遼河油田配液水質(zhì)對化學驅(qū)注入黏度的影響研究

郭 斐

（中國石油天然氣股份有限公司遼河油田勘探開發(fā)研究院，遼寧 盤錦 124010）

化學驅(qū)作為大幅度提高采收率的關(guān)鍵技術(shù)，已在大慶油田、勝利油田等大規(guī)模展開，均取得了不錯的效果。遼河油田自2010年，相繼在錦16塊、沈84-安12塊、沈67塊、曙三區(qū)開展了聚/表復合驅(qū)、弱堿三元驅(qū)等現(xiàn)場實驗，特別是錦16塊，產(chǎn)量由轉(zhuǎn)驅(qū)前的57t上升至最高353t，綜合含水率下降了15%，取得了明顯的增油降水效果[1]。

但在已經(jīng)實施的化學驅(qū)井組中，部分區(qū)塊出現(xiàn)了注入體系黏度遠遠低于方案設(shè)計要求等問題。例如沈84-安12塊，化學驅(qū)初期的黏度僅為5～10mPa·s(方案設(shè)計要求為60mPa·s)，嚴重影響了化學驅(qū)的現(xiàn)場效果。對現(xiàn)場的藥劑質(zhì)量和水質(zhì)進行分析后認為，配制過程中采用的油田污水成分復雜，是導致這一問題的根源。經(jīng)過調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，目前各油田的水質(zhì)組分差異較大，處理工藝各有不同，水質(zhì)對化學驅(qū)注入體系黏度的影響各不相同，為此開展了遼河油田水質(zhì)對體系黏度的影響研究，選取了鈉離子、鈣離子、鎂離子、硫離子、亞鐵離子和鐵離子等指標，進行了單因素實驗研究。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品

部分水解聚丙烯酰胺（相對分子量2500萬，現(xiàn)場用）。NaCl、KCl、FeCl2、 FeCl3、Na2S、CaCl2MgCl2（均為分析純）。配制用水為去離子水。

1.2 實驗儀器

RV型Brook Field黏度計，電子天平Y(jié)DP-02-OD型，電熱恒溫干燥箱。

1.3 實驗方法

1.3.1 溶液的配制及黏度的測定

聚合物溶液的配制及黏度測試方法，按SY/T 5862-2020《驅(qū)油用聚合物技術(shù)要求》中的規(guī)定，其中測試溫度為地層溫度55.0℃。

1.3.2 水質(zhì)影響因素模擬方法的建立

先用去離子水配制聚合物母液，再用去離子水稀釋至2000mg·L-1，按照1.3.1的方法測定黏度并作為初始黏度。影響因素的研究采用單因素模擬法，配制一系列不同濃度的NaCl、KCl、FeCl2、 FeCl3、Na2S、CaCl2、MgCl2鹽水，然后稀釋母液至2000mg·L-1，按照1.3.1的方法測定黏度。

2 結(jié)果與討論

2.1 鈉、鉀離子對聚合物溶液黏度的影響

按照1.3.2的方法，配制鈉、鉀離子濃度分別為2000、4000、6000、8000、10000mg·L-1的鹽水，配制聚合物溶液，測定黏度，并與初始黏度對比，結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，隨著鈉、鉀離子的濃度增加，聚合物溶液的黏度不斷下降，鈉、鉀離子濃度為5000～6000mg·L-1時，聚合物黏度只有初始的1/2。究其原因，隨著濃度的升高，聚合物分子鏈間的纏繞度降低，分子骨架變得松散，蜷曲現(xiàn)象越來越嚴重。整體來看，鈉離子的影響程度略大于鉀離子。遼河油田的鈉、鉀離子一般在2000mg·L-1以下，對聚合物黏度的影響較小。

圖1 鈉、鉀離子對聚合物黏度的影響Fig.1 Effect of Na+/K+ on the viscosity of ploymer

2.2 鈣、鎂離子對聚合物溶液黏度的影響

按照1.3.2的方法，配制鈣離子濃度分別為50、100、200、300、400mg·L-1的鹽水，配制聚合物溶液，測定黏度，并與初始黏度對比，結(jié)果見圖2。由圖2可以看出，隨著鈣、鎂離子的濃度增加，聚合物溶液的黏度不斷下降，當離子含量為150～200mg·L-1時，聚合物黏度只有初始的1/2。究其原因，一方面，鈣、鎂離子作為螯合劑與聚丙烯酰胺羧基結(jié)合，另一方面，鈣鎂離子會導致聚合物發(fā)生卷縮，使得黏度下降。整體來看，鎂離子的影響程度略大于鈣離子。遼河油田的鈣、鎂離子一般在50mg·L-1以下，對聚合物黏度的影響較小。

圖2 鈣、鎂離子對聚合物黏度的影響Fig. 2 Effect of Ca2+/Mg2+ on the viscosity of ploymer

2.3 硫離子對聚合物溶液黏度的影響

按照1.3.2的方法。配制硫離子濃度分別為1.0、3.0、5.0、7.0、9.0mg·L-1的鹽水，配制聚合物溶液，測定黏度，并與初始黏度對比，結(jié)果見圖3。由圖3可以看出，硫離子對聚合物黏度的影響很大。硫離子含量為3.5～4.0mg·L-1時，聚合物黏度只有初始的1/2。硫離子會與HPAM發(fā)生氧化反應(yīng)，使得分子鏈斷裂，導致HPAM的黏度大幅下降。

圖3 硫離子對聚合物黏度的影響Fig. 3 Effect of S2- on the viscosity of Ploymer

2.4 亞鐵離子對聚合物溶液黏度的影響

按照1.3.2的方法，配制亞鐵離子濃度分別為1.0、3.0、5.0、7.0、9.0mg·L-1的鹽水，配制聚合物溶液，測定黏度，并與初始黏度對比，結(jié)果見圖4。由圖4可以看出，亞鐵離子對聚合物黏度的影響很大，亞鐵離子含量為4.5～5.0mg·L-1時，聚合物黏度只有初始的1/2。亞鐵離子對聚合物黏度的影響，基本與硫離子一致。

圖4 亞鐵離子對聚合物黏度影響Fig. 4 Effect of Fe2+ on the viscosity of Ploymer

2.5 鐵離子對聚合物溶液黏度的影響

按照1.3.2的方法，配制鐵離子濃度分別為1.0、3.0、5.0、7.0、9.0mg·L-1的鹽水，配制聚合物溶液，測定黏度，并與初始黏度對比，結(jié)果見圖5。由圖5可以看出，鐵離子對聚合物黏度的影響不大，在0～9mg·L-1濃度范圍內(nèi)，黏度略有下降。

圖5 鐵離子對聚合物黏度的影響Fig. 5 Effect of Fe3+ on the viscosity of Ploymer

3 現(xiàn)場水質(zhì)的監(jiān)測情況分析

根據(jù)研究，現(xiàn)場水質(zhì)對聚合物溶液黏度的影響因素順序為：硫離子＞亞鐵離子＞鈣、鎂離子＞鈉、鉀離子。為了驗證實驗結(jié)果，以沈67塊聚/表的復合驅(qū)現(xiàn)場為考察對象，跟蹤井口黏度與離子間的變化關(guān)系，結(jié)果見圖6。

圖6 井口黏度與水質(zhì)因素關(guān)系Fig. 6 The relationship of ion and viscosity of Ploymer

由于現(xiàn)場水源較為固定，其鈣、鎂離子含量基本在40～50mg·L-1之間波動，鈉、鉀離子含量一般在1500～2000mg·L-1之間波動?，F(xiàn)場井口的黏度變化，與亞鐵、硫離子的含量變化較為吻合，特別是硫離子的影響更為巨大。硫離子含量的變化表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性，推測是夏季硫酸鹽還原菌的大幅增殖引起的。因此，為了保證有較好的注入效果，現(xiàn)場應(yīng)嚴格限制硫離子和亞鐵離子的含量。

4 結(jié)論

1）水中的亞鐵離子、硫離子、二價陽離子、鈉、鉀離子對聚合物的黏度有較明顯的影響。

2） 硫離子和亞鐵離子對聚合物黏度的影響最嚴重，現(xiàn)場應(yīng)對這2個因素進行控制。

3）二價陽離子和鈉、鉀離子對聚合物黏度有一定的影響，鐵離子的影響較小。

4）根據(jù)水質(zhì)研究的結(jié)果，對遼河化學驅(qū)的沈67塊進行水質(zhì)分析后發(fā)現(xiàn)，硫離子和亞鐵離子的含量波動，是造成井口黏度低的原因。