谢晓庆 耿站立 张鹏 王守磊 高亚军 郑焱

摘      要： 为了建立一种驱油用疏水缔合聚合物黏度的快速预测方法，首先配制了聚合物母液和目标溶液，测定了不同浓度下的黏度，得到黏浓曲线。然后，根据海上目标油藏的环境条件，通过实验测定，得到了温度、矿化度和钙镁离子浓度对疏水缔合聚合物溶液黏度的影响规律，构建了聚合物黏度单因素关系式。通过多因素回归分析，建立了聚合物黏度预测模型，可预测其在不同条件下的黏度，大大减少获得聚合物黏度所需的时间。通过回归拟合计算数据与实际实验测得的数据对比，两者吻合率较高，验证了此种方法的合理性。

关  键  词：疏水缔合聚合物;黏度;多因素回归，影响因素;表征模型;预测

中图分类号：TQ 011       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2019）10-2269-05

Abstract： In order to establish a rapid prediction method for the viscosity of hydrophobic associating polymer for oil displacement， the polymer mother liquor and the target solution were first prepared， and the viscosity at different concentrations was determined to obtain its viscosity-concentration curve. According to the environmental conditions of the target reservoir at sea， the effect of temperature， salinity， calcium and magnesium ion concentration on the viscosity of hydrophobic associating polymer solution was obtained by experimental determination. Through the regression analysis of single factor and multiple factors of viscosity polymer， the hydrophobic associating polymer solution viscosity prediction model was established to predict polymer solution viscosity under different temperature， salinity， content of calcium and magnesium ions. It can greatly reduce the time required to obtain a polymer viscosity. The regression fitting calculation data were compared with the actual experiment measured data， and the high agreement rate between the two data proved the rationality of this method.

Key words： Hydrophobic associating polymer; Viscosity; Multifactor regression; Influence factor; Representation model; Prediction

疏水締合聚合物是当前海上油田聚合物驱开发所采用的一种新型聚合物，具有增黏及抗温抗盐能力强、抗剪切能力强、岩心流动有较大的阻力系数与残余阻力系数等优点[1-3]。聚合物溶液的增黏性能是考察聚合物好坏的重要指标，目前主要是通过实验测定的方法来获得聚合物溶液黏度[4-6]。影响聚合物溶液黏度的因素较多，除了聚合物自身性能以及配聚条件外，还包括温度、矿化度、钙镁离子浓度三个重要的油藏静态参数[7，8]。

本文首先通过室内物理模拟实验研究了温度、矿化度、钙镁离子浓度对聚合物黏度的单因素影响规律，得到聚合物黏度单因素关系式。然后进一步通过正交试验设计研究了多因素协同作用对疏水缔合聚合物黏度的影响，并通过多元非线性回归建立目标浓度为1 750 mg/L的疏水缔合聚合物溶液黏度表征模型，可预测其在不同条件下的黏度，大大减少获得聚合物黏度所需的时间，为矿场根据油藏参数快速配聚提供了一条捷径。

1  实验部分

1.1  聚合物母液和目标溶液的配制

根据聚合物固含量测定标准测得疏水缔合聚合物样品的固含量。根据固含量，称取定量的聚合物试样;在烧杯中放入计算水量并预热到目标油田配注水温度，开动数显立式搅拌器，使盐水形成漩涡，将试样缓慢撒入漩涡壁，在目标油田配液温度和400 r/min的转速下搅拌2 h，配制成聚合物母液。配制溶液期间，每间隔30 min，将溶液补水至溶液前质量，最后一次补水后搅拌使溶液均匀。根据需要，将聚合物母液在室温和400 r/min的转速下稀释成目标溶液。用waring搅拌器在I档下将目标溶液搅拌20 s。

1.2  聚合物溶液黏度测定

将调零后的Brookfiled黏度计安装上UL转子，设置剪切速率7.34 s-1（0#转子对应6 r/min）。在测量杯中加入定量目标浓度聚合物溶液，并将其放入已加热至指定温度（视不同油田而定）的恒温水浴箱，预热5 min后打开黏度计测定开关，准备读数，分别记录3、5、8 min时的样品黏度数据，取3次平均值作为测定结果。

2  黏度影响因素研究

疏水缔合聚合物具有较强的抗温抗盐能力，在海上油田的聚合物驱矿场试验中已取得了较好的增油控水效果。疏水缔合聚合物的分子量为1.7×106，水解度为18.2%，平均固含量为90%，水不溶物含量为 0.15%，浓度越低，溶解时间越长，在30～45 ℃的温度范围内，溶解时间小于2 h。

疏水缔合聚合物的黏度是影响聚合物驱油效果的重要指标，而温度、地层水矿化度及钙镁离子含量又是黏度的主要影响因素，因此，可通过分析黏度与温度、地层水矿化度及钙镁离子含量的规律来建立黏度表征模型，进而达到黏度预测的目的。

在实验条件下，首先测定了聚合物溶液不同浓度条件下的黏度，得到了聚合物溶液的黏浓曲线。然后，由于目标油田实际注入的聚合物溶液浓度为1 750 mg/L，所以在目标浓度1 750 mg/L的条件下，分别研究了温度、矿化度和钙镁离子浓度对疏水缔合聚合物溶液黏度的影响规律。

2.1  黏浓关系测定

根据实验规范分别测定了矿化度为6 000 mg/L、钙镁离子含量为600 mg/L、温度为65 ℃条件下聚合物浓度分别为500、1 000、1 500、1 750、2 000 mg/L的疏水缔合聚合物溶液黏度，结果如图1所示。

2.2  单因素影响规律

2.2.1  温度

聚合物溶液浓度为1 750 mg/L时，温度对聚合物溶液黏度影响显著，随着温度升高，聚合物溶液黏度急剧下降，矿场经验也证实，随温度的升高聚驱效果显著变差。这主要是因为温度越高，聚合物分子的热运动越剧烈，溶液中相互靠近的聚合物分子越难以维持稳定的纠缠状态，对流动的阻力降低，同时溶剂的扩散能力增强，分子内旋转的能量增加，使大分子线团更加卷曲，甚至降解，黏度降低。

实验测定了温度分别为50、65、75、85、93 ℃下的聚合物黏度，如图2所示（T表示温度），对散点分布进行回归，可得疏水缔合聚合物黏度随温度的变化规律。可见，随着温度升高，聚合物溶液黏度呈幂指数形式下降，在50 ℃时黏度超过30 mPa·s，而当温度升至93 ℃时不到10 mPa·s。

2.2.2  矿化度

在其他参数一定的条件下，聚合物溶液浓度为1 750 mg/L时，实验测定了矿化度为3 000、6 000、10 000、15 000、20 000 mg/L下的聚合物溶液黏度， 并通过回归分析得到黏度随矿化度的变化规律。由图3可以看出（X表示矿化度），聚合物黏度在矿化度为6 000 mg/L时最大，矿化度进一步增大，聚合物黏度逐渐减小。这主要是因为聚合物分子的伸展程度与溶液矿化度相关，随着矿化度的升高，溶液中的Na+离子增多，羧基间的斥力减弱，聚合物分子蜷曲，伸展范围缩小，造成了聚合物溶液黏度降低。

2.2.3  钙镁离子浓度

钙镁离子浓度对聚合物溶液黏度的影响规律与矿化度大体相同，且更为明显。在其他参数一定的条件下，实验测定了钙镁离子浓度分别为100、300、600、800、1 000 mg/L的条件下的聚合物溶液黏度， 通过回归分析得到聚合物黏度随矿化度的变化规律。由图4可以看出（Y表示钙镁离子浓度），聚合物黏度随钙镁离子浓度的增大是先增大后减小，在250 mg/L时达到最大值，随后急剧下降。

3  黏度表征模型建立

通过正交试验设计研究了多因素协同作用对疏水缔合聚合物黏度的影响，并通过多元非线性回归建立浓度为1 750 mg/L的疏水缔合聚合物溶液黏度表征模型。

3.1  多因素共同作用的影响

3.1.1  实验方案设计

聚合物溶液在地层条件下的黏度由多因素共同决定，为得到不同因素综合作用下的黏度变化规律，基于单因素研究成果，针对不同温度、矿化度和钙镁离子浓度进行了多因素协同作用规律实验。为减少实验数量，选取上述三个参数，设计3因素5水平25个正交方案进行试验，所用聚合物溶液浓度固定为1 750 mg/L，实验参数和水平如表1所示。其中的温度取值水平参考了当前适合化学驱的海上油田数据，其温度分布均未低于50 ℃，不高于93 ℃。

3.1.2  实验结果

应用相同的实验流程和方法，分別测定了25个实验方案的缔合聚合物黏度数据，不同方案的实验条件以及对应的实测数据如表2。

3.2  表征模型建立

3.2.1  回归分析

对正交实验结果进行回归分析，对某一参数同一水平的5组实验测定的聚合物黏度进行平均处理，即可获得该参数聚合物黏度平均值随不同水平的变化规律。例如对于矿化度为3 000 mg/L的序号为1、6、11、16、21五组实验结果进行平均处理，得到聚合物平均黏度为21.14 mPa·s。以此类推，可得聚合物平均黏度与矿化度的关系。对散点分布进行多项式回归，可得疏水缔合聚合物黏度随矿化度的变化规律。聚合物浓度在矿化度为6 000 mg/L时达到最大，矿化度进一步增大，聚合物黏度逐渐减小。同样的方法得到聚合物黏度随钙镁离子含量和温度的变化规律。聚合物黏度随钙镁离子含量的增大是先增大后减小，聚合物黏度随温度增大，逐渐减小。

3.2.2  表征模型建立

根据疏水缔合聚合物随矿化度、钙镁离子浓度和温度的单因素变化规律，得到基本关系式形式，利用多因素协同作用实验数据建立多因素黏度预测模型。利用1stOpt软件对25套实验数据进行回归，每个单因素在公式中的关系式与单因素形式一致，经多元回归最终建立聚合物浓度为1 750 mg/L条件下的多因素协同影响规律表征模型，如式（1）。

3.2.3  表征模型验证

采用表征模型，计算正交实验方案的聚合物黏度值，拟合优度R2达到了0.924 9。拟合效果如图5所示。可以看出，拟合精度较高。因此，采用该回归模型可以计算任意矿化度、钙镁离子浓度和温度下聚合物溶液浓度为1 750 mg/L的疏水缔合聚合物黏度值。同理，可以得到其它不同聚合物溶液浓度的表征模型。

3.3  黏浓曲线预测

根据实验测得的黏浓曲线和1 750 mg/L对应的黏度表征模型，可以得到任意条件下的疏水缔合聚合物溶液的黏浓曲线。具体的计算过程是：

（1）首先通过实验得到基准条件下聚合物溶液的黏浓曲线。

（2）将聚合物溶液的浓度区间划分成10等区间，采用非线性拟合，确定每个浓度对应的归一化数值，如表3所示。

（3）要求任意条件下的黏浓曲线时，将任意条件下1 750 mg/L所对应的黏度替换掉实验条件下1 750 mg/L对应的黏度，并乘以各浓度对应的归一化拟合数值，即可求得黏浓曲线。

图6为回归拟合计算数据与实际实验测得的数据对比，可以看出，两者吻合率较高，验证了此种方法的合理性。

4  结 论

（1）通过实验测定，得到了温度、矿化度和钙镁离子浓度对疏水缔合聚合物溶液黏度的影响规律。随着温度升高，黏度呈幂指数形式下降;黏度在矿化度为6 000 mg/L时达到最大，然后逐渐减小;黏度随钙镁离子浓度的增大先增大后减小，达到最大值后急剧下降。

（2）通过构建聚合物黏度单因素关系式及多因素回归分析，建立了聚合物黏度表征模型，是一个三元多项式，验证了其合理性，可预测在不同条件下的黏度，大大减少获得黏度所需的时间。

参考文献：

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