LH2 500萬抗鹽聚合物配制工藝參數(shù)研究

師斌

大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠

杏南油田聚合物驅(qū)開發(fā)過程中，由于污水礦化度較高，普通聚合物在污水體系下存在注入濃度高、黏損大和聚合物用量高的問題[1-3]。LH2 500萬抗鹽聚合物是在普通聚丙烯酰胺基礎(chǔ)上嵌段共聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸單體的新型聚合物，分子結(jié)構(gòu)保持了高線性，與普通2 500 萬聚合物相比，具有注入能力強(qiáng)、油層匹配率高、與污水適應(yīng)性好、增黏性能強(qiáng)、黏度穩(wěn)定性好、室內(nèi)提高采收率高等特點(diǎn)[4-6]，在某工業(yè)區(qū)塊創(chuàng)新應(yīng)用該驅(qū)油體系，以探索污水體系下提高采收率技術(shù)。因此，有必要對新型抗鹽聚合物的配制工藝進(jìn)行研究，明確合理的配制工藝參數(shù)，保證注入體系質(zhì)量，從而為取得較好的聚驅(qū)開發(fā)效果奠定良好的基礎(chǔ)。

1 合理熟化時間的確定

1.1 現(xiàn)有熟化時間不適用于新型抗鹽聚合物

新型抗鹽聚合物在杏南油田某配制站投入使用后，按照普通聚合物配制工藝參數(shù)，生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)置2 h 的熟化時間配制聚合物母液。將熟化好的母液靜置在熟化罐內(nèi)，在熟化罐出口、配制站濾前和配制站濾后進(jìn)行母液濃度監(jiān)測。結(jié)果表明，同一地點(diǎn)不同時間和不同時間同一地點(diǎn)取樣的母液濃度都存在波動大的問題（表1），與方案設(shè)計的5 000 mg/L母液濃度相比，誤差在-10.5%～7.4%之間，不符合聚驅(qū)開發(fā)管理規(guī)定的±5%波動誤差。同時，注入該配制站母液的工業(yè)化區(qū)塊，由于母液濃度波動大，注入質(zhì)量相對較差，注聚初期注入壓力上升速度為0.20 MPa/mon（正常上升速度0.25～0.28 MPa/mon），壓力上升速度緩慢。

表1 不同時間和不同監(jiān)測點(diǎn)母液濃度化驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Test results of mother liquor concentration at different time and monitoring points

針對新型抗鹽聚合物母液化驗(yàn)濃度不穩(wěn)定的問題進(jìn)行了全面調(diào)查，初步分析有以下兩方面原因：①操作人員對取樣流程不熟悉，取樣方法不規(guī)范導(dǎo)致聚合物濃度檢測與方案存在較大偏差；②普通2 500 萬聚合物配制參數(shù)不適用于配制新型抗鹽聚合物。根據(jù)上述原因進(jìn)行逐一分析與排查，通過規(guī)范取樣方法，最大限度排除了取樣過程對聚合物濃度波動造成的影響；在聚合物的技術(shù)指標(biāo)方面，與普通2 500 萬聚合物對比分析，發(fā)現(xiàn)兩種聚合物指標(biāo)存在差異，新型抗鹽聚合物水解度指標(biāo)為15.0%～20.0%，普通2 500 萬聚合物水解度指標(biāo)為23.0%～27.0%，說明新型抗鹽聚合物比普通2 500 萬聚合物的溶解性差。因此，按照普通聚合物配制工藝參數(shù)確定的2 h 熟化時間，不能滿足新型抗鹽聚合物的熟化時間要求。

1.2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)確定合理熟化時間

室內(nèi)用模擬污水（氯化鈉污水）配制新型抗鹽聚合物，母液濃度為5 000 mg/L，從攪拌2 h 后開始，每小時取3 個平行樣，一直檢測到攪拌4 h。聚合物溶液用25 μm的篩網(wǎng)過濾，檢測過濾前后的黏度變化。由表2 可以看出，隨著攪拌時間的延長，過濾前后的黏度差逐漸減小，攪拌時間3 h 和4 h 黏度相差不大。通過觀察篩網(wǎng)上的殘余物（圖1），攪拌時間為2 h，新型抗鹽聚合物中類似透明凝膠物質(zhì)較大且多數(shù)不能通過25 μm 篩網(wǎng)，攪拌3 h 聚合物溶液過濾后殘留在篩網(wǎng)上的透明膠狀物變小變少，攪拌4 h 篩網(wǎng)上無明顯膠狀物。實(shí)驗(yàn)條件：模擬污水氯化鈉濃度5 000 mg/L；聚合物配制濃度5 000 mg/L；攪拌速度400±20 r/min；篩網(wǎng)尺寸25 μm。

表2 LH2 500萬新型抗鹽聚合物溶解性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.2 Solubility test data of LH25M salt-resistant polymer

圖1 LH2 500萬新型抗鹽聚合物濾后篩網(wǎng)殘余物Fig.1 Screen residue of LH25M salt-resistant polymer after filtration

為了研究攪拌后靜置是否有利于聚合物溶解，在總耗時相同情況下，進(jìn)行了新型抗鹽聚合物溶液配制時先攪拌后靜置與一直攪拌兩種方式的溶解效果對比實(shí)驗(yàn)。從聚合物溶液過濾后膠狀物的殘留情況可以看出（圖2），攪拌時間越長，聚合物過濾后膠狀物殘留越少、溶解效果越好，與靜置時間無關(guān)，聚合物溶液靜置時間不能替代攪拌時間。因此，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)可以確定新型抗鹽聚合物合理熟化時間為3 h以上。

圖2 攪拌和靜置時間對聚合物溶液的影響Fig.2 Effect of mixing and standing time on polymer solution

1.3 生產(chǎn)現(xiàn)場合理熟化時間的確定

在以上室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)上進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，在現(xiàn)場調(diào)整不同的熟化時間，檢測母液混合是否均勻，對熟化罐出口、外輸泵出口、精過濾器出口三個站內(nèi)低壓取樣點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)檢測（取平行樣），取樣時間間隔為20 min，共取樣36 次。通過母液濃度化驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出（表3），同一取樣點(diǎn)，熟化時間為2 h 的母液存在不均勻的情況，多次取樣的聚合物溶液濃度測量結(jié)果存在較大的波動，檢測濃度變化在400 mg/L以上。檢測過程中由同一操作者在同一臺設(shè)備和相同測試條件下進(jìn)行，上述數(shù)據(jù)的波動反映出系統(tǒng)中的聚合物溶液并沒有達(dá)到理想的均勻程度。熟化時間調(diào)整至3 h，站內(nèi)各低壓節(jié)點(diǎn)的母液濃度差別不大，母液濃度變化在190 mg/L左右，能夠滿足生產(chǎn)要求，當(dāng)熟化時間設(shè)置為4 h，母液濃度變化在120 mg/L左右。

表3 不同熟化時間定點(diǎn)定時取樣濃度統(tǒng)計Tab.3 Statistics of fixed-point and fixed-time sampling concentration under different curing time

為保證母液熟化時間和外輸量，并從節(jié)能的角度出發(fā)，對熟化罐容量進(jìn)行調(diào)整，在高低液位值設(shè)置為80%、10%，熟化時間為3 h 的條件下，進(jìn)行不同熟化罐高低液位取樣試驗(yàn)，檢驗(yàn)熟化罐內(nèi)聚合物溶液熟化情況。從圖3可以看出，熟化罐高低液位之間母液濃度均接近配制母液濃度5 000 mg/L，濃度變化控制在5%以內(nèi)，符合母液配制標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)要求。同時，熟化罐高低液位取樣的聚合物母液樣品經(jīng)篩網(wǎng)過濾后膠狀物質(zhì)殘留較少，說明3 h 熟化時間能夠滿足抗鹽聚合物生產(chǎn)現(xiàn)場的需要。

將配制站熟化系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)調(diào)整后，通過檢測配制站濾后聚合物溶液濃度，對參數(shù)調(diào)整前后86 個檢查點(diǎn)的濃度誤差進(jìn)行分析。調(diào)整前實(shí)際濃度超出波動范圍的點(diǎn)占檢查點(diǎn)的25.6%，調(diào)整后檢查點(diǎn)波動范圍均在±5%（要求指標(biāo)）內(nèi)，沒有超出波動范圍的點(diǎn)，有效提高了母液濃度的配制質(zhì)量（圖4）。因此，綜合考慮實(shí)驗(yàn)結(jié)果、設(shè)備能力和節(jié)能等因素，將熟化時間3 h 作為新型抗鹽聚合物的合理熟化時間。

圖3 熟化3 h高低液位濃度和濾后篩網(wǎng)殘余物Fig.3 Concentration of high and low liquid level and residue of screen after 3 h of curing

2 用水要求

2.1 不同配制條件抗鹽聚合物濃度與黏度關(guān)系分析

利用現(xiàn)場清水和污水分別配制新型抗鹽聚合物溶液，水質(zhì)指標(biāo)如表4所示，從實(shí)驗(yàn)測得的濃度與黏度變化值可以看出（表5），聚合物溶液的黏度均隨濃度的升高而升高，污水配制的溶液黏度在相同濃度下略高于清水配制的溶液黏度值，在濃度為1 000 mg/L 時黏度就達(dá)到44.8 mPa·s，超過清水體系對應(yīng)1 200 mg/L 濃度時的黏度值。新型抗鹽聚合物污水體系黏度高于清水體系，產(chǎn)生這種情況的原因是新型抗鹽聚合物中有磺酸基的存在，可以大幅度減少配制水中二價離子對羧酸根的影響，有效提高了聚合物的抗鹽性能。

圖4 調(diào)參前后配制濃度誤差散點(diǎn)圖Fig.4 Scatter diagram of concentration error before and after parameter adjustment

表4 實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)指標(biāo)Tab.4 Water quality index of experimental water mg/L

表5 不同水質(zhì)配制方式聚合物溶液濃度和黏度數(shù)據(jù)Tab.5 Concentration and viscosity data of polymer solution prepared by different water quality methods

2.2 不同配制條件下新型抗鹽聚合物黏度穩(wěn)定性分析

分別采用現(xiàn)場清水配制污水稀釋和現(xiàn)場污水配制并稀釋新型抗鹽聚合物溶液，研究不同配制用水的黏度穩(wěn)定性情況，聚合物溶液濃度為1 000 mg/L。從放置30 天的黏度穩(wěn)定性考察結(jié)果可以看出（表6），污水配制并稀釋聚合物溶液的黏度保留率為82.2%，清水配制、污水稀釋聚合物溶液的黏度保留率為68.4%，污水配制體系黏度保留率較清水配制體系高13.8個百分點(diǎn)，污水配制的新型抗鹽聚合物溶液穩(wěn)定性好于清水配制體系。

表6 LH2 500萬抗鹽聚合物溶液黏度隨放置時間的變化趨勢Tab.6 Change trend of viscosity of LH25M salt resistant polymer solution with storage time

2.3 污水曝氧對新型抗鹽聚合物黏度穩(wěn)定性的影響

實(shí)驗(yàn)用水為現(xiàn)場清水、未曝氧污水、充分曝氧污水，利用各類水樣分別配制新型抗鹽聚合物母液4 種，配制濃度為5 000 mg/L，用未曝氧污水、充分曝氧污水稀釋聚合物母液濃度至1 000 mg/L。測量稀釋后聚合物溶液的黏度，研究污水曝氧對新型抗鹽聚合物溶液黏度及黏度穩(wěn)定性的影響。不同配制和稀釋方式的聚合物溶液放置30 天的黏度變化趨勢如表7所示。15天前聚合物溶液的黏度保留率相差不大，均在80%以上，15天時清水配制、曝氧污水稀釋的聚合物溶液的黏度保留率為78.8%，比未曝氧污水稀釋的溶液高24.4個百分點(diǎn)，曝氧污水配制、稀釋的聚合物溶液15 天時黏度保留率仍能達(dá)到84.2%，比未曝氧污水配制的聚合物溶液黏度保留率高25.7個百分點(diǎn)。總體來看，采用曝氧污水配制或稀釋的聚合物溶液黏度穩(wěn)定性較好，15 天時黏度保留率仍能保持在78.0%以上。實(shí)驗(yàn)表明，通過曝氧方式可降低污水中的還原性物質(zhì)，減少對聚合物黏度的影響，污水經(jīng)過曝氧處理對保持新型抗鹽聚合物溶液的黏度穩(wěn)定性有一定積極作用，但污水曝氧的相關(guān)參數(shù)對新型抗鹽聚合物溶液黏度穩(wěn)定性的影響程度仍需做進(jìn)一步研究[7-9]。

表7 不同聚合物溶液黏度隨時間變化趨勢Tab.7 Viscosity change trend of different polymer solutions with time

3 結(jié)論

（1）在杏南油田現(xiàn)有配制工藝條件下，LH2 500萬新型抗鹽聚合物的現(xiàn)場合理熟化時間為3 h。

（2）LH2 500 萬新型抗鹽聚合物抗鹽性能較好，污水體系黏度和黏度保留率高，適合污水配制污水稀釋體系。

（3）曝氧污水對保持LH2 500萬新型抗鹽聚合物溶液的黏度穩(wěn)定性有一定積極作用，可減小水質(zhì)對聚合物溶液黏度的影響。