马　婧， 张　文

(东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆 163318)



萨南开发区污水配制聚合物注入能力研究

马婧， 张文

(东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆 163318)

聚合物驱油作为一项重要的三次采油技术，在大庆油田萨南开发区已取得一定的开发成果。但聚驱后产出的污水过剩外排，造成了资源浪费与环境污染。针对这一问题开展清水配制污水稀释聚合物溶液及清水配制清水稀释聚合物溶液的岩心注入实验，根据实验结果分析两种方式下不同相对分子质量聚合物溶液的质量浓度-黏度变化关系，并分析不同相对分子质量、渗透率及质量浓度下的聚合物溶液注入能力大小，根据现场实际应用状况划分了油层的注入能力界限，为实际生产中聚合物相对分子质量及质量浓度的筛选提供了参考。

聚合物；污水；岩心；注入能力

聚合物驱是萨南开发区采用的主要驱油技术。随着注聚规模的扩大，油田消耗清水量越来越大，同时油田产出污水过剩外排，不仅造成资源的浪费，也严重污染了环境[1]。含聚污水可以通过物理化学降解、生物降解等处理用于蒸汽操作、农业灌溉和生活饮用水，也可回注地层[2-4]。因此，如何利用产出污水配制聚合物是目前急需解决的问题[5]。污水与清水聚合物体系驱油机理均是依靠注入水黏度的增加，降低油水流度比，扩大平面和纵向的波及程度，提高微观驱油效率[6-8]。但在现场实际应用过程中，各区块的驱油效果有较为明显的差异，因此，研究聚驱效果产生差异的原因对于提高驱油效率及提高最终采收率是十分必要的。

除了各区块油层本身的发育情况外，聚驱参数的选择也是造成驱油效率产生差异的原因。由于注入参数对采收率的影响程度不明确,不同性质油层的注入参数适应性不明确，造成层间动用差异较大，使得各区块开发效果也有所不同[9]。为此，开展岩心注入实验，研究不同注入参数条件下的岩心驱替情况，确定合理的聚合物驱注入参数，为进一步提高各区块的驱油效果，改善各区块开发效果差异及提高最终采收率提供实验依据。

1　实验部分

1.1 实验仪器

实验所用仪器包括：恒速驱替泵、压力传感器、岩心夹持器、恒速搅拌器、采出液记录装置。

1.2实验材料

大庆炼化公司生产的聚合物干粉，平均相对分子质量分别为1 200万、1 600万、1 900万以及2 500万。实验用水为现场污水、清水以及室内配制模拟地层水。

1.3实验方案

首先根据现场生产状况，测定4种不同相对分子质量聚合物溶液在清水配制污水稀释(简称清配污稀)以及清水配制清水稀释(简称清配清稀)条件下的质量浓度与黏度关系，得到关系曲线，在此基础上进行清配污稀及清配清稀聚合物注入实验。

1.4实验步骤

(1)将各实验装置进行连接，检测各装置漏气及漏液情况。

(2)将岩心烘干后抽真空。

(3)将模拟地层水以不同的驱替速度注入岩心，在记录稳定压差后，由达西定律计算出有效渗透率值。

(4)利用恒压装置将聚合物注入岩心，记录出口端出液量，将计算好的瞬时推进速度折算为地层推进速度。

2　实验结果分析

聚合物溶液在1 200万、1 600万、1 900万、2 500万相对分子质量下清水配制污水及清水配制清水的黏度与质量浓度关系如图1与图2所示。

图1　清配污稀聚合物质量浓度与黏度关系曲线

Fig.1The relationship curve of the concentration and viscosity of the polymer diluted by fresh water and sewage

由图1可知，清配污稀聚合物在相同相对分子质量的条件下，随着溶液质量浓度的增加，黏度逐渐增大。在溶液质量浓度相同的条件下，随着相对分子质量的增加，黏度逐渐增大。由图2可知，清配清稀聚合物与清配污稀聚合物溶液具有相同的浓-黏变化趋势，但是其黏度整体高于清配污稀聚合物。由此可知，清配污稀聚合物中的污水成分应该是影响聚合物溶液整体黏度较低的主要原因。聚合物溶液中分子的降解会使溶液的整体黏度降低。在合成过程中聚合物中产生少量的过氧化物杂质，在有光、氧的条件下过氧化物极易分解成自由基，这些自由基进攻聚合物分子，使聚合物分子发生自由基氧化反应，引起分子链断裂[10]。聚合物溶液中的还原性杂质会促进自由基的氧化，污水含有较高的Fe2+、S2-和有机酚等还原性物质，因此对聚合物溶液黏度有较大的影响[11-13]。

图2　清配清稀聚合物质量浓度与黏度关系曲线

Fig.2The relationship curve of the concentration and viscosity of the polymer diluted by fresh water

对比分析2 500万相对分子质量的清配污稀及清配清稀聚合物溶液质量浓度-黏度关系曲线如图3所示。由图3可以明显地看出，清配清稀聚合物溶液的整体黏度要高于清配污稀聚合物溶液。对比分析两条曲线的第3个数据点可知，若使相同相对分子质量的两种聚合物溶液的黏度达到相同值，即75.13 mPa·s时，清配污稀聚合物溶液的质量浓度为1 488.65 mg/L，清配清稀聚合物溶液的质量浓度为1 189.60 mg/L。而由图3可知，两条曲线的变化规律相近，接近平行变化，因此若要得到相同黏度的两种溶液，清配污稀聚合物溶液的质量浓度要比清配清稀聚合物溶液大约299.05 mg/L。

图32 500万相对分子质量清配污稀与清配清稀聚合物溶液质量浓度与黏度关系曲线

Fig.3The relationship curve of the two kinds of polymer with 2 500 thousands molecular weight

利用恒压装置将聚合物注入岩心，当出口端的产液量达到孔隙体积的3倍时，将计算好的瞬时推进速度折算为地层推进速度。清水配制污水稀释聚合物溶液以及清水配制清水稀释聚合物溶液在不同渗透率、不同注入质量浓度条件下开展的岩心注入实验结果如表1与表2所示。

表1　清水配制污水稀释聚合物岩心注入实验结果

表2　清水配制清水稀释聚合物岩心注入实验结果

由表1可知，同一相对分子质量的清配污稀聚合物溶液，在渗透率相同的条件下，注入速度随着溶液质量浓度的增加而不断减小；不同相对分子质量的清配污稀聚合物溶液，在相同渗透率与相同质量浓度的条件下，注入速度随着相对分子质量的增加而不断减小。由表2可知，清配清稀聚合物溶液的注入速度变化规律与清配污稀聚合物溶液相同，但要达到相同的注入速度，清配清稀聚合物溶液的质量浓度较小。

综合上述质量浓度-黏度关系曲线分析可知，相对分子质量对于整体驱油效果具有一定的影响。相对分子质量越高，增黏效果越好，但其注入性差[14]。同时，聚合物溶液质量浓度对注入能力的影响表现为：低质量浓度的聚合物溶液都能获得相应的注入速度值，相反，当质量浓度较高，且渗透率过低时，注入速度得不到具体数值，证明注入能力较差。而相对较高的合理注入速度大多是高渗透率、高质量浓度的聚合物溶液。

由萨南开发区实际注入状况，结合室内人造岩心清配污稀及清配清稀聚合物体系渗流实验结果，选取平均渗流速度分布区域，将油层的注入能力界限划分如下：

(1) 注入能力较强的渗流速度分布范围为：大于0.4 m/d；

(2) 注入能力中等的的渗流速度分布范围为：介于0.3 m/d与0.4 m/d之间；

(3) 注入能力较差的渗流速度分布范围为：介于0.18 m/d与0.3 m/d之间；

(4) 注入能力过差的渗流速度分布范围为：小于0.18 m/d。

以上划分界限可为实际生产中聚合物相对分子质量及质量浓度筛选提供参考，以获得最好的驱油效果以及经济效益。

3　配制成本分析

在现场实际应用中，清水配置清水稀释聚合物溶液能够获得较好的驱油效果。为保证聚合物溶液的黏度,大庆油田聚合物工业化推广区均采用低矿化度清水配制聚合物溶液进行注入[15]。但随着聚驱规模的扩大，清水供应不足，造成清水成本提高，同时产出污水过剩，这就需要通过污水净化技术，使得产出污水能够在不污染环境的情况下合理外排。因此，清水配置清水稀释聚合物驱的总成本包括清水配置成本以及产出污水处理成本两部分。而清水配置污水稀释聚合物驱恰好缓解了清配清稀聚合物驱在产出污水以及成本控制上的压力。由上述分析可知，达到相同黏度的两种溶液的质量浓度差较小，同时由于清配污稀所需的污水可从产出污水中无限循环再利用，因此节约了清配清稀中清水的成本，同时免除了污水净化处理这一过程，不仅减少了总成本，同时实现了资源的再利用，最终达到了配置成本的降低以及环境保护双赢的效果。因此，在油田实际生产中，清水配置污水稀释聚合物驱是一种环保高效的驱油手段。

4　结论

(1) 清水配制污水稀释聚合物溶液与清水配制清水稀释聚合物溶液的质量浓度与黏度变化曲线的趋势相同，但清水配制清水稀释聚合物溶液的整体黏度较高。2 500万相对分子质量的两种溶液若要达到相同黏度，清配污稀聚合物溶液的质量浓度要比清配清稀聚合物溶液高约299.05 mg/L。

(2)萨南开发区油层聚合物注入能力界限划分为：渗流速度大于0.4 m/d为注入能力较强；渗流速度介于0.3 m/d与0.4 m/d之间为注入能力适中；渗流速度介于0.18 m/d与0.3 m/d之间为注入能力较差；渗流速度小于0.18 m/d为注入能力过差。该界限可为油田实际生产提供参考。

(3) 清水配置污水稀释聚合物溶液能够缓解清水配置清水稀释聚合物溶液在配置清水成本以及污水处理成本上的压力，实现了总配置成本的降低以及资源再利用的双赢结果，是一种环保高效的驱油手段。

[1]苏延昌，高峰，舒方春，等.污水配置聚合物研究[J].大庆石油地质与开发，2003,22(6)：44-47.

Su Yanchang, Gao Feng, Shu Fangchun,et al. Research on produced water mixing polymer solution[J]. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing, 2003,22(6)：44-47.

[2]刘江红，徐瑞丹，潘洋，等.混合菌降解含聚污水的最佳条件试验研究[J].安全与环境学报，2013,13(3)：14-17.

Liu Jianghong, Xu Ruidan, Pan Yang,et al. Experimental study of the optimal conditions for degrading HPAM-containing sewage by using the mixed bacteria[J]. Journal of Safety and Environment, 2013,13(3):14-17.

[3]何金钢，杨晶，唐生，等.含聚污水配制稀释聚合物的可行性[J].油田化学，2014,31(4)：543-548.

He Jingang, Yang Jing, Tang Sheng,et al. Feasibility of dilute polymer systems prepared with polymer-containing oilfield waste water[J]. Oilfield Chemistry, 2014,31(4)：543-548.

[4]邱里，来远，朱海山，等.串联气浮工艺处理海上油田含聚污水的试验研究[J].石油与天然气学报，2013,35(7)：148-151.

Qiu Li, Lai Yuan, Zhu Haishan,et al. Experimental study on offshore oilfield polymer-contained sewage by using series gas-floating technology[J]. Journal of Oil and Gas Technology, 2013,35(7)：148-151.

[5]牛金刚，孙刚，高飞.油田产出污水配制聚合物实验研究[J].大庆石油地质与开发，2001,20(2)：17-19.

Niu Jingang, Sun Gang, Gao Fei. Experimental study on making polymer with produced sewage in oilfield[J]. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing, 2001,20(2)：17-19.

[6]王德民，程杰成，杨清彦.黏弹性聚合物溶液提高微观驱油效率的机理研究[J].石油学报，2000,21(5)：45-51.

Wang Demin, Cheng Jiecheng, Yang Qingyan. Viscous-elastic polymer can increase micro-scale displacement efficiency in cores[J]. Acta Petrolei Sinica, 2000,21(5)：45-51.

[7]张宏方,王德民，王立军. 聚合物溶液在多孔介质中的渗流规律及其提高驱油效率的机理[J].大庆石油地质与开发，2002,21(4)：57-60.

Zhang Hongfang, Wang Demin, Wang Lijun. Flow laws of polymer solution in porous media and their mechanism on enhancing displacement efficiency[J]. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing, 2002,21(4)：57-60.

[8]夏惠芬，王德民，刘中春.黏弹性聚合物溶液提高微观驱油效率的机理研究[J].石油学报，2001,22(4)：60-65.

Xia Huifen, Wang Demin, Liu Zhongchun. Study on the mechanism of polymer solution with visco-elastic behavior increasing microscopic oil displacement efficiency[J].Acta Petrolei Sinica, 2001,22(4)：60-65.

[9]王广，张晓冉，梁玉杰.污水配制聚合物注入能力研究[J].内蒙古石油化工，2013,39(11)：18-19.

Wang Guang, Zhang Xiaoran, Liang Yujie. Study on the injection capacity of polymer sewage solution[J]. Inner Mongolia Petrochemical Industry, 2013,39(11)：18-19.

[10]孙先达，曹瑞波，王田甜，等.配制水质对聚合物驱效果的影响[J].新疆石油天然气，2014,10(4)：53-57.

Sun Xianda, Cao Ruibo, Wang Tiantian,et al. Effect of water quality of the preparation on polymer flooding[J].Xinjiang Oil & Gas, 2014,10(4)：53-57.

[11]张金波，付绍斌，曾玉彬.油田采出水回注处理技术进展[J].工业水处理，2000,20(10)：5-8.

Zhang Jinbo, Fu Shaobin, Zeng Yubin. Progress of produced water reinjection treatment in oil field[J]. Industrial Water Treatment, 2000,20(10)：5-8.

[12]包木太，陈庆国，王娜，等.油田污水中聚丙烯酞胺(HPAM)的降解机理研究[J].高分子通报，2008,21(2)：1-9.

Bao Mutai, Chen Qingguo, Wang Na,et al. Study on the mechanism of HPAM-degradation in the sewage of oilfield[J]. Chinese Polymer Bulletin, 2008,21(2)：1-9.[13]屈撑囤，王新强，谢娟，等.阳离子聚合物处理油田采油污水研究[J].西安石油大学学报，2006,21(2)：23-25.

Qu Chengtun, Wang Xinqiang, Xie Juan,et al. Using cationic polymer for treating the produced water of oilfields[J]. Journal of Xi’an Shiyou University, 2006,21(2)：23-25.

[14]张志英，姜汉桥，丁美爱.聚合物注入能力的实验研究[J].实验力学，2009,24(1)：8-12.

Zhang Zhiying, Jiang Hanqiao, Ding Meiai. Experiment study of polymer injectivity[J]. Journal of Experimental Mechanics, 2009,24(1)：8-12.

[15]王宝江.清水配置污水稀释聚合物溶液试验研究[D].大庆:大庆石油学院，2003.

(编辑闫玉玲)

Research on the Injection Capability of Produced Water MixingPolymer Solution in Sanan Development Area

Ma Jing, Zhang Wen

(CollegeofPetroleumEngineering，NortheastPetroleumUniversity,DaqingHeilongjiang163318,China)

As an important tertiary recovery technology, polymer flooding has obtained certain development achievement in Sanan development area of Daqing oilfield. But the surplus sewage exhausted from the polymer flooding has caused the waste of resource and the environmental pollution. The core flooding experiment which has diluted the polymer solution with the fresh water and the sewage was made to get this problem solved. According to the experimental results, the relationship between the concentration and viscosity of different molecular weight polymer was analyzed. Also, the injection capacity of the polymer solution with different molecular weight, permeability and concentration was analyzed. The injection capacity limit of the reservoir was divided according to the actual application. It has provided the reference for the screening of molecular weight and concentration of the polymer in actual production.

Polymer; Sewage; Core; Injection capacity

1006-396X(2016)04-0072-04投稿网址：http://journal.lnpu.edu.cn

2015-12-14

2016-03-18

马婧(1992-)，女，硕士研究生，从事油气田开发理论与技术方面的研究；E-mail：598855194@qq.com。

张文(1964-)，男，教授，从事油气田开发理论与技术方面的研究；E-mail：zhw_1964@126.com。

TE357

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.04.015