陳　聰，唐洪明，韓麗娟，崔丹丹，嚴　曦

聚/表二元體系配制用水水質(zhì)優(yōu)化研究

陳聰1，2，唐洪明2*，韓麗娟2，崔丹丹3，嚴曦3

1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·成都理工大學，四川 成都 610059 2.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·西南石油大學，四川 成都 610500 3.中國石油大港油田分公司采油工藝研究院，天津 大港 300280

聚/表二元體系配制用水的水質(zhì)對體系性能有明顯的影響，目前國內(nèi)對該方面研究較少。以聚丙烯酰胺HTPW-112（離子聚合物）和表面活性劑DWS-3（非離子型）配制的聚/表二元體系為例，利用大量的室內(nèi)實驗，逐一評價礦化度、鐵離子含量以及細菌等水質(zhì)指標對聚/表二元體系黏度的影響，為相似油藏的配聚用水水質(zhì)優(yōu)化方法提供思路。實驗表明，當Na+含量超過3 900 mg/L時聚表二元體系黏度上升，對二元體系具有一定的鹽增稠性能。單一Mg2+、Ca2+含量大于500 mg/L體系黏度下降趨勢增強，且Mg2+的影響程度略強于Ca2+。Fe2+含量超過5 mg/L，二元體系黏度開始大幅降低。SRB超過5個/mL、TGB超過100個/mL、FB超過100個/mL會使聚表二元體系溶液黏度大幅降低，細菌的代謝產(chǎn)物是造成黏度降低的重要因素。

聚/表二元體系；黏度；配制用水；水質(zhì)；實驗優(yōu)化方法

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20150330.1716.006.html

陳 聰，唐洪明，韓麗娟，等.聚/表二元體系配制用水水質(zhì)優(yōu)化研究［J］.西南石油大學學報：自然科學版，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

目前國內(nèi)油田用于提高采收率的主要手段是化學驅(qū)，是中國油田提高石油采收率的主攻技術(shù)。化學驅(qū)包括聚合物驅(qū)、堿驅(qū)、表面活性劑驅(qū)、二元復合驅(qū)、三元復合驅(qū)，泡沫驅(qū)等。其中聚/表二元復合驅(qū)在高礦化度非均質(zhì)油藏具有較好的可行性［1］，聚/表二元復合驅(qū)具有適用范圍廣的特點，對高溫高鹽、地質(zhì)條件差的油藏適應(yīng)性更為突出［2］，據(jù)調(diào)研，在對大慶油田［34］、勝利油田［5］的實驗中，聚/表二元復合驅(qū)均表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢。王德民［6］認為聚/表二元復合驅(qū)適于低滲透油層的三次采油，進一步發(fā)展的潛力很大。

目前對聚/表二元驅(qū)的研究重點集中在評價聚合物、表活劑的類型以及二者濃度對二元體系性能的影響，而忽略了配制聚/表二元體系用水（后文稱配聚用水）的水質(zhì)對其性能的影響。二元體系中聚合物驅(qū)注入水水質(zhì)對聚合物溶液的黏度和驅(qū)油效果起著關(guān)鍵作用［7］。本文以大港油田港西三區(qū)聚/表二元驅(qū)為研究對象，通過大量實驗，逐一評價配聚用水水質(zhì)主要的三項指標（礦化度、鐵離子含量和細菌含量）對二元體系黏度的影響，為相似油藏的配聚用水水質(zhì)優(yōu)化及實驗評價方法提供科學的參考。

1　港西三區(qū)儲層油藏特征概況

港西三區(qū)均為斷塊構(gòu)造油氣藏，區(qū)內(nèi)油氣分布間互出現(xiàn)，形成多套油水系統(tǒng)，無統(tǒng)一的油水界面。

港西三區(qū)原始地層壓力一般在9.14～12.85 MPa。油藏溫度為 53.2?C。原油密度為 0.920 4 t/m3，黏度為 76.17 mPa·s，凝固點為-12.1～15.8?C，含蠟為 9.1%，膠質(zhì) +瀝青質(zhì)含量為14.6%，地層水為NaHCO3型，地層水總礦化度為15 785 mg/L（表1）。

表1　港西三區(qū)流體性質(zhì)數(shù)據(jù)表Tab.1　Reservoir fluid property of Area Gangxi-3

2　配聚用水水質(zhì)優(yōu)化評價

2.1各項水質(zhì)指標對二元體系黏度影響實驗評價方法

實驗所選用的聚合物是聚丙烯酰胺HTPW-112，屬于陰離子聚合物。所選用表面活性劑是DWS-3，屬于非離子型。在礦化度對二元體系性能影響的實驗中，配制聚合物和表面活性劑二元體系用水為港西三區(qū)聚二站污水，水質(zhì)參數(shù)見表2。按照港西污水水質(zhì)參數(shù)表（表2）配制實驗用模擬地層水，在模擬地層水基礎(chǔ)上配制二元體系。聚表二元體系中，聚合物濃度2 000 mg/L，表活劑濃度2 500 mg/L。

具體的實驗方法及步驟如下：

（1）在模擬地層水配制的聚表二元體系中分別添加 Na+（NaCl）100，500，1 000， 2 000 mg/L，Mg2+（MgCl2）、Ca2+（CaCl2）50，150，500，1 000 mg/L，依次評價礦化度對二元體系的黏度及其穩(wěn)定性影響。將裝有溶液的樣品瓶放入53?C的烘箱里老化，然后分別測定0，3，7，21，40，60，90 d時溶液的黏度，考察聚合物和表面活性劑二元體系黏度的變化情況。以此評價配聚用水的礦化度對二元體系性能的影響。

表2　港西污水水質(zhì)參數(shù)表Tab.2　Wastewater quality of Gangxi area

（2）用含不同鐵離子濃度的聚表二元體系溶液分別老化0，3，7，14，28，40，50 d之后測黏度。以此評價配聚用水的鐵離子濃度對二元體系性能的影響。

（3）利用《中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準SY/T 0532—1993》絕跡稀釋法測定各細菌的數(shù)量。本文主要評價了SRB、TGB、FB 3種細菌對二元體系性能影響，每種細菌有5個稀釋度、3組并列樣，每個稀釋度所含細菌數(shù)量是與之相鄰的后一個稀釋度所含量的10倍，最后一級稀釋度的細菌瓶中不含細菌，實驗中取前4個稀釋度的細菌進行實驗。將每種稀釋度的細菌均分到7個裝有相同體積聚表二元體系的樣品瓶中，使其混合均勻并密封，置于53?C（儲層溫度）的烘箱中，分別測試3種細菌SRB、TGB、FB 4個不同細菌濃度時對聚表二元體系黏度及其穩(wěn)定性的影響。測試細菌對聚表二元體系穩(wěn)定性的影響時，選取0，3，7，21，40，60，90 d這7個點進行測試。

注：以上配好的溶液均進行除氧處理。將除氧后的溶液裝入容積為100 mL的可密封的樣品瓶中密封。

2.2各項水質(zhì)指標對二元體系黏度及穩(wěn)定性影響分析

2.2.1礦化度的影響分析

HPAM溶液的黏度隨礦化度的變化通常稱為鹽敏性［8］，高價陽離子不但會嚴重地降低聚合物溶液的黏度，過高時還可能會使聚合物從溶液中沉淀出來。多價陽離子可來源于油田水，也可通過離子交換作用來源于油藏礦物。因此在進行聚合物驅(qū)或復合驅(qū)的初始階段，必須考察礦化度對聚合物性能的影響。為了全面討論礦化度對二元體系黏度的影響，文章分別做了Na+、Mg2+和Ca2+濃度的影響。

配聚用水原始Na+濃度為1900mg/L（表2）。圖1a為Na+濃度和老化時間對聚表二元體系黏度的影響，從圖中可以看出，Na+含量增加到1 000 mg/L（實際濃度達到2 900 mg/L）之前，隨著Na+含量的增加，二元體系的黏度逐漸下降，而當Na+含量增加到2 000 mg/L（實際濃度達到3 900 mg/L）時黏度上升，表明二元體系具有一定的鹽增稠性能，原因是鹽的加入一方面使溶劑極性增強，聚合物分子間疏水締合作用增強，黏度增加。從圖1a還可以看出，隨著老化時間的增加，開始幾天黏度有一定的上升，然后黏度逐漸下降。在老化時間90 d后，Na+濃度增加100， 500，1 000，2 000 mg/L時，黏度保留率（與第0天相比）分別為48.9%，43.9%，39.1%，42.4%。盡管隨老化時間增加二元體系黏度值下降較快，但老化后黏度的絕對值仍然比較高。因此，二元體系具有較好的老化穩(wěn)定性。

圖1　礦化度對二元體系黏度及穩(wěn)定性的影響Fig.1　Effect of salinity on viscosity and stability of polymer/ surfactant flooding

配聚用水Mg2+原始濃度為18 mg/L（表2）。圖1b為Mg2+濃度和老化時間對聚表二元體系黏度的影響，Mg2+含量對聚表二元體系黏度的影響非常大。在整個老化過程中，Mg2+含量與聚表二元體系黏度呈負相關(guān)關(guān)系。隨著老化時間的增加，黏度下降，當老化時間從60～90 d，黏度變化逐漸減小并趨于穩(wěn)定。當Mg2+含量大于500 mg/L時，溶液黏度的下降趨勢加劇。

配聚用水Ca2+原始濃度為35 mg/L（表2）。圖1c為Ca2+濃度和老化時間對聚表二元體系黏度的影響，Ca2+含量≤500 mg/L時，所配的聚表二元體系的初始黏度均大于100.0 mPa·s，隨著老化時間的延長，黏度有一定下降；Ca2+含量達到1000mg/L時所配的聚表二元體系的初始黏度只有53.7 mPa·s，低于前3個較低濃度Ca2+溶液所配制的聚表二元體系的初始黏度，但溶液黏度隨老化時間的變化不大。

通過以上實驗數(shù)據(jù)可以看出，隨著Na+、Ca2+、Mg2+濃度的增加，二元體系黏度呈下降趨勢，主要原因是鹽分的陽離子屏蔽了二元體系中聚合物的分子主鏈上陰離子的靜電斥力，大分子鏈發(fā)生卷曲［8］，大大削弱了聚合物分子的抗鹽性能［9］，從而黏度下降。圖1b，圖1c中看出，Mg2+對黏度的影響程度略強于Ca2+，其原因是Mg2+的水化離子半徑比Ca2+的水化離子半徑?。?0］，更易與聚合物分子鏈上的羧基作用，引起分子鏈卷曲，黏度下降更快。

綜合以上實驗，從黏度方面考慮，二元體系具有較好的老化穩(wěn)定性，該類聚表二元體系適合用于Mg2+含量≤500 mg/L，Ca2+含量≤500 mg/L的油藏。

2.2.2鐵離子含量的影響分析

表3為Fe2+含量對二元體系黏度的影響，可以看出，隨Fe2+含量的增加，體系的黏度降低，特別是當Fe2+含量≥5 mg/L時，黏度下降非常明顯，當Fe2+含量為20 mg/L時，體系的黏度降到了10 mPa·s以下，說明Fe2+含量對體系黏度影響非常大。隨著老化時間的延長，黏度有一定降低，20 d后黏度變化不大，實驗中也發(fā)現(xiàn)，二元體系溶液中加入FeSO4后，溶液慢慢變?yōu)榈S色。

Fe2+離子具有還原性，它會促進聚合物發(fā)生氧化降解反應(yīng)，另外Fe2+存在，與R—COO—相互作用使聚合物分子卷縮，在水中舒展不開，降低了聚合物的黏度。

因此，在配制聚合物溶液之前要盡可能除去Fe2+，或加入其他的添加劑來減小Fe2+對體系性能的影響。也可以采取暴氧將二元體系中的Fe2+氧化為Fe3+后產(chǎn)生三價鐵的沉淀，以此除掉Fe2+。

表3　Fe2+含量對聚表二元體系溶液黏度的影響Tab.3　Influence of iron ion concentration on the viscosity of polymer/ surfactant flooding

2.2.3細菌含量的影響分析

不同濃度的各細菌對二元體系的影響實驗結(jié)果見表4。

表4　各細菌對二元體系黏度影響測定結(jié)果Tab.4　Influence of the bacterial concentration on the viscosity of polymer/surfactant flooding

由表4中可以看出：隨著老化時間的增長，含硫酸鹽還原菌（SRB）的聚表二元體系溶液黏度損失率非常大，20 d后黏度損失值高達90%，之后逐漸趨于穩(wěn)定，但不同數(shù)量級的該種細菌含量對聚合物黏度影響不大，即只要二元體系溶液含有SRB，隨著時間增長黏度都會急劇下降。

鐵細菌（FB）含量小于5個/mL時，體系的初始黏度較高（約70 mPa·s），此后隨老化時間的增長，黏度逐漸下降。當FB含量為20，200，2 000個/mL時，黏度變化的趨勢基本一致，初始黏度低（小于10 mPa·s），隨老化時間的延長，黏度變化不大。

腐生菌（TGB）對二元體系黏度的影響：在初期聚表二元體系溶液的初始黏度較高，但隨著老化時間的延長損失，黏度出現(xiàn)急劇下降，老化時間為3 d的黏度與初始黏度相比，黏度損失率高，達到了90%左右。此后溶液黏度變化不大。實驗表明：腐生菌的代謝產(chǎn)物對體系的黏度影響很大。因此，配聚用水中腐生菌的濃度應(yīng)不超過100個/mL。

總結(jié)細菌含量對體系黏度影響的實驗結(jié)果來看，細菌對聚表二元體系的黏度影響非常大，是影響聚合物溶液黏度的一個重要因素。在實驗中發(fā)現(xiàn)，隨著時間的延長，雖然體系中微生物的數(shù)量呈逐漸降低趨勢（21 d時，體系中微生物數(shù)量已經(jīng)很少），但聚合物溶液的黏度仍會降低。

關(guān)于細菌對聚合物黏度的影響，前期也有人做了大量的實驗。探討究竟是細菌本身對聚合物造成降解，還是細菌代謝產(chǎn)物加速了聚合物的降解。王學佳［11］等通過應(yīng)用紫外線殺菌工藝對污水進行處理后，對比殺菌前后污水配制聚合物溶液的黏度，發(fā)現(xiàn)黏度差異不顯著。分析認為，殺菌后的溶液中，已產(chǎn)生Fe2+等還原性物質(zhì)仍存在于溶液中，對聚合物溶液仍具有較強的降解作用。因此，經(jīng)過殺菌的污水配制的聚合物溶液黏度并不會大幅度提高。韓斯琴［12］等人的研究表明，在實驗條件下，采出水-PAM體系中SRB菌的數(shù)量隨培養(yǎng)時間的延長而迅速下降。但微生物可通過代謝機制完成PAM的降解，聚合物的黏度因此仍會降低。

結(jié)合前人研究和本次實驗認為，配聚用水中的細菌會對導致聚合物黏度大幅降低，代謝產(chǎn)物是影響聚合物黏度的重要因素。

黏度和界面張力是影響聚表二元體系性能的重要參數(shù)，由于篇幅原因，本文對界面張力受到配聚用水水質(zhì)的影響沒有具體敘述。

3　結(jié)　論

（1）當Na+含量增加2 000 mg/L（實際濃度為3 900 mg/L）時聚表二元體系黏度上升，對二元體系具有一定的鹽增稠性能。單一Mg2+含量≤500 mg/L或者單一Ca2+含量≤500 mg/L，且Mg2+的影響程度略強于Ca2+的影響，即推薦二元體系中二價離子含量應(yīng)控制在≤500 mg/L的范圍內(nèi)。

（2）Fe2+含量對體系黏度影響非常大，推薦該類聚表二元體系用于Fe2+含量≤2 mg/L的油藏。

（3）單一細菌對聚表二元體系性能的影響評價實驗表明，SRB超過5個/mL、TGB超過100個/mL、FB超過100個/mL會使聚表二元體系溶液黏度大幅降低，細菌的代謝產(chǎn)物是時黏度降低的重要因素。

（4）經(jīng)實驗優(yōu)化后的配用水水質(zhì)指標為：Ca2+、Mg2+含量分別≤500 mg/L，F(xiàn)e2+含量≤2 mg/L，SRB、FB、TGB含量分別≤100個/mL。

（5）用本文建議的單一因素實驗評價方法可以很好優(yōu)化評價用于不同油藏的不同聚表二元體系配制用水水質(zhì)，改善二元體系性能。

［1］楊燕，蒲萬芬，劉永兵，等.NNMB/NAPS二元體系與原油界面張力研究［J］.西南石油學院學報，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］呂鑫，張健，姜偉.聚合物/表面活性劑二元復合驅(qū)研究進展［J］.西南石油大學學報：自然科學版，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，馬文國，李丹，等.聚合物/兩性表面活性劑二元體系提高水驅(qū)后殘余油采收率研究［J］.鉆采工藝，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］吳文祥，張玉豐，胡錦強，等.聚合物及表面活性劑二元復合體系驅(qū)油物理模擬實驗［J］.大慶石油學院學報，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］于麗，孫煥泉，肖建洪，等.聚驅(qū)后SDCM-1/聚合物二元復合體系提高采收率研究［J］.油田化學，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.發(fā)展三次采油新理論新技術(shù)，確保大慶油田持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展（下）［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2001，20（4）：1-5.

［7］王其偉，陳曉彥，馬寶東，等.國內(nèi)外聚合物驅(qū)水質(zhì)研究概述［J］.油氣地質(zhì)與采收率，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］楊靖.污水聚合物粘度穩(wěn)定性研究［D］.大慶：大慶石油學院，2009.

［10］唐恒志，張健，王金本，等.綏中36-1油田注入水水質(zhì)對疏水締合聚合物溶液粘度的影響［J］.中國海上油氣，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］王學佳.含油污水中細菌與聚丙烯酰胺雙向影響研究［J］.油氣田地面工程，2008，27（8）：17-18.

［12］韓斯琴，李百廣，孫綺，等.微生物對油田污水-聚丙烯酞胺體系粘度的影響［J］.生物技術(shù)通報，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.

陳 聰，1985年生，男，漢族，四川自貢人，博士研究生，主要從事儲層地質(zhì)及油氣層開發(fā)方向的研究工作。E-mail：303603207@qq.com

唐洪明，1966年生，男，漢族，四川武勝人，教授，博士生導師，主要事儲層地質(zhì)、油氣層保護技術(shù)研究。E-mail：swpithm@vip.163.com

韓麗娟，1975年生，女，漢族，陜西藍田人，副教授，主要從事油氣增產(chǎn)及化學驅(qū)提高采收率方面的研究工作。E-mail：lijuanhan2001@163.com

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

嚴 曦，1985年生，女，漢族，安徽桐城人，工程師，主要從事三次采油提高采收率方向的研究工作。E-mail：158690377@qq.com

編輯：牛靜靜

編輯部網(wǎng)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網(wǎng)絡(luò)出版時間：2015-03-30

唐洪明，E-mail：swpithm@vip.163.com