礦場聚合物粘度影響因素分析及治理方法

徐凱等

摘要：聚合物驅(qū)油是油田高含水開發(fā)后期原油穩(wěn)產(chǎn)的主要技術(shù)措施。注聚合物的目的是為了增加注入水的粘度，由于在礦場注入的過程中聚合物粘度受眾多因素的影響，粘度保留率低，影響了驅(qū)油效果，因此，在聚合物溶液配注過程中就要注重對粘度影響因素的研究。聚合物驅(qū)油生產(chǎn)實(shí)踐表明聚合物溶液配制成分的質(zhì)量和配注系統(tǒng)中的機(jī)械、化學(xué)和生物降解因素對溶液的粘度均有影響。通過對聚合物溶液粘度的主要影響因素進(jìn)行分析和研究，有利于采取各種技術(shù)措施提高聚合物粘度，確保聚合物的驅(qū)油效果。

關(guān)鍵詞：聚合物溶液；粘度；影響因素；治理方法

引 言

注入聚合物溶液的主要作用是改變油水流度比，增加掃油面積，擴(kuò)大波及體積，從而提高采收率，聚合物溶液粘度是聚合物驅(qū)油的重要指標(biāo)之一。研究聚合物粘度影響因素，采取相應(yīng)的技術(shù)手段提高粘度，對于提高聚合物驅(qū)油效果具有重要意義。目前采油廠正注聚項(xiàng)目在注入的過程中發(fā)現(xiàn)，注入的聚合物溶液粘度過低，第一段塞濃度粘度低于30 mPa.s，第二段塞在20 mPa.s左右，不能達(dá)到方案的要求，嚴(yán)重影響聚合物開發(fā)效果。目前發(fā)表研究成果主要是從室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行分子量、濃度、溫度、礦化度、攪拌速度和氧等方面分析對粘度的影響【1】，但礦場實(shí)際粘度變化是多種因素共同影響的結(jié)果，其與現(xiàn)場投加的藥劑、污水、設(shè)備流程等方面息息相關(guān)，通過對礦場配注和注入過程的分析，探究影響聚合物溶液粘度的因素及規(guī)律，有針對性的提出保粘的方法，實(shí)施調(diào)整干粉類型、提高第二段塞濃度、污水曝氧處理、注聚設(shè)備流程優(yōu)化等措施，大幅提高正注項(xiàng)目聚合物溶液粘度，確保三次采油的效果及經(jīng)濟(jì)效益。

1 技術(shù)方法

1.1 礦場聚合物粘度影響因素分析

取現(xiàn)場使用的不同批次干粉配制5000mg/L的聚合物溶液，攪拌2小時(shí)后測其粘度，三種干粉每一批次性能都有較大的波動。A干粉平均化驗(yàn)粘度3016mPa.s，C干粉平均化驗(yàn)粘度2795mPa.s，B干粉平均化驗(yàn)粘度3585mPa.s。從檢測的母液粘度數(shù)據(jù)看，B干粉最高，比其它兩類干粉高出近600mPa.s，幅度達(dá)到20%。但相對應(yīng)的污水稀釋后隨著濃度的降低粘度與其它干粉趨于一致，總體來看B型干粉的抗鹽性能比A干粉、C干粉略差。污水稀釋后，因礦化度升高，粘度下降。

1.2 現(xiàn)場污水水質(zhì)對聚合物溶液粘度的影響

聚合物驅(qū)一般采用清水配制聚合物溶液、污水稀釋注入方式，污水為地層采出水。（1）污水礦化度對粘度的影響。從測定數(shù)據(jù)看，不同稀釋條件下，稀釋到相同的濃度，在濃度3000mg/L以下，即濃度較低情況下，清水配清水稀釋測定粘度要比清水配污水稀釋粘度高2.0～4.0倍，污水對聚合物溶液粘度粘度降解達(dá)到50%～70%。（2）污水中離子含量對粘度的影響。隨著離子濃度的增加粘度下降較快，在 >2500mg/L時(shí)，隨著離子濃度的增加粘度下降的趨勢減緩，隨后粘度趨于穩(wěn)定。Cl-、HCO3-、CO32-對聚合物溶液粘度的影響較小，在>3500mg/L時(shí)基本趨于穩(wěn)定，Cl-對聚合物溶液粘度的影響要略大于HCO3-、CO32-的影響。隨S2-離子濃度的增加，聚合物溶液粘度大幅下降，濃度大于5mg/L時(shí)粘度下降趨于平緩，下降到10mPa.s以下。

1.3 溶解氧對粘度的影響

溶解氧是影響聚合物溶液穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，污水中氧的存在會使其粘度迅速下降，氧化降解嚴(yán)重的驅(qū)油體系甚至?xí)适Я鞫瓤刂颇芰?。隨著體系中溶解氧的增加，粘度下降。在脫氧條件下，在老化初期粘度損失在15%左右。有氧條件下，老化初期粘度損失率達(dá)到70%以上。從現(xiàn)場連續(xù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)來看，污水中溶解氧的含量上升較快，對現(xiàn)場聚合物溶液粘度有較大影響。

1.4 聚合物溶液注入過程中對粘度的影響

聚合物驅(qū)地面注入系統(tǒng)主要由一個(gè)配制站和一個(gè)注入站組成，由于受各種因素的影響，會使聚合物水溶液的粘度下降。在聚合物的配制系統(tǒng)，設(shè)置了3個(gè)取樣點(diǎn)，即熟化罐出口、螺桿喂入泵和外輸泵進(jìn)出口。在注入系統(tǒng)部分，設(shè)置了5個(gè)取樣點(diǎn)，即注聚泵進(jìn)出口、注聚井井口、井下管柱20m和1200m等處。（1）配制系統(tǒng)粘度降解情況。在配制系統(tǒng)，主要剪切點(diǎn)是螺桿喂入泵（或外輸泵），進(jìn)出口監(jiān)測42次，粘度保留率97.7%。（2）注入系統(tǒng)粘度降解情況。在注入系統(tǒng)，粘度剪切點(diǎn)主要是注聚泵，進(jìn)出口監(jiān)測64次，去掉粘度異常6次后，粘度保留率93.7%，即從熟化罐出口到匯管間粘度保留率91.4%，剪切率8.6%。此外，注聚泵影響粘度的另一個(gè)因素是注入泵供液不足，聚合物溶液排量未達(dá)到要求，如閥關(guān)閉不嚴(yán)（氣蝕、雜物阻礙、卡滯等）、閥桿斷裂、盤根磨損嚴(yán)重、溶液漏失量大等，以及泵工作腔進(jìn)氣，這些因素導(dǎo)致注入泵聚合物溶液的排量比理論排量少，引起聚合物溶液濃度降低，粘度下降。

1.5 提高聚合物粘度方法

（1）提高聚合物溶液濃度。室內(nèi)試驗(yàn)表明，礦化度在9800mg/L時(shí)，注入濃度2200mg/L以上時(shí)，粘度均能50mPa·s以上，礦場的粘度是室內(nèi)試驗(yàn)的50%，因此，礦場注入粘度能達(dá)到25mPa·s以上，能夠滿足方案設(shè)計(jì)粘度要求。（2）污水進(jìn)行曝氧處理。當(dāng)清水配制的聚合物母液被曝氧污水稀釋時(shí)，不會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而可以大幅度減少聚合物溶液粘度的損失。（3）開展干粉適應(yīng)性分析及時(shí)調(diào)整干粉。通過干粉礦場適應(yīng)性分析，開展好系統(tǒng)粘度調(diào)研，及時(shí)與上級部門進(jìn)行溝通，調(diào)整現(xiàn)場干粉廠家，提高區(qū)塊聚合物溶液粘度。（4）優(yōu)化注聚設(shè)備流程。根據(jù)“流程簡化、工藝適應(yīng)”的技術(shù)原則，積極開展工藝流程改造，進(jìn)一步提高工藝的適應(yīng)性和可靠性。1）優(yōu)化改造分散系統(tǒng)。八區(qū)設(shè)計(jì)中進(jìn)行調(diào)整由水射流分散調(diào)整為水幔式分散。同時(shí)，對在用水射流分散進(jìn)行優(yōu)化改造。2）注聚流程采取玻璃鋼、不銹鋼管線。新注聚項(xiàng)目建設(shè)時(shí)高壓污水管網(wǎng)、母液外輸管網(wǎng)、單井管線全部采用玻璃鋼管線，將高壓管匯處的管線整體更換為不銹鋼管線等措施，較少腐蝕、結(jié)垢現(xiàn)象，減少鐵離子的產(chǎn)生，增加注聚設(shè)備流程系統(tǒng)的粘度保留率。老注聚項(xiàng)目逐步用非金屬管材替換金屬管材。加大注聚區(qū)玻璃鋼管柱的應(yīng)用。

2 應(yīng)用及效果

2.1 東三聯(lián)流程改造進(jìn)行污水曝氧處理。對東三聯(lián)進(jìn)行了流程改造，增加兩座曝氧罐，9月全部改造完工并整體投運(yùn)。對改造后的注聚用污水水質(zhì)進(jìn)行現(xiàn)場檢測，亞鐵和硫化物去除效果比較明顯。污水組分中含油量、懸浮物、SRB菌大幅下降?？傮w來看，雖然污水礦化度及鈣鎂離子含量沒有減少，但是經(jīng)過曝氧、沉降、緩沖后，污水中對粘度影響較大的亞鐵、硫化物、SRB菌等含量減少，使各區(qū)塊注入粘度大幅度上升，注聚區(qū)塊平均注入粘度達(dá)到了36.1mPa.s。

2.2 六區(qū)3-5更換干粉提高了區(qū)塊注入粘度。六區(qū)3-5二元驅(qū)由C干粉更換為A干粉，現(xiàn)場應(yīng)用情況好轉(zhuǎn)，母液化驗(yàn)粘度上升了550 mPa.s，井口注入粘度上升3.1mPa.s。

2.3 優(yōu)化改造設(shè)備流程，提高粘度保留率。（1）優(yōu)化新項(xiàng)目工藝流程。八區(qū)新投時(shí)分散調(diào)整為水幔式分散，投加高原干粉，分散溶解性能較好，泵類設(shè)備放空頻率低于六區(qū)3-5，螺桿泵、注聚泵沒有因起泡嚴(yán)重出現(xiàn)設(shè)備損害的現(xiàn)象，從粘度檢測來看，能夠達(dá)到方案設(shè)計(jì)要求。污水干線、母液外輸線，單井管線均采取玻璃鋼管線，站內(nèi)流程全部使用不銹鋼管材，16口注聚井井下管柱更換為玻璃鋼油管。井口注入粘度能夠達(dá)到30 mPa.s以上，井下玻璃鋼管柱粘度檢測井下20米、1200米處平均粘度分別為23.8mPa·s、17.8mPa·s，粘度保留率59.3%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通油管管柱。（2） 改造水射流分散。首先對分散溶解裝置的料倉進(jìn)行改造，向上抬高0.4米，讓出一定的安裝空間，在射流器的下粉料斗處增加一臺DN50的電動開關(guān)球閥，在沖刷管處增加一個(gè)DN15的電動開關(guān)球閥，配合采用程序自動控制，徹底解決了分散溶解裝置的返水問題。（3）優(yōu)化外輸喂入系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。將注聚泵的喂入壓力由0.5MPa降低為0.3MPa，外輸壓力由1.1 MPa降低為0.7 MPa，降低了螺桿泵的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行轉(zhuǎn)速，提高了粘度保留率。（4）提高注聚泵容積效率。加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，把注聚泵使用的球閥更換為技術(shù)較成熟的錐形閥，提高注聚泵的容積效率，目前注聚泵容積效率達(dá)到97.8%。容積效率的提高減少了溶液的剪切，提高了粘度保留率。

3 結(jié)論

（1）聚合物干粉性能對聚合物溶液粘度起到?jīng)Q定性影響，從油田在用的不同廠家干粉礦場適應(yīng)性看，A干粉性能較穩(wěn)定，對注聚用設(shè)備、污水適應(yīng)強(qiáng)，同等注入濃度下粘度較高。（2）聚合物稀釋污水中含有大量的金屬離子，這些金屬離子對聚合物粘度的影響不同。價(jià)位越高的陽離子對粘度的影響越大，所以在配制的過程中一定控制高價(jià)陽離子的含量。Fe2+、S2-對礦場聚合物溶液粘度的影響最大，少量的Fe2+、S2-能使粘度急劇下降。（3）聚合物溶液輸送過程中，濃度越高粘度降解損失越小。提高聚合物溶液濃度2200mg/L以上，能夠達(dá)到方案設(shè)計(jì)粘度要求。（4）在聚合物配制注入系統(tǒng)中，對聚合物溶液粘度機(jī)械剪切較大的設(shè)備是注人泵和輸送管線，通過優(yōu)化改造，能夠提高注聚設(shè)備流程系統(tǒng)粘度保留率。（5）通過以上對礦場聚合物溶液粘度的分析，針對聚合物降解找到一些方法。通過實(shí)施調(diào)整干粉類型、提高第二段塞濃度、污水曝氧處理、注聚設(shè)備流程優(yōu)化等措施，能夠大幅提高正注項(xiàng)目聚合物溶液粘度。

參考文獻(xiàn)

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