榮光輝，陳章順，王舸，劉毅，陳立，張智博

(1. 中國石油長慶油田分公司第十二采油廠，陜西西安 710021；2. 中國石油長慶油田分公司第六采油廠，陜西西安 710021；3. 中國石油長慶油田分公司第一采油廠，陜西延安 716000；4. 中國石油長慶油田分公司第七采油廠，陜西西安 710021)

目前，化學驅采油技術是國內外油田最常見且較有效的三次采油技術，主要以聚合物驅和復合驅為主。聚合物驅的技術關鍵是控制流度，當流度比趨于統(tǒng)一時驅替效果最優(yōu)[1-3]。兩親性聚合物是指聚合物分子結構中同時具有親水基團和疏水基團，使得聚合物具有水溶性，在溶于水后又能產生疏水締合物，同時還可以形成可逆性的空間網絡結構[4-6]。因此，兩親聚合物具有與一般水溶性聚合物(如水解聚丙烯酰胺HPAM)不同的獨特流變學性質，同時具有較優(yōu)的增黏、耐溫、抗鹽和抗剪切性能。目前，隨著聚合物驅技術的不斷成熟和廣泛的工業(yè)化應用，兩親性聚合物作為驅油劑已被用于國內較多的油田中，并取得良好的效果[7]。未來還可以對適用于高溫、高鹽油藏的兩親性聚合物進行深入研究，尤其是開發(fā)出具有高效增黏、耐高溫、抗高鹽性能的聚合物[8-9]。

筆者以聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸兩親性高分子聚合物為研究對象，對其流變性、濾失性和乳化性進行了研究，評價了其提高采收率的應用前景。

1 試驗方法

1.1 試驗材料

試驗所用材料由長慶油田實驗室提供。氯化鈉，w≥99%；甲苯，w=99%；環(huán)己烷，w=99%；巖心尺寸(直徑5 cm，長度30 cm)。為對比兩親性高分子聚合物與水解聚丙烯酰胺(HPAM)提高原油采收率的潛力，分別在實驗室制備了水解聚丙烯酰胺Flopaam3430S和兩親性高分子聚合物PS2MA，兩者的分子量和組成成分見表1。驅替試驗所用原油由某油田提供，API度為27.8，在使用前用環(huán)己烷稀釋，將其黏度調整為90 mPa·s，剪切速率為10 s-1。

表1 聚合物的組成

1.2 流變特性

流變特性采用Haake Mars Ⅲ旋轉流變儀進行測量，測量溫度為20 ℃。溶液的制備方法是將聚合物溶解于不同質量分數的氯化鈉溶液中，然后在測量前至少攪拌10 h以得到均質溶液，不需要共溶劑或加熱。溶液可以在幾個月內基本保持穩(wěn)定(無沉淀或相分離現象)[10]。

1.3 乳化試驗

將10 mL聚合物溶液和2 mL原油一起倒入容器中，通過手動劇烈搖動2 min，考察聚合物對原油乳化性能的影響。為了比較聚合物的乳化能力，還使用相同的工藝制備了(w)0.1%的聚合物溶液與10 mL甲苯的乳液，甲苯相通過加入一滴原油進行著色，以增加與水相的對比度。并在光學顯微鏡下進行觀察，在顯微鏡下觀察乳化相之前，通過劇烈搖晃兩相乳液，然后將其靜置24 h。

1.4 過濾試驗

過濾試驗是用來評價不同濃度聚合物溶液通過微小孔隙的能力，使用的過濾裝置為微孔聚碳酸酯過濾器，聚合物溶液通過頂部的開口注入到容器中。關閉閥門后，加壓至0.2 MPa，整個過程保持壓力不變，打開底部閥門，利用燒杯收集過濾出的聚合物溶液，直到濾液的質量大于200 g，關閉底部閥門，利用Fr=t2/t1計算過濾比Fr。t2為溶液質量180 g增至200 g時所需的濾失時間；t1為溶液質量20 g增至40 g時所需的濾失時間。

1.5 巖心驅替試驗

在室溫條件下(25 ℃)，巖心飽和CO2后，以低速(約2 mL/h)注入(w)0.2%的氯化鈉溶液12 h以上，確保無空氣進入到巖心中，之后在巖心中注入原油達到初始含油飽和度，再進行注水，直至含水率達到穩(wěn)定狀態(tài)(孔隙體積PV數至少為2)，然后以1.25 mL/h的速率注入聚合物(PV數至少為2)；在驅替期間應時刻記錄巖心的壓降。

2 結果和討論

2.1 流變性試驗

兩親性高分子共聚物PS2MA在水溶液中形成較大的球狀膠束聚集體，由于親水嵌段的聚電解性質，甲基丙烯酸的親水嵌段在溶液中被拉伸。聚集體在水溶液中相互重疊，導致體積較大，增稠性能顯著。兩親性高分子聚合物在水溶液中的聚集狀態(tài)見圖1，圖中黑線為疏水部分，藍線為親水部分。

圖1 PS2MA在水溶液中的聚集狀態(tài)示意

由文獻[11]可知，當PS2MA溶解于質量分數大于0.1%的NaCl溶液時，其在較大的剪切速率區(qū)間內會出現剪切稀化，其在去離子水中的黏度與Flopaam3430S相當。不同聚合物剪切黏度隨剪切速率變化見圖2。

圖2 不同聚合物剪切黏度隨剪切速率變化

由圖2可見：PS2MA的分子量雖遠小于Flopaam3430S的分子量，但PS2MA可以和HPAM一樣實現流度控制級。

由文獻[12]可知，溶液中無機鹽的存在會導致聚合物發(fā)生剪切增稠現象，進而影響聚合物驅油效果，因此，需要考察不同鹽度對聚合物黏度的影響。對制備的聚合物在NaCl溶液(w=0.5%為基準)中的剪切黏度進行測量，并重新修正殘余黏度參數η。不同聚合物在不同質量分數NaCl溶液中的殘余黏度值見表2。

表2 不同聚合物的殘余黏度值

由表2可見：鹽度對聚合物黏度影響較大。PS2MA在NaCl質量分數為4.0%時的殘余黏度值明顯要大于其NaCl質量分數為1.0%時的殘余黏度值。

2.2 乳化試驗

由文獻[13]可知PS2MA共聚物在水溶液中可以生成一定量表面活性劑。聚合物與原油乳化性能試驗結果表明，與兩親性高分子聚合物相比，Flopaam3430S聚合物作為乳化劑的效果明顯較差，形成的乳液通常較粗糙，在試驗時間為2 h時，兩相溶液基本有分離的跡象。而PS2MA的效果要明顯好于Flopaam3430S，這與PS2MA溶液具有較高的表面活性結論一致。

2.3 過濾試驗

為了確定制備聚合物的注入能力，分別通過孔徑為3，1.2 μm的2個過濾器進行了過濾試驗，當過濾比的數值越接近于1，表明聚合物的注入能力越強，試驗結果見表3。

表3 過濾試驗結果

由表3可見：與PS2MA相比，雖然盡管Flopaam3430S的分子量較高，但是注入性能要好于PS2MA。

2.4 巖心驅替試驗

在25 ℃下，采用PS2MA和Flopaam3430S聚合物溶液進行了巖心驅油試驗，結果見表4和圖3。

表4 巖心驅油試驗結果

圖3 不同聚合物巖心驅替試驗結果

由圖3可見：與水驅相比，使用Flopaam3430S聚合物增加的采收率約為5個百分點，而兩親性高分子共聚物的采收率增幅在27個百分點左右，最終采收率可達到80%。利用HPAM聚合物驅后，砂巖中稠油采收率增量為2%～35%。同時在試驗中測量了巖心的壓降，PS2MA的壓降明顯更高，壓降增加說明在驅替過程中流動阻力在增加。原因可能是由于聚合物滯留吸附了部分乳化的油。注入PV數達到1后，壓降值趨于穩(wěn)定。壓降越大，說明驅替效率越高。

3 結論

將PS2MA兩親性高分子聚合物與HPAM(Flopaam3430S)進行了對比，得到以下結論。

1) PS2MA的黏度、乳化能力和驅油試驗的采油率均好于Flopaam3430S。兩親性高分子聚合物在高鹽度下，具有顯著的增黏性能，同時還具有降低界面張力的特性，與Flopaam3430S不同的是，與原油形成的乳液比較穩(wěn)定。

2)巖心驅油試驗結果表明：在相同濃度或相同剪切黏度下，PS2MA的驅油性能明顯優(yōu)于Flopaam3430S。

3)兩親性高分子聚合物更適合高鹽度聚合物驅，研究了兩親性聚合物在高鹽度條件下作為驅油劑的潛力。為了更好地評估該聚合物在提高原油采收率中的適用性，進一步的研究應該在更加接近真實油藏條件下進行驅替試驗，如使用含有Ca2+和Mg2+的鹽水。

4)兩親性高分子聚合物的分子量相對較小，但是在高鹽度下、同等質量濃度和剪切黏度條件下的采收率明顯高于HPAM。該類型聚合物驅油機理不同于傳統(tǒng)的聚合物驅油機理，驅油效果要優(yōu)于傳統(tǒng)的聚合物驅油效果，主要原因可能是由于原油的乳化作用。