摘要: 针对油田三次采油开发过程中不同的水质使部分水解聚丙烯酰胺 ( HPAM)水溶液的粘度降低的现象 , 研究其主要影响因素 , 分析粘度降低规律 , 确定了 HPAM粘度稳定剂的主要研制方向 , 并且通过研制HPAM 粘度稳定剂提高聚合物溶液粘度 ,使粘度保留率达到 80 %以上 , 降低了聚合物驱油成本。
1 试验研究
111 油田采出水对 HPAM 水溶液粘度影响因素
油田三次采油技术中采用聚合物增粘水驱方法提高 原 油 采 收 率。在 调 配 水 解 聚 丙 烯 酰 胺( HPAM) 水溶液时 , 其粘度受多种因素的影响 ,除了其自身性质如分子量、水解度等因素的影响以外 , 还受到调配用油田采出水中各种离子、溶解氧和微生物等因素的影响 , 因此采用油田采出水配制HPAM 水溶液粘度降解较大。
实验室采用蒸馏水配制 HPAM 水溶液 , 模拟不同离子各种浓度下 HPAM水溶液的粘度变化, 研究油田采出水对 HPAM水溶液粘度的影响规律。
112 试验结果及讨论
根据试验设计方案 , 对各种情况下的 HPAM水溶液的粘度进行了检测。
(1) 碱金属盐对 HPAM 水溶液粘度的影响。
在 HPAM 溶液中分别加入不同浓度氯化钠、氯化钾 , 分析碱金属盐对溶液粘度变化影响。试验结果表明 , 由于碱金属盐 Na+和 K+均是 121 型强电解质 , 二种碱金属盐的浓度对应一致 , 且阴离子相同 , 所以对 HPAM 水溶液粘度的影响规律基本一致。对 HPAM 水溶液粘度影响的差异是 Na+和K+的性质不同引起的。
(2) 碱土金属盐对 HPAM 水溶液粘度的影响。在 HPAM 溶液中分别加入不同浓度氯化镁、氯化钙、氯化钡、氯化锶等二价阳离子化合物 , 分析 HPAM 溶液粘度变化规律。由试验结果可看出 , 碱土金属盐与碱金属盐之间的影响规律基本一致 , 不同碱土金属盐对 HPAM 水溶液粘度影响基本相同。
(3) 碱金属盐和碱土金属盐对 HPAM 水溶液粘度的影响对比。以 KCl 和 CaCl2 为代表进行了碱金属盐和碱土金属盐对 HPAM 水溶液粘度影响的试验对比。试验结果发现 , 二者对 HPAM 水溶液粘度的影响差别较大 , Ca2 +引起的粘度降低远大于 K+的影响作用。因为设计方案中 KCl 的浓度是 CaCl2 浓度的一倍 , 而 Cl-浓度对 HPAM 溶液粘度的影响是一致的。
(4) FeCl3 对 HPAM 水溶液粘度的影响。用含有不同浓度 FeCl3 的 HPAM 水溶液进行了粘度检测。检测结果表明 , FeCl3 对 HPAM 水溶液粘度有明显影响 , 随着浓度的增加 , 粘度下降很快。
(5) 氧化降解对 HPAM 水溶液粘度的影响。暴露于空气中的部分水解聚丙烯酰胺水溶液的粘度有随着时间的增加而逐渐减小的现象 , 这是由于氧化降解产生的。据此 , 进行了 HPAM 水溶液粘度的氧化降解影响试验。试验结果表明 , 氧化降解对HPAM 水溶液的粘度有一定程度的影响 , 即随着时间的增加 , HPAM 水溶液的粘度逐渐下降。
2 HPAM 水溶液粘度稳定剂的研制
211 粘度稳定的原理
HPAM 水溶液产生高粘性是由其分子结构特点决定的。主要有以下 4 方面原因: ①HPAM 的分子体积很大 , 在水介质中以不同的构象形态存在 , 阻碍了水介质的自由运动; ②HPAM 分子的溶剂化作用 , 形成了较厚的水化膜 , 束缚了大量
“自由”水; ③HPAM 聚合物分子链很长 , 有很好的柔顺性 , 分子之间相互缠绕 , 形成网状结构 , 阻碍了水介质的自由运动; ④HPAM 化合物分子链之中 , 含有一定比例的羧酸根阴离子 , 链节之间有静电斥力 , 使得卷曲的分子链变得松散舒展 , 增加了阻碍水介质自由运动的能力。
根据油田采出水 HPAM 溶液粘度降低机理 ,当溶液中金属离子浓度增大时 , HPAM 分子中羧酸根离子的溶剂化能力降低 , 释放大量“自由”水; 同时分子链节的静电排斥作用减弱 , 使HPAM 分子在矿化水中的伸展度降低 , 引起粘度下降。
因此 , 研制的粘度稳定剂必须具有提高HPAM 分子电荷密度 , 增强 HPAM 分子链节的静电斥力 , 改善 HPAM 分子的空间效应 , 从而保持 HPAM 水溶液粘度稳定的作用。
212 粘度稳定剂的研制
根据确定的主要研究方向 , 通过大量的试验研究发现, 季胺盐类化合物具有较好的保粘效果 , 为此设计了以下合成路线:
有机胺 + 环氧氯丙烷 =聚季胺盐
聚季胺盐 + NETA + 碱= 稳定剂
213 粘度保留率
由于注入水中诸多的因素影响导致了 HPAM水溶液的粘度大幅下降 , 添加 HPAM 粘度稳定剂后 , 可使其粘度下降的幅度减小 , 这种现象称之为粘度保留。添加稳定剂后的粘度值与不加稳定剂时的粘度值之差即为粘度保留值。粘度保留率就是指粘度保留值与粘度损失值之比。
为了确定 HPAM 水溶液的粘度损失值 , 需确定一个基准值。针对目前胜利油田孤岛西区的现场实际注入工艺 , 以净化黄河水配制注入浓度的HPAM 水溶液粘度作为基准粘度值。因此, 粘度保留率的计算公式定义为
214 HPAM 溶液粘度稳定剂的室内评价
粘度稳定剂的室内评价是模拟生产过程中HPAM 溶解、熟化、稀释、搅拌过程 , 来检测HPAM 水溶液的粘度保留率性能。
采用以下室内试验方法来评价粘度稳定剂的效果:
(1) 用净化黄河水配制5 000 mg/ L 的 HPAM水溶液, 作为母液备用。
(2) 按体积比取母液一份 , 采出水二份 , 将采出水在搅拌状态下缓慢加入 , 混合搅拌 30 min 后 ,在 50 ℃ 恒温下保存。
(3) 按体积比取母液一份 , 净化黄河水二份 ,用上面方法配制溶液后在 50 ℃ 恒温下保存。
(4) 同样按体积比取母液一份 , 采出水二份(将粘度稳定剂按要求浓度加入到二份采出水中混合均匀) , 在搅拌状态下 , 将加有粘度稳定剂的采出水缓慢加入到母液中 , 搅拌 30 min后 , 在 50 ℃恒温下保存。
(5) 按一定时间分别取样, 测试水溶液粘度值。
215 试验结果与分析
采用胜利油田孤六联外输水、孤七注回注水和净化黄河水 , 模拟现场配聚合物的方法 (净化黄河水配母液 , 采出水稀释后注入) , 进行 HPAM 粘度稳定剂评价实验。
(1) HPAM 在不同水质中粘度变化试验。对HPAM 在净化黄河水、孤七注回注水和孤六联外输水中的粘度变化情况进行了检测 , 结果见表 1。
通过以上试验发现 , 用油田采出水配制的HPAM 溶液 , 经过 10 d 后 , 粘度基本稳定 , 但仅为净化黄河水配制的 HPAM 溶液粘度的 39 %～44 % , 造成了 HPAM 水溶液粘度的大量损失。
(2) 粘度稳定剂在孤六联合站采出水中的性能评价。用孤六联外输水配制 HPAM 水溶液 , 进行了粘度保留率的评价试验。
在 50 ℃条件下 , 对室内合成的 VS28 粘度稳定剂进行评价试验 , 结果见表 2。
对粘度稳定剂在孤六联外输水中的试验数据进行计算分析 , 求得不同浓度下的粘度保留率 , 结果见表 3。
通过对 VS28 粘度稳定剂在孤六联合站的试验数据分析表明 , 粘度稳定剂可以明显提高聚丙烯酰胺在孤六联合站采出水中的粘度 , 长期粘度保留率可以达到 85 %以上 , 接近用黄河水配制的 HPAM溶液的粘度值。
(3) 粘度稳定剂在孤七注回注水中的性能评价。 用孤七注回注水和净化黄河水配制HPAM溶液 , 对实验室研制的粘度稳定剂进行粘度保留率的评价试验 , 评价结果见表 4。
通过对 VS28 粘度稳定剂在孤七注水站注入水中的试验数据分析表明, 粘度稳定剂可以明显提高聚丙烯酰胺在孤七注水站注入水中的粘度, 在 150mg/ L 时的长期粘度保留率可以达到90 %以上。
(4) 小结。通过利用孤六联合站采出水、孤七注水站注入水 , 对 HPAM 溶液粘度稳定剂进行的室内试验数据表明, 研制的采出水 HPAM 粘度稳定剂 VS28 可使油田采出水 HPAM 溶液粘度保留率达 85 %以上 , 性能显著。
3 结语
通过对 HPAM 溶液粘度降低的主要影响因素进行研究 , 确定了 HPAM 粘度稳定剂的主要研制方向 , 并且通过研制 HPAM 粘度稳定剂提高聚合物溶液粘度 , 使粘度保留率达到了 80 %以上。在保证相同粘度的情况下 , 节约了大量的 HPAM 干粉 , 使油田三次采油生产成本显著降低。
随着国际原油价格的持续走高 , 三次采油工艺必将得到广泛应用。通过研究部分水解聚丙烯酰胺( HPAM) 粘度降解原因并研制经济、实用的粘度稳定剂是减少聚合物用量 , 降低原油开采成本 , 提高经济效率的重要方法。
