郭 艳,乔 喜,束华东,刘 斌，王正欣，王 熙,孙林涛

1.河南省提高石油采收率重点实验室，河南 南阳 473132；2.中国石化河南油田分公司 勘探开发研究院，河南 南阳 473132；3.中国石化河南油田分公司 采油气工程服务中心，河南 南阳 473132

河南油田聚合物驱已步入工业化应用阶段，随着聚合物驱技术在油田的推广应用，淡水资源日趋紧张，油田采出污水需要等量回注，采出污水经过处理后,用来配制聚合物溶液，这既消除了一个大的污染源,又解决了使用聚合物驱开采地下原油的水源问题。但是，采出污水成分极其复杂，用其配制的聚合物溶液往往存在黏度保留率低、达不到较好驱油效果等问题。氧可以有效地杀灭污水中的硫酸盐还原菌和其他一些厌氧菌，抑制硫酸盐还原菌生长，减缓其对聚合物的降解作用[1-3]，但是，氧含量较高时，配注污水中若含有一定量的硫化物，将加剧配注聚合物黏度降低，影响化学驱的注入质量。为了更好地发挥化学驱和调剖体系的效果，现场应严格控制硫化物、氧含量以及硫酸盐还原菌量，最大限度地降低氧和硫化物对聚合物黏度的影响，防止化学剂的浪费[4-8]。下二门H2IV油田化学驱采用曝氧污水配制聚合物母液，用含硫污水稀释(节约污水处理成本)，本文以该区块为例， 研究氧和硫化物对聚合物黏度及聚合物成胶性能的影响, 确定现场实施不影响成胶性能的氧和硫化物含量的界限。该油田油藏温度58 ℃，地层水矿化度2 282 mg/L。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

超高分子量聚合物，相对分子量3 100万，水解度28.6%，河南正佳公司；有机铬交联剂CJ-1(1.7%)，河南飞亚化工厂；实验用水为下二门陈化污水，下二门现场实施用污水；DV-Ⅲ型Brooker黏度计，美国Brookfield公司；MOV-313P烘箱，日本三洋公司；测硫管、测氧管，测硫用A剂、B剂，北京华兴世纪仪器有限公司。

1.2 溶液的配制

1.3 黏度的测定

参考石油行业标准SY/T 5862—2008《驱油用聚合物技术要求》，采用0#转子，在指定温度下，转速6 r/min测试体系的黏度。参考河南油田企业标准Q/SH 3135 479—2020《铬交联剂技术要求》，采用2#转子，在指定温度下，转速6 r/min测试体系的黏度。

1.4 氧和硫化物含量的测定

1.4.1 氧的测定方法

氧的测定采用快速测氧管测定，可以测出低浓度(0.1 mg/L)的含氧量，将测氧管插入待测水样中，然后别断尖头部分，用手堵住断口上下振荡均匀，和标准版对照(0～0.1 mg/L、0.1～1 mg/L、1～12 mg/L三个系列)，确定氧含量。

1.4.2 硫化物的测定方法

1)测硫显色剂的配制。①1∶1盐酸：在100 mL蒸馏水中，加入100 mL分析纯浓盐酸，混匀；②1∶1硫酸：在100 mL蒸馏水中，缓慢加入100 mL分析纯浓硫酸混匀；③将1∶1硫酸和1∶1盐酸以4∶1体积比混合(如取40 mL 1∶1硫酸加入10 mL 1∶1盐酸中)；④显色剂的配制：取A组分溶液2.0 mL加入硫酸-盐酸混合液70 mL、B组分溶液10 mL，混匀即成。

2)在取样杯中取10 mL水样，立即加入1 mL步骤1)配制的测硫显色剂(显色剂不得少于1 mL，否则水样进入管内，白色絮状物不能溶解)，迅速用测试管搅动溶液，等待2 min，让显色剂充分和水中硫化物作用。

3)将测试管带有易折坏的尖端，插入取样水杯中，折断测试管尖端部分，水样自动进入管内。

任何工程建设质量都是第一位的，市政建设也不例外，抓好基础设施建设的质量是首要任务。市政建设基本上承担的都是城市基础设施建设，这些工程和人们的生活有着紧密关系，其使用功能的好坏直接决定着人们生活水平的高低，所以必须要做好施工建设的质量管理，确保市政建设的各种设施能够满足人们的使用要求，为城市的发展做出更大的贡献。

4)取出测试管，来回颠倒，每次使管中气泡从一端运行到另一端，直到管中白色絮状物溶解为止。颠倒混合后，如白色絮状物不溶解，是由于水样取得过多，显色剂加得过少。

5)等待5 min，将测试管和标准比色管比色，硫化物含量小于1 mg/L，用圆柱形标准比色管架；含量大于1 mg/L时，用板形标准比色管架。色度相同者即为水样的硫化物含量，介于两个标准管之间，取平均值。如果含量超过10 mg/L，则测试水样加入无硫蒸馏水进行稀释后进行测试，测试结果为稀释倍数乘以测试结果。

2 结果与讨论

2.1 氧含量对聚合物黏度的影响

取下二门现场用聚合物，用下二门陈化污水配制4 500 mg/L的聚合物溶液，再用下二门陈化污水稀释至1 000 mg/L，考察不同氧含量、不同老化时间对聚合物黏度的影响。老化温度58℃，测试条件：温度30 ℃，DV-III黏度计，0#转子，转速6 r/min，结果见表1。由表1可知：随着氧含量的增加，聚合物的黏度有所降低。聚合物在氧含量较低时能保持较好的热氧稳定性，氧含量为0.3 mg/L时，老化180 d后黏度保留率为97.8%；氧含量为0.5 mg/L时，聚合物老化180 d后黏度保留率为91.3%；氧含量为1.0 mg/L时，老化180 d后黏度保留率为83.3%；氧含量为4.0 mg/L时，聚合物黏度下降较快，180 d后黏度保留率为19.8%。这是因为有氧存在时，自由基O·攻击聚合物，聚合物大分子链会发生自由基的氧化降解，导致聚合物骨架断裂，使聚合物溶液黏度大幅度降低。

表1 氧对聚合物溶液黏度长期热稳定性的影响

2.2 硫化物含量对聚合物黏度的影响

2.2.1 曝氧条件下硫化物含量对聚合物溶液黏度的影响

室温30 ℃时，曝氧条件下，在蒸馏水中加入硫化钠，研究S2-对聚合物母液(浓度4 500 mg/L)黏度的影响。搅拌2 h(模拟现场母液在母液罐中熟化时间)，采用DV-Ⅲ黏度计测定聚合物黏度，测试温度30 ℃，0#转子，6 r/min，结果见表2。由表2可以看出：随着S2-浓度的增加，聚合物黏度值逐渐下降。S2-含量控制在0.5 mg/L以下时，黏度保留率为95.0%；S2-浓度为20 mg/L时，黏度保留率仅为17.2%。

表2 硫化物含量对聚合物母液(4 500 mg/L)黏度的影响

2.2.2 低氧条件下硫化物含量对聚合物溶液黏度的影响

1)不同硫化物含量对聚合物黏度的影响。取下二门现场聚合物配制母液进行抽空，控制氧含量为0.5 mg/L，采用下二门在线稀释污水(密闭)，稀释至所需浓度，考察不同含硫量对聚合物溶液黏度的影响，结果见表3。由表3可以看出：氧含量为0.5 mg/L时，随着硫化物含量的增加，聚合物的黏度逐渐降低。硫化物含量为8 mg/L时，1 800 mg/L和2 000 mg/L聚合物黏度保留率仅为16.1%和20.6%；硫化物含量控制在1 mg/L及以下时，聚合物黏度保留率在80%以上；硫化物含量控制在0.5 mg/L及以下时，聚合物黏度保留率可达90%以上。如果溶液中存在S2-，氧和还原剂(S2-)之间能形成一种中间过渡态，降低O2裂解成O·的活化能，在更低的温度条件下更容易产生O·，这种催化作用加速了阴离子型聚丙烯酰胺(HPAM)的降解速度[9-10]。

表3 低氧条件下不同硫化物含量对聚合物溶液黏度的影响

2)硫化物含量8 mg/L时，老化时间对聚合物黏度的影响。氧含量为0.5 mg/L，硫化物含量为8 mg/L时，考察聚合物浓度为1 500、1 800 mg/L的长期热稳定性，结果如图1所示。由图1可以看出：聚合物浓度越高，其溶液黏度也越大。硫和氧共存体系对聚合物溶液的降黏作用主要集中在溶液老化的前期。由于氧化还原反应剧烈，聚合物溶液黏度出现快速、大幅度下降。 在氧消耗完全后，聚合物溶液黏度基本可以保持平稳。

2.2.3 无氧条件下硫化物对聚合物黏度的影响

无氧条件下，考察不同浓度的硫化物对聚合物黏度的影响，聚合物浓度为1 500 mg/L，结果如图2所示。由图2可以看出：无氧条件下，不同浓度的硫化物对聚合物溶液黏度影响不大，聚合物溶液长期热稳定性影响不明显，老化180 d后黏度保留率均在90%以上。

图1 氧含量为0.5 mg/L，硫量为8 mg/L时，聚合物浓度对其黏度的影响

图2 无氧条件下硫化物浓度对聚合物黏度的影响

2.3 氧和硫化物对调剖体系黏度的影响

2.3.1 曝氧条件下老化时间对调剖体系的影响

将现场取污水进行陈化放置2 d，硫化物含量为0 mg/L，考察聚合物成胶性能，测试温度为30 ℃，采用2#转子，6 r/min，结果见表4。由表4可以看出：聚合物质量浓度2 200 mg/L、交联剂质量浓度为200 mg/L时，6 h时黏度有所增加，其他配方条件下10 h黏度大幅度增加，5 d黏度基本稳定，30 d后黏度趋于稳定。

表4 陈化水配制条件下老化时间对调剖体系黏度的影响

2.3.2 低氧条件下硫化物含量对调剖体系黏度的影响

取下二门现场聚合物配制母液，抽空控制氧含量小于0.5 mg/L，采用下二门在线稀释污水(密闭)至所需浓度，考察不同硫化物含量对成胶性能的影响，测试温度为30 ℃，黏度1 000 mPa·s以下采用0#转子，黏度高于1 000 mPa·s采用2#转子，均为6 r/min，结果见表5。由表5可以看出:污水中硫含量对成胶性能影响大，随着硫含量增加，成胶时间延长，成胶后强度变小。 为了保证现场成胶效果，根据现场处理条件要求将稀释用水硫化物含量降低到0.5 mg/L以下。采用含硫污水(表5)和陈化污水稀释(表4)对比结果可以看出，采用含硫污水稀释成胶时间延长，而且成胶后黏度低于用陈化污水稀释的成胶黏度。

表5 硫化物含量对调剂体系黏度的影响

2.3.3 硫化物含量为20 mg/L时不同氧含量对成胶性能的影响

取下二门现场聚合物配制母液进行抽空，控制不同氧含量，采用下二门在线污水(密闭)稀释，为了研究氧含量下限，研究不经过处理的高含硫采出污水对成胶性能的影响。硫化物含量为20 mg/L时，配制聚合物浓度1 500 mg/L、交联剂浓度150 mg/L的调剖体系，考察不同氧含量调剖体系对成胶性能的影响，测试温度30℃，黏度1 000 mPa·s以下采用0#转子，黏度高于1 000 mPa·s采用2#转子，均为6 r/min，结果见表6。

表6 氧含量对调剖体系黏度影响

由表6可以看出:硫化物含量为20 mg/L时，不同氧含量对成胶性能影响较大。氧含量大于等于0.6 mg/L时，体系不成胶；氧含量为0.3 mg/L时，30 d的成胶黏度为682 mPa·s。

3 结论

1)化学驱现场配制水中的氧影响聚合物的长期热稳定性，氧含量越高，对聚合物黏度影响越大。无硫化物存在时，氧含量小于0.5 mg/L聚合物黏度保留率可达90%以上。

2)氧存在时，硫化物含量影响聚合物母液及注入液黏度，从保证现场效果和经济性两方面考虑，现场控制硫化物和氧含量小于0.5 mg/L，聚合物溶液黏度保留率可达90%以上。

3)陈化污水配制条件下，调剖体系成胶时间短，成胶强度高；现场回注污水中硫化物含量影响成胶时间，硫化物含量越高，成胶时间越长，成胶强度越低。为保证现场调剖效果，氧含量低于0.3 mg/L、硫化物含量在2 mg/L以下对成胶性能影响不大。

4)为同时保证聚合物驱的注入质量和调剖效果，要求母液氧含量控制在0.5 mg/L以下，在线稀释水硫化物和氧含量控制在0.5 mg/L以下。