅(qū)采收率都達(dá)到13%以上。

［1］張玉龍.影響聚合物驅(qū)采收率因素研究［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2013（1）：139－141.Zhang Yulong.Research on influential factors on polymer flooding recovery［J］.Inner Mongolia Petrochemical Industry，2013（1）：139－141.

［2］宋考平，楊二龍，王錦梅，等.聚合物驅(qū)提高驅(qū)油效率機(jī)理及驅(qū)油效果分析［J］.石油學(xué)報，2004，25（3）：71－74.Song Kaoping，Yang Erlong，Wang Jinmei，et al.Mechanism of enhancing oil displacement efficiency by polymer flooding and driving effectiveness analysis［J］.Acta Petrolei Sinica，2004，25（3）：71－74.

［3］郭蘭磊.聚合物吸附滯留規(guī)律及性能變化研究［J］.石油與天然氣化工，2011，40（6）：587－589.Guo Lanlei.Study of polymer’s adsorption and retention law and performance chance［J］.Chemical Engineering of Oil and Gas，2011，40（6）：587－589.

［4］張繼風(fēng).疏水締合聚合物吸附滯留和滲流特性研究［D］.南充：西南石油學(xué)院，2004.

［5］劉建新，張營華，任韶然.陽離子聚合物在多孔介質(zhì)中的水動力學(xué)吸附［J］.石油化工高等學(xué)校學(xué)報，2009，22（1）：41－44.Liu Jianxin，Zhang Yinghua，Ren Shaoran.Hydrodynamic adsorption of cationic polymer in porous media［J］.Journal of Petrochemical Universities，2009，22（1）：41－44.

［6］羅鑫.聚驅(qū)后聚合物滯留及剩余油分布的數(shù)值模擬研究［D］.大慶：東北石油大學(xué)，2012.

［7］張曉芹，關(guān)恒，王洪濤.大慶油田三類油層聚合物驅(qū)開發(fā)實(shí)踐［J］.石油勘探與開發(fā)，2006，33（3）：374－377.Zhang Xiaoqin，Guan Heng，Wang Hongtao.Practice of tertiary－main layers polymer flooding in Daqing oilfield［J］.Petroleum Exploration and Development，2006，33（3）：374－377.

［8］康萬利，張磊，孟令偉，等.兩親聚合物在巖石礦物上的靜態(tài)吸附研究［J］.應(yīng)用化工，2012，41（11）：1865－1867；1871.Kang Wanli，Zhang Lei，Men Lingwei，et al.The study of static adsorption of the amphiphilic aolymer on rocks and minerals［J］.Applied Chemical Industry，2012，41（11）：1865－1867；1871.

［9］熊啟勇，陳國錦，韓曉強(qiáng)，等.部分水解聚丙烯酰胺在地層多孔介質(zhì)吸附特性研究［J］.新疆石油科技，2005，1（1）：37－40.Xiong Qiyong，Chen Guojin，Han Xiaojiang，et al.Partially hydrolyzed polyacrylamide in the formation of porous medium adsorption characteristics research［J］.Xinjiang Petroleum Science ＆ Technology，2005，1（1）：37－40.

［10］段文猛.ASP三元復(fù)合驅(qū)中各驅(qū)油劑的吸附滯留研究［D］.南充：西南石油學(xué)院，2002.

［11］徐永春，李秀生，付大強(qiáng)，等.巖心中粘土含量對聚合物滯留與捕集的影響［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2008，34（19）：140－142.Xu Yongchun，Li Xiusheng，F(xiàn)u Daqiang，et al.The effect of the content of clay on polymer retention and entrapment［J］.Inner Mongulia Petrochemical Industry，2008，34（19）：140－142.

［12］李富生，馮玉軍，郭擁軍，等.疏水改性聚丙烯酰胺在粘土表面吸附機(jī)理的研究［J］.石油與天然氣化工，2002，31（5）：263－265.Li Fusheng，F(xiàn)eng Yujun，Guo Yongjun，et al.Study on adsorption property of hydrophbically modified polyacrylamides on clay［J］.Chemical Engineering of Oil and Gas，2002，31（5）：263－265.

［13］盧祥國，高振環(huán)，陳靜惠，等.聚合物驅(qū)油過程中聚合物滯留及殘余油分布的數(shù)值模擬研究［J］.油田化學(xué)，1994，11（3）：230－233.Lu Xiangguo，Gao Zhenhuan，Chen Jinghui，et al.A numerical simulation study on distributions of polymer reterntion and residual oil in course of polymer flooding［J］.Oilfield Chemistry，1994，11（3）：230－233.