金玉寶，盧祥國，劉進祥，喻 琴，王子健，葛 嵩

（東北石油大學 提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶 163318）

疏水締合聚合物傳輸運移能力及其作用機理

金玉寶，盧祥國，劉進祥，喻 琴，王子健，葛 嵩

（東北石油大學 提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶 163318）

針對疏水締合聚合物分子線團尺寸與油藏多孔介質孔隙尺寸的配伍性差的問題，以β-環(huán)糊精（β-CD）為疏水締合聚合物締合程度的調節(jié)劑，以大慶典型聚驅區(qū)塊儲層地質和流體為實驗平臺，以注入壓力、表觀黏度、質量濃度、黏均相對分子質量為評價指標，研究了疏水締合聚合物傳輸運移能力并分析了作用機理。實驗結果表明，聚合物溶液在多孔介質內的傳輸運移能力較差且主要滯留在巖心前部區(qū)域。β-CD可以改善聚合物溶液的傳輸運移能力，有利于聚合物在多孔介質內均勻分布。隨著β-CD含量的增加，聚合物溶液分子鏈間的締合作用減弱，分子線團尺寸減小，聚合物溶液的傳輸運移能力增強。

疏水締合聚合物；抗鹽性；不可及孔隙體積；傳輸運移能力；β-環(huán)糊精；驅油劑

部分水解聚丙烯酰胺應用于三次采油中存在抗鹽耐溫較差的問題，而疏水締合聚合物憑其分子鏈上疏水基團的疏水締合作用形成的超分子網絡結構使其抗鹽耐溫性能有所改善，能滿足油田高注入排量和高礦化度條件下保持較高增黏效果的要求，具有較好的應用前景［1］。國內外驅油用的抗鹽聚合物大多具有長鏈梳形結構，增黏性較好，但因熟化時間較長、抗剪切能力較差等問題嚴重影響了它的驅油效果［2-4］。在聚合物驅實際注入過程中，聚合物分子聚集體與油藏巖石孔隙間的適應性較差使其流經多孔介質時受到孔喉尺寸的選擇，進而影響進入多孔介質中聚合物的量。即使在外力作用下進入喉道的聚合物分子，它的驅替能力也會因分子結構遭到破壞而變差［5-6］。

如何更好地改善聚合物的驅油效果，擴大波及體積，進一步提高采收率，是研究人員需要攻關的技術難題。國內外研究者對疏水締合聚合物分子與油藏孔喉結構的配伍性進行了研究，取得了很多認識。但對抗鹽聚合物締合程度與油藏巖石孔隙間適應性的研究還不多見［7-12］。

本工作以β-環(huán)糊精（β-CD）為疏水締合聚合物締合程度的調節(jié)劑，以大慶典型聚驅區(qū)塊儲層地質和流體為實驗平臺，以注入壓力、表觀黏度、質量濃度、黏均相對分子質量為評價指標研究了疏水締合聚合物的傳輸運移能力及其作用機理。

1 實驗部分

1.1 試劑和水

抗鹽型聚合物：Ⅴ型聚合物，中國石油大慶煉化公司，有效含量為90%（w），相對分子質量為7.0×106；調節(jié)劑β-CD：國藥集團化學試劑有限公司；實驗用水為模擬注入水，依據大慶油田采油一廠注入水離子分析結果（見表1）配制而成。

表1 水質離子分析結果Table 1 Ion analysis of water quality

1.2 巖心

實驗巖心為石英砂環(huán)氧樹脂膠結人造巖心，滲透率和孔隙結構與目標儲層巖石相近，巖心的孔隙結構和滲透率可以通過改變石英砂和環(huán)氧樹脂的用量進行調節(jié)。抗鹽聚合物溶液傳輸運移能力的評價采用長條巖心［13-14］，高×寬×長為4.5 cm×4.5 cm×60 cm，滲透率為2 000×10-3μm2。實驗巖心結構及測壓點分布見圖1。由圖1可見，在入口端、距入口1/6，2/6，3/6，4/6，5/6處設置6個測壓點?？果}聚合物溶液從巖心入口端注入（1.0 PV），從另一端采出。

圖1 巖心結構及測壓點分布Fig.1 Structure of rock core and scattergram of pressure taps.

1.3 儀器

DV-Ⅱ型布氏黏度儀：美國Brookfield公司；722型分光光度計：上海棱光技術有限公司；BI-200SM型廣角動/靜態(tài)光散射儀：布魯克海文儀器公司；烏氏黏度計：美國Brookfield公司；S-3400N型掃描電子顯微鏡：Hitachi公司。

1.4 滲流特性評價

滲流特性評價流程見圖2。實驗驅替裝置主要由壓力傳感器、平流泵和注樣容器等組成。除平流泵和手搖泵外，其余部分置于45 ℃保溫箱內。

1.5 采出液檢測

表觀黏度測試前需將被測試樣置于Poly-Science裝置的恒溫水浴中，并用布氏黏度計進行表觀黏度測試。表觀黏度為1～100 mPa·s時使用0號轉子，表觀黏度為100～200 mPa·s時使用1號轉子，表觀黏度為200～1 000 mPa·s時使用2號轉子。實驗在油藏溫度45 ℃條件下進行。

采用淀粉-碘化隔分光光度法［15］檢測采出液中聚合物的濃度。采用廣角動/靜態(tài)光散射儀測量聚合物分子線團尺寸，測試散射角為90°。用烏氏黏度計測量聚合物的特性黏數，利用Mark-Houwink經驗公式計算聚合物的黏均相對分子質量［16-17］。采用掃描電子顯微鏡觀測聚合物分子的聚集態(tài)。

圖2 滲流特性評價流程Fig.2 Evaluation process of seepage characteristic.

1.6 β-CD對抗鹽聚合物溶液傳輸運移能力和采出液性質影響的實驗方案

抗鹽聚合物溶液的質量濃度為1 000 mg/L；β-CD的含量（質量分數，下同）分別為0，0.002%，0.065%，0.070%，0.080%，溶劑水為污水。

方案內容：注入1 PV的聚合物溶液，后續(xù)水驅至壓力穩(wěn)定，注入速度為1.5 mL/min，定期記錄入口和各測壓點壓力（壓力記錄間隔為30 min），并收集采出液。以各個測壓點的壓力、采出液的表觀黏度、黏均相對分子質量、質量濃度、分子線團尺寸、聚合物分子聚集態(tài)為評價參數。

2 結果與討論

β-CD有一個錐形的外腔親水、內腔疏水的結構，β-CD上的羥基與水分子之間形成氫鍵后使β-CD具有水溶性。β-CD利用其獨特的空腔結構實現(xiàn)主客體間的匹配，通過非共價鍵作用形成一種具有疏水性、形狀相當、大小適宜的穩(wěn)定復合體［18］，以此影響聚合物溶液在多孔介質中的行為，進而改變其滲流特性。

2.1 聚合物溶液的表觀黏度

不同β-CD含量的聚合物溶液的表觀黏度和締合程度見表2，其中締合程度λ的定義見式（1）［19］：

式中，η為聚合物溶液締合作用完全受到抑制時的表觀黏度，mPa·s；ηi為無β-CD時聚合物溶液的表觀黏度，mPa·s；ηc為加入不同質量分數的β-CD時聚合物溶液的表觀黏度。

從表2可見，隨著β-CD含量的增加，聚合物溶液的表觀黏度降低，疏水基團的被包裹程度增加，締合作用減弱，當β-CD含量達到0.070%時，難以再發(fā)生締合作用，此時聚合物溶液的表觀黏度為本體黏度。

表2 不同β-CD含量的聚合物溶液的表觀黏度和締合程度Table 2 Apparent viscosities and association degrees of the polymer solutions with variedβ-cyclodextrin(β-CD) content

將不同β-CD含量的聚合物溶液稀釋成100 mg/L的目的液，利用激光光散射儀測試它的分子線團尺寸Dh，結果見表3。由表3可見，隨β-CD含量的增加，聚合物溶液中聚合物的Dh減小。

表3 不同β-CD含量的聚合物溶液中聚合物的分子線團尺寸Table 3 Molecular coil dimension(Dh) of the polymer in the polymer solutions with variedβ-CD content

將不同β-CD含量的聚合物溶液稀釋成100 mg/L的目的液，并對其進行SEM表征，結果見圖3。

從圖3可看出，聚合物分子鏈上分布著無規(guī)則疏水基團，由于鏈內或鏈間的締合作用而形成了尺寸較大的聚集體，這些聚集體之間又通過鏈間締合作用形成了致密的立體空間網絡結構，宏觀表現(xiàn)為支鏈較粗的分子聚集體。聚合物分子鏈間的締合作用隨β-CD的加入而減弱，故而呈現(xiàn)出松散的分枝狀結構（連接聚集體的支鏈變細）。因此，適當調節(jié)β-CD的含量可以改善聚合物分子聚集體與巖心孔喉的配伍性。

圖3 不同β-CD含量的聚合物分子聚集體的SEM照片F(xiàn)ig.3 SEM images of the polymer molecular aggregation with variedβ-CD content.

2.3 滲流特性

2.3.1 阻力系數和殘余阻力系數

不同β-CD含量的聚合物溶液（聚合物質量濃度為1 000 mg/L）的阻力系數和殘余阻力系數見表4。由表4可見，聚合物分子鏈間的締合作用隨β-CD的加入減弱，故Dh減小，宏觀上表現(xiàn)為表觀黏度變小，阻力系數和殘余阻力系數減小。

2.3.2 各測壓點出口液體表觀黏度

在聚合物質量濃度為1 000 mg/L的條件下，加入不同β-CD含量的聚合物溶液，巖心各測壓點出口液體表觀黏度見表5。

愛國主義是歷史的、具體的，不同時代背景下的愛國主義具有不同的內容。了解和把握習近平新時代愛國主義思想形成的時代背景，有助于正確認識和充分理解習近平新時代愛國主義思想。一方面，新時代中國更加需要弘揚愛國主義精神；另一方面，對少數分子的不愛國行為必須要十分警惕。

表4 不同β-CD含量的聚合物溶液的阻力系數和殘余阻力系數Table 4 Resistance coefficient(FR) and residual resistance coefficient(FRR) of the polymer solutions with variedβ-CD content

表5 不同β-CD含量的聚合物溶液各測壓點出口液體表觀黏度Table 5 Apparent viscosities of the polymer solutions with variedβ-CD content at various sampling points

從表5可看出，在β-CD含量相同的條件下，隨傳輸距離的增加，測壓點表觀黏度減小。當β-CD含量增大，不可入孔隙體積相對減小，相鄰測壓點間的表觀黏度損失減小，傳輸運移能力增強。從相鄰測壓點表觀黏度損失看，依據巖心注入壓力變化趨勢確定聚合物滲透率極限的方法是合理的。

2.3.3 各測壓點出口液體質量濃度

在聚合物質量濃度為1 000 mg/L的條件下，加入不同β-CD含量的聚合物溶液，巖心各測壓點出口液體質量濃度見表6。從表6可看出，在β-CD含量相同的條件下，隨傳輸距離的增加，疏水締合聚合物質量濃度減小、質量濃度損失增加。當β-CD含量增大時，疏水締合聚合物分子間締合作用受到抑制，分子線團尺寸減小，巖心的不可及孔隙體積相對減小，疏水締合聚合物易于進入巖心并與水接觸，被捕集的聚合物量增加，因此，采出液的質量濃度減小。

表6 不同β-CD含量的聚合物溶液各測壓點出口液體質量濃度Table 6 Mass concentration of the polymer solutions with variedβ-CD content at the various sampling taps

2.3.4 各測壓點出口液體黏均相對分子質量

在聚合物質量濃度為1 000 mg/L的條件下，加入不同β-CD含量的聚合物溶液，巖心各測壓點出口液體黏均相對分子質量見表7。從表7可看出，在β-CD含量相同的條件下，隨傳輸距離的增加，出口液體特性黏數和黏均相對分子質量降低。當β-CD含量增大，相鄰測壓點的黏均相對分子質量損失減小，傳輸運移能力增加。從相鄰巖心聚合物驅出口液體黏均相對分子質量損失看，依據巖心注入壓力變化趨勢確定聚合物滲透率極限的方法是合理的。

2.4 巖心壓差及動態(tài)特征

2.4.1 壓差

將不同β-CD含量的聚合物溶液（聚合物質量濃度為1 000 mg/L）注入巖心的過程中，聚合物驅和后續(xù)水驅巖心各測壓點間的壓差見表8。從表8可看出，對于抗鹽聚合物，隨β-CD含量的增加，聚合物驅結束時巖心前部壓差占全部壓差的比例減小、中部和后部壓差占全部壓差的比例增大。當β-CD含量增加到0.065%時，由于締合作用受到完全抑制，抗鹽聚合物分子聚集體大幅度減小，與儲層孔喉結構適應性明顯增強，巖心前部區(qū)域壓差比例明顯減小，中部和后部壓差比例明顯增大。由此可見，隨β-CD含量的增加，抗鹽聚合物在巖心前部區(qū)域相對滯留量減少，中部和后部相對滯留量增加，傳輸運移能力得到提高。當后續(xù)水驅結束時，巖心內各部分壓差分布也具有類似規(guī)律。

表7 不同β-CD含量的聚合物溶液各測壓點出口液體黏均相對分子質量Table 7Mηof the polymer solutions with variedβ-CD content at various sampling taps

表8 各測壓點壓差Table 8 Differential pressures between the various sampling taps

2.4.2 動態(tài)特征

不同測壓點壓力與PV數的關系見圖4，相同測壓點壓力與注入PV數的關系見圖5。從圖4和圖5可看出，抗鹽聚合物溶液在巖心前部的壓差要遠高于中部和后部的壓差，表明抗鹽聚合物主要滯留在巖心前部區(qū)域。隨β-CD含量的增加，巖心前部壓差減小、中部和后部壓差增大，傳輸運移能力得到提高。

圖4 注入壓力與PV數的關系（不同測壓點）Fig.4 Relationships between injection pressure and PV(various pressure taps).

圖5 注入壓力與PV數的關系（相同測壓點）Fig.5 Relationships of injection pressure and PV(the same pressure taps).

3 結論

1）抗鹽聚合物溶液的分子線團尺寸、表觀黏度和分子聚集態(tài)等性能受β-CD含量的影響。隨著β-CD含量的增加，抗鹽聚合物溶液分子線團尺寸減小、表觀黏度降低、聚合物分子鏈間締合作用減弱，呈現(xiàn)出松散的分枝狀結構和較細支鏈的分子聚集體。

2）加入β-CD的抗鹽聚合物溶液驅的出口液體表觀黏度、黏均相對分子質量和分子線團尺寸等參數檢測結果表明，依據注入壓力變化趨勢來評價聚合物溶液與巖心孔喉間適應性是可行的，該評價方法不僅能客觀反映聚合物分子線團與巖心孔喉間的匹配關系，而且操作簡單。

3）聚合物分子聚集體與油藏非均質性適應性受調節(jié)劑β-CD含量的影響。β-CD可改善抗鹽聚合物的傳輸運移能力，有利于聚合物在多孔介質內均勻分布，有利于建立起合理的壓力梯度分布，適當調節(jié)β-CD含量可以改善聚合物分子聚集體與巖心孔喉間的配伍性。

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（編輯 王 萍）

Capability and mechanism of hydrophobic associating polymers in transmission and migration

Jin Yubao，Lu Xiangguo，Liu Jinxiang，Yu Qin，Wang Zijian，Ge Song
（Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery of Education Ministry，Northeast Petroleum University，Daqing Heilongjiang 163318，China）

Aimed at the poor compatibility between the molecular coil dimension of hydrophobic associating polymers and the pore size of porous media in oil reservoir，withβ-cyclodextrin as the regulator for the association degree of hydrophobic associating po lymers，the capability of the hydrophobic associating polymers in transmission and migration was investigated and the mechanis m was analyzed. It was showed that the hydrophobic associating polymer solutions were mostly detained in the front area of rock core with poor transmission and migration capability.β-cyclodextrin can improve the transmission and migration c apability of the hydrophobic associating polymers，and its addition is beneficial to the distribution of the polymers in porous media. Meanwhile，with increasing theβ-cyclodextrin content，the hydrophobic association between the molecular chains weakened，the molecular coil dimension decreased，and the transmission and migration capability were enhanced.

hydrophobic associating polymer；salt resistance；inaccessible pore volume；transmission and migration capability；β-cyclodextrin；oil-displacing agent

1000-8144（2017）05-0600-08

TE 357

A

10.3969/j.issn.1000-8144.2017.05.013

2016-12-17；［修改稿日期］2017-01-25。

金玉寶（1992—），男，黑龍江省綏化市人，碩士生，電話 13284598900，電郵 675508828@qq.com。聯(lián)系人：盧祥國，電話0459-6503406，電郵 luxiangg2003@aliyun.com。

國家自然科學基金面上項目“抗鹽型聚合物油藏適應性及其改進方法基礎研究”（51574086）；國家“十三五”科技重大專項子課題（2016ZX05058-003-010）經費資助。