郭 斐

（中国石油天然气股份有限公司辽河油田勘探开发研究院，辽宁 盘锦 124010）

化学驱作为大幅度提高采收率的关键技术，已在大庆油田、胜利油田等大规模展开，均取得了不错的效果。辽河油田自2010年，相继在锦16块、沈84-安12块、沈67块、曙三区开展了聚/表复合驱、弱碱三元驱等现场实验，特别是锦16块，产量由转驱前的57t上升至最高353t，综合含水率下降了15%，取得了明显的增油降水效果[1]。

但在已经实施的化学驱井组中，部分区块出现了注入体系黏度远远低于方案设计要求等问题。例如沈84-安12块，化学驱初期的黏度仅为5～10mPa·s(方案设计要求为60mPa·s)，严重影响了化学驱的现场效果。对现场的药剂质量和水质进行分析后认为，配制过程中采用的油田污水成分复杂，是导致这一问题的根源。经过调研后发现，目前各油田的水质组分差异较大，处理工艺各有不同，水质对化学驱注入体系黏度的影响各不相同，为此开展了辽河油田水质对体系黏度的影响研究，选取了钠离子、钙离子、镁离子、硫离子、亚铁离子和铁离子等指标，进行了单因素实验研究。

1 实验部分

1.1 实验药品

部分水解聚丙烯酰胺（相对分子量2500万，现场用）。NaCl、KCl、FeCl2、 FeCl3、Na2S、CaCl2MgCl2（均为分析纯）。配制用水为去离子水。

1.2 实验仪器

RV型Brook Field黏度计，电子天平YDP-02-OD型，电热恒温干燥箱。

1.3 实验方法

1.3.1 溶液的配制及黏度的测定

聚合物溶液的配制及黏度测试方法，按SY/T 5862-2020《驱油用聚合物技术要求》中的规定，其中测试温度为地层温度55.0℃。

1.3.2 水质影响因素模拟方法的建立

先用去离子水配制聚合物母液，再用去离子水稀释至2000mg·L-1，按照1.3.1的方法测定黏度并作为初始黏度。影响因素的研究采用单因素模拟法，配制一系列不同浓度的NaCl、KCl、FeCl2、 FeCl3、Na2S、CaCl2、MgCl2盐水，然后稀释母液至2000mg·L-1，按照1.3.1的方法测定黏度。

2 结果与讨论

2.1 钠、钾离子对聚合物溶液黏度的影响

按照1.3.2的方法，配制钠、钾离子浓度分别为2000、4000、6000、8000、10000mg·L-1的盐水，配制聚合物溶液，测定黏度，并与初始黏度对比，结果见图1。由图1可以看出，随着钠、钾离子的浓度增加，聚合物溶液的黏度不断下降，钠、钾离子浓度为5000～6000mg·L-1时，聚合物黏度只有初始的1/2。究其原因，随着浓度的升高，聚合物分子链间的缠绕度降低，分子骨架变得松散，蜷曲现象越来越严重。整体来看，钠离子的影响程度略大于钾离子。辽河油田的钠、钾离子一般在2000mg·L-1以下，对聚合物黏度的影响较小。

图1 钠、钾离子对聚合物黏度的影响Fig.1 Effect of Na+/K+ on the viscosity of ploymer

2.2 钙、镁离子对聚合物溶液黏度的影响

按照1.3.2的方法，配制钙离子浓度分别为50、100、200、300、400mg·L-1的盐水，配制聚合物溶液，测定黏度，并与初始黏度对比，结果见图2。由图2可以看出，随着钙、镁离子的浓度增加，聚合物溶液的黏度不断下降，当离子含量为150～200mg·L-1时，聚合物黏度只有初始的1/2。究其原因，一方面，钙、镁离子作为螯合剂与聚丙烯酰胺羧基结合，另一方面，钙镁离子会导致聚合物发生卷缩，使得黏度下降。整体来看，镁离子的影响程度略大于钙离子。辽河油田的钙、镁离子一般在50mg·L-1以下，对聚合物黏度的影响较小。

图2 钙、镁离子对聚合物黏度的影响Fig. 2 Effect of Ca2+/Mg2+ on the viscosity of ploymer

2.3 硫离子对聚合物溶液黏度的影响

按照1.3.2的方法。配制硫离子浓度分别为1.0、3.0、5.0、7.0、9.0mg·L-1的盐水，配制聚合物溶液，测定黏度，并与初始黏度对比，结果见图3。由图3可以看出，硫离子对聚合物黏度的影响很大。硫离子含量为3.5～4.0mg·L-1时，聚合物黏度只有初始的1/2。硫离子会与HPAM发生氧化反应，使得分子链断裂，导致HPAM的黏度大幅下降。

图3 硫离子对聚合物黏度的影响Fig. 3 Effect of S2- on the viscosity of Ploymer

2.4 亚铁离子对聚合物溶液黏度的影响

按照1.3.2的方法，配制亚铁离子浓度分别为1.0、3.0、5.0、7.0、9.0mg·L-1的盐水，配制聚合物溶液，测定黏度，并与初始黏度对比，结果见图4。由图4可以看出，亚铁离子对聚合物黏度的影响很大，亚铁离子含量为4.5～5.0mg·L-1时，聚合物黏度只有初始的1/2。亚铁离子对聚合物黏度的影响，基本与硫离子一致。

图4 亚铁离子对聚合物黏度影响Fig. 4 Effect of Fe2+ on the viscosity of Ploymer

2.5 铁离子对聚合物溶液黏度的影响

按照1.3.2的方法，配制铁离子浓度分别为1.0、3.0、5.0、7.0、9.0mg·L-1的盐水，配制聚合物溶液，测定黏度，并与初始黏度对比，结果见图5。由图5可以看出，铁离子对聚合物黏度的影响不大，在0～9mg·L-1浓度范围内，黏度略有下降。

图5 铁离子对聚合物黏度的影响Fig. 5 Effect of Fe3+ on the viscosity of Ploymer

3 现场水质的监测情况分析

根据研究，现场水质对聚合物溶液黏度的影响因素顺序为：硫离子＞亚铁离子＞钙、镁离子＞钠、钾离子。为了验证实验结果，以沈67块聚/表的复合驱现场为考察对象，跟踪井口黏度与离子间的变化关系，结果见图6。

图6 井口黏度与水质因素关系Fig. 6 The relationship of ion and viscosity of Ploymer

由于现场水源较为固定，其钙、镁离子含量基本在40～50mg·L-1之间波动，钠、钾离子含量一般在1500～2000mg·L-1之间波动。现场井口的黏度变化，与亚铁、硫离子的含量变化较为吻合，特别是硫离子的影响更为巨大。硫离子含量的变化表现出明显的季节性，推测是夏季硫酸盐还原菌的大幅增殖引起的。因此，为了保证有较好的注入效果，现场应严格限制硫离子和亚铁离子的含量。

4 结论

1）水中的亚铁离子、硫离子、二价阳离子、钠、钾离子对聚合物的黏度有较明显的影响。

2） 硫离子和亚铁离子对聚合物黏度的影响最严重，现场应对这2个因素进行控制。

3）二价阳离子和钠、钾离子对聚合物黏度有一定的影响，铁离子的影响较小。

4）根据水质研究的结果，对辽河化学驱的沈67块进行水质分析后发现，硫离子和亚铁离子的含量波动，是造成井口黏度低的原因。