以三元共聚物為基礎(chǔ)的聚丙烯酰胺聚合物壓裂液在高溫高礦化度地層中的挑戰(zhàn)

劉璇唐善法周天元任偉民張小麗

（1、長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430000）

（2、中石油大港油田第三采油廠，天津 300000）

以三元共聚物為基礎(chǔ)的聚丙烯酰胺聚合物壓裂液在高溫高礦化度地層中的挑戰(zhàn)

劉璇1唐善法1周天元1任偉民2張小麗2

（1、長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430000）

（2、中石油大港油田第三采油廠，天津 300000）

聚合物壓裂液在高溫高鹽條件下的穩(wěn)定性和吸附作用是制約聚合物運(yùn)用的主要問題。為解決這兩個(gè)問題，進(jìn)而擴(kuò)大聚合物壓裂液的運(yùn)用前景，本文通過考察和研究各種聚合物配方發(fā)現(xiàn)，在聚合物溶液中加入二價(jià)離子能夠很好的改善聚合物在高溫高鹽條件下的穩(wěn)定性和吸附作用。

1 介紹

高溫高礦化度條件下，聚合物溶液受熱穩(wěn)定性制約產(chǎn)生化學(xué)降解，進(jìn)而導(dǎo)致聚合物溶液粘度降低。然而通過在溶液中加入陰離子單體AMPS或N-乙烯吡咯烷酮(n-VP)可以有效降低聚合物的熱水解作用。因此本文以AMPS、N-乙烯吡咯烷酮(n-VP)復(fù)配，測(cè)試復(fù)配溶液穩(wěn)定性，來研究新型聚合物溶液的抗溫抗鹽性能。并在模擬碳酸巖中，研究CO2和靜態(tài)吸附對(duì)聚合物粘度的影響。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 聚合物配制

本文所用聚合物呈粉末由SNF工廠提供。聚合物溶液均在手套式操作箱內(nèi)完成。實(shí)驗(yàn)條件：25°C和5.68 s-1。聚合物配制過程中通過氮?dú)鈨艋痛判詳嚢璋羰寡鯕鉂舛鹊陀? ppb。配置完成的聚合物溶液保存在金屬無氧爐中。

2.2 聚合物穩(wěn)定性測(cè)試

試驗(yàn)溫度限定在25°C、剪切速率為0.01s-1到1000 s-1條件下，使用安東帕模塊筒流變儀時(shí)刻測(cè)試聚合物溶液粘度。

2.3 聚合物的靜態(tài)吸附試驗(yàn)

為了研究聚合物靜態(tài)吸附，實(shí)驗(yàn)室制作滲透率為5-10 mD的碳酸巖巖心材料。稱取3g壓碎的巖心材料和6g的聚合物溶液放入玻璃管并在無氧爐中，使聚合物與巖心材料充分混合。同樣稱取6g的聚合物溶液作如上操作，但不加巖心材料。所有樣品放置三天，然后在6 s-1使用流變儀測(cè)試聚合物溶液粘度。

3 結(jié)果與討論

3.1 聚合物流變性

分別在四種不同的鹽水中測(cè)定不同濃度聚合物粘度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：含有n-VP單體的聚合物分析量低于水解聚丙烯酰胺，其中HPAM分子量約為2000萬Da，n-VP3聚合物為6-8 MDa，n-VP4聚合物為3-5 MDa。同時(shí)HPAM對(duì)礦化度和硬度有影響。因此相對(duì)于低礦化度AGS鹽水，在200 g∕l NaCl的鹽水中，因?yàn)槎r(jià)離子有效濃度的影響，聚合物粘度更高。

為了確定過渡區(qū)，在一個(gè)NaCl寬濃度范圍內(nèi)，測(cè)試1000 ppm n-VP 3,n-VP 4和HPAM溶液的粘度。n-VP的轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)0.01 g∕to 1 g∕l of NaCl間。HPAM粘度逐漸降低并在海水礦化度下達(dá)到最低值。因此，在油田應(yīng)用范圍內(nèi)，HPAM顯示更好的增粘能力，同時(shí)要比n-VP對(duì)礦化度更敏感，這是因?yàn)樗庾饔孟拢姾擅芏雀?，HPAM鏈并不是球狀的。礦化度增加，HPAM增粘能力降低，進(jìn)而失效。

3.2 溫度對(duì)聚合物粘度的影響

實(shí)驗(yàn)室中由水粘度標(biāo)定聚丙烯酰胺濃度。例如，溫度由標(biāo)準(zhǔn)狀況下的溫度升至50°C，水粘度降低，聚合物溶液粘度同樣降低。同樣溫度降低，聚合物溶液粘度便增加。在200 g∕l NaCl溶液中的n-VP 4的試驗(yàn)中也可以看到同樣的走勢(shì)。

3.3 120°C時(shí)聚合物的穩(wěn)定性

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試20種不同聚合物在120°C時(shí)的穩(wěn)定性，由溶液粘度反應(yīng)聚合物穩(wěn)定性，且25°C和5.68 s-1的實(shí)驗(yàn)條件下；試驗(yàn)聚合物初始粘度均為20cP。在200 g∕l NaCl鹽水中，聚合物溶液初始粘度有所增加，增勢(shì)比在AGS鹽水較小。在不含AGS的鹽水中，純水解聚丙烯酰胺和包含AMPS的聚合物都很穩(wěn)定。但是，在包含二價(jià)離子AGS的鹽水中，在14到30天中，聚合物會(huì)降解。

3.4 聚合物吸附

在120℃無氧環(huán)境下，聚合物溶液在原始碳酸巖孔隙中保存三天，同時(shí)加入n-VP單體研究聚合物吸附。研究發(fā)現(xiàn)：在35-50%n-VP下，聚合物吸附值較低。三元共聚物有利于聚合物壓裂液在碳酸巖地層中的應(yīng)用。因?yàn)槠涞头肿恿靠梢云胶飧邼舛鹊男枰?/p>

4 結(jié)語

（1）相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)水解聚丙烯酰胺，包含AMPS單體的聚合物粘度受礦化度和硬度影響較小。

（2）在礦化度低于1 g∕l NaCl，包含AMPS和n-VP單體的三元共聚物粘度顯著增加。

（3）包含AMPS和n-VP單體的三元共聚物粘度符合水的粘度-溫度關(guān)系。

（4）當(dāng)不存在二價(jià)離子時(shí)，聚丙烯酰胺可以在120℃下穩(wěn)定很長(zhǎng)時(shí)間。當(dāng)存在二價(jià)離子時(shí)，只加入AMPS單體并不能提高聚丙烯酰胺的耐溫性，加入35-50%n-VP可以提高聚丙烯酰胺的穩(wěn)定性。

（5）高濃度n-VP和高pH下，三元聚合物吸附值更低。

[1]安會(huì)勇，宋春雷)B+_B+WY_f+[聚兩性電解質(zhì)的合成"表征與溶液性能[k])應(yīng)用化工.

[2]蘇雪霞，王旭，周亞賢，等)國內(nèi)提高采收率用交聯(lián)聚合物驅(qū)油體系研究進(jìn)展[k])精細(xì)石油化工進(jìn)展.

[3]夏燕敏，陳安猛，宋曉芳)三次采油用耐溫抗鹽聚合物的研究進(jìn)展[k])廣東化工.

劉璇（1989-），女，就讀于長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，研究方向：油氣田開發(fā)工程。