络合剂提升聚合物增黏能力实验研究

2021-03-22田津杰孔丽萍方月月

石油化工应用 2021年2期

李芳，侯岳，田津杰，阚亮，季闻，孔丽萍，方月月

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

聚合物溶液主要是通过改善油水流度比和扩大波及体积来达到提高原油采收率的目的[1-3]，因此聚合物黏度值关系到驱油效果的好坏。在一定条件下，聚合物溶液的黏度越高，驱油效果越好。聚合物溶液的黏度不仅取决于聚合物的相对分子质量、浓度、温度，还受溶液的pH 值、矿化度、离子组成、离子浓度等因素的影响[4-6]。金属离子尤其是Ca2+和Mg2+对HPAM（部分水解聚丙烯酰胺）溶液的黏度有很大的影响[7]，因此通过向HPAM 溶液中加入络合剂来去除二价金属离子，以此来提高聚合物溶液黏度。本文主要通过加入络合剂后，检测聚合物溶液的黏度变化和驱油效果变化，来研究络合剂改善聚合物的增黏能力。

1 实验

实验仪器：六联电动搅拌器、BROOKFIELD 黏度计、电子天平、恒温干燥箱、岩心驱替系统、压力自动采集系统等；

岩心模型：采用尺寸为30 cm×4.5 cm×4.5 cm 的三层非均质岩心物理模型，气测渗透率分别为：500×10-3μm2、1 500×10-3μm2、2 500×10-3μm2；

实验用水：采用室内配制模拟水，矿化度5 500 mg/L，其中二价金属离子浓度为65 mg/L；

实验用油：将脱水原油与航空煤油复配，在实验温度60 ℃下黏度为70 mPa·s；

聚合物：HPAM（部分水解聚丙烯酰胺）；

添加剂：络合剂L1、L2、草酸钠；

实验温度：60 ℃。

实验方法：静态评价主要通过向HPAM 溶液中加入不同浓度的络合剂，对比不同情况下HPAM 溶液的增黏效果。动态评价主要通过测定加入络合剂之后化学驱段塞的增油效果来对比络合剂对HPAM 溶液驱油效果的影响，实验方案（见表1）。

2 结果与分析

2.1 络合剂对HPAM 溶液增黏效果分析

选用L1、L2、草酸钠作为络合剂，在60 ℃条件下分别测定加入0 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L、400 mg/L 的络合剂后HPAM 溶液（浓度为1 800 mg/L）的黏度，实验结果（见表2）。

从表2 可以看出，当聚合物溶液中加入100 mg/L的L1，溶液黏度达到74.1 mPa·s，增黏率为17.2%，而聚合物溶液黏度随着络合剂L1 浓度的持续增加呈现直线下降的变化趋势。这主要是由于L1 在溶液中会电解出NH2-，它能将聚丙烯酰胺分子和水以氢键的形式结合起来，同时可以消除高价金属离子对聚合物溶液黏度的影响，所以适量的加入L1 可以有效提高聚合物溶液的黏度。

随着聚合物溶液中L2 浓度的增加，聚合物溶液黏度呈先增加到峰值后又下降的趋势。当溶液中L2 浓度增至200 mg/L 时，聚合物溶液黏度增至89.3 mPa·s，此时增黏率达到41.3%。这主要是由于L2 能够很好的螯合聚合物溶液中的高价金属离子，所以其对HPAM溶液的增黏效果最佳。但是随着溶液中L2 浓度的增加，同样会引起溶液中阳离子含量的增加，与聚合物溶液中阴离子基团中和，压缩双电层，造成聚合物分子链收缩，使黏度又呈现出下降的趋势。相较于L1，添加适量的L2 具有更好的增黏效果。

表1 实验方案

表2 不同络合剂浓度下聚合物溶液黏度和增黏率

随着草酸钠浓度的增加，聚合物溶液黏度呈现先逐渐增加至峰值后减小的变化规律。草酸钠是一种多配位原子的金属络合剂，可以和高价阳离子形成稳定的络合物，从而有效的提高溶液的黏度。当溶液中加入300 mg/L 草酸钠时，聚合物溶液黏度达到90.1 mPa·s，增黏率达到42.6%。进一步增加草酸钠的含量，同样会使溶液金属离子增加，造成黏度降低。

综上所述，聚合物溶液黏度受络合剂的浓度影响很大，因此在实际生产应用中应该严格控制络合剂的用量。络合剂达到最佳增黏效果的时候，聚合物溶液的黏度值与络合剂的用量均不同，因此在使用中还应综合考虑聚合物溶液增黏率、络合剂用量的经济成本等因素来选择络合剂。

2.2 络合剂对驱油效果影响分析

按照表1 方案在岩心模型上进行驱油实验，对比水驱后注入1 800 mg/L 的HPAM 溶液和加入200 mg/L草酸钠溶液的复配体系的驱油效果。实验结果（见表3、图1）。

图1 草酸钠对聚合物溶液驱油效果影响

从表3 和图1 可以看出，方案1 和方案2 的水驱采出程度基本一致，方案1 注入体系段塞后，最终采出程度达到45.16%，较水驱提高采出程度高了13.83%。方案2 加入草酸钠作为络合剂，可以有效的提高化学驱采出程度，在水驱基础上增加采出程度18.06%，比方案1 增加值高了4.23%。这主要是因为草酸钠作为络合剂可以有效的去除二价金属离子，增加水溶液的黏度，消除二价金属离子对聚合物分子的沉降作用。因此在实际生产中，向二价金属离子含量较高的配聚水中加入适量的络合剂，可以有效的增加聚合物的黏度，提高采出程度。