馬　婧， 張　文

(東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

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薩南開發(fā)區(qū)污水配制聚合物注入能力研究

馬婧， 張文

(東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

聚合物驅(qū)油作為一項重要的三次采油技術(shù)，在大慶油田薩南開發(fā)區(qū)已取得一定的開發(fā)成果。但聚驅(qū)后產(chǎn)出的污水過剩外排，造成了資源浪費與環(huán)境污染。針對這一問題開展清水配制污水稀釋聚合物溶液及清水配制清水稀釋聚合物溶液的巖心注入實驗，根據(jù)實驗結(jié)果分析兩種方式下不同相對分子質(zhì)量聚合物溶液的質(zhì)量濃度-黏度變化關(guān)系，并分析不同相對分子質(zhì)量、滲透率及質(zhì)量濃度下的聚合物溶液注入能力大小，根據(jù)現(xiàn)場實際應(yīng)用狀況劃分了油層的注入能力界限，為實際生產(chǎn)中聚合物相對分子質(zhì)量及質(zhì)量濃度的篩選提供了參考。

聚合物；污水；巖心；注入能力

聚合物驅(qū)是薩南開發(fā)區(qū)采用的主要驅(qū)油技術(shù)。隨著注聚規(guī)模的擴大，油田消耗清水量越來越大，同時油田產(chǎn)出污水過剩外排，不僅造成資源的浪費，也嚴重污染了環(huán)境[1]。含聚污水可以通過物理化學(xué)降解、生物降解等處理用于蒸汽操作、農(nóng)業(yè)灌溉和生活飲用水，也可回注地層[2-4]。因此，如何利用產(chǎn)出污水配制聚合物是目前急需解決的問題[5]。污水與清水聚合物體系驅(qū)油機理均是依靠注入水黏度的增加，降低油水流度比，擴大平面和縱向的波及程度，提高微觀驅(qū)油效率[6-8]。但在現(xiàn)場實際應(yīng)用過程中，各區(qū)塊的驅(qū)油效果有較為明顯的差異，因此，研究聚驅(qū)效果產(chǎn)生差異的原因?qū)τ谔岣唑?qū)油效率及提高最終采收率是十分必要的。

除了各區(qū)塊油層本身的發(fā)育情況外，聚驅(qū)參數(shù)的選擇也是造成驅(qū)油效率產(chǎn)生差異的原因。由于注入?yún)?shù)對采收率的影響程度不明確,不同性質(zhì)油層的注入?yún)?shù)適應(yīng)性不明確，造成層間動用差異較大，使得各區(qū)塊開發(fā)效果也有所不同[9]。為此，開展巖心注入實驗，研究不同注入?yún)?shù)條件下的巖心驅(qū)替情況，確定合理的聚合物驅(qū)注入?yún)?shù)，為進一步提高各區(qū)塊的驅(qū)油效果，改善各區(qū)塊開發(fā)效果差異及提高最終采收率提供實驗依據(jù)。

1　實驗部分

1.1 實驗儀器

實驗所用儀器包括：恒速驅(qū)替泵、壓力傳感器、巖心夾持器、恒速攪拌器、采出液記錄裝置。

1.2實驗材料

大慶煉化公司生產(chǎn)的聚合物干粉，平均相對分子質(zhì)量分別為1 200萬、1 600萬、1 900萬以及2 500萬。實驗用水為現(xiàn)場污水、清水以及室內(nèi)配制模擬地層水。

1.3實驗方案

首先根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)狀況，測定4種不同相對分子質(zhì)量聚合物溶液在清水配制污水稀釋(簡稱清配污稀)以及清水配制清水稀釋(簡稱清配清稀)條件下的質(zhì)量濃度與黏度關(guān)系，得到關(guān)系曲線，在此基礎(chǔ)上進行清配污稀及清配清稀聚合物注入實驗。

1.4實驗步驟

(1)將各實驗裝置進行連接，檢測各裝置漏氣及漏液情況。

(2)將巖心烘干后抽真空。

(3)將模擬地層水以不同的驅(qū)替速度注入巖心，在記錄穩(wěn)定壓差后，由達西定律計算出有效滲透率值。

(4)利用恒壓裝置將聚合物注入巖心，記錄出口端出液量，將計算好的瞬時推進速度折算為地層推進速度。

2　實驗結(jié)果分析

聚合物溶液在1 200萬、1 600萬、1 900萬、2 500萬相對分子質(zhì)量下清水配制污水及清水配制清水的黏度與質(zhì)量濃度關(guān)系如圖1與圖2所示。

圖1　清配污稀聚合物質(zhì)量濃度與黏度關(guān)系曲線

Fig.1The relationship curve of the concentration and viscosity of the polymer diluted by fresh water and sewage

由圖1可知，清配污稀聚合物在相同相對分子質(zhì)量的條件下，隨著溶液質(zhì)量濃度的增加，黏度逐漸增大。在溶液質(zhì)量濃度相同的條件下，隨著相對分子質(zhì)量的增加，黏度逐漸增大。由圖2可知，清配清稀聚合物與清配污稀聚合物溶液具有相同的濃-黏變化趨勢，但是其黏度整體高于清配污稀聚合物。由此可知，清配污稀聚合物中的污水成分應(yīng)該是影響聚合物溶液整體黏度較低的主要原因。聚合物溶液中分子的降解會使溶液的整體黏度降低。在合成過程中聚合物中產(chǎn)生少量的過氧化物雜質(zhì)，在有光、氧的條件下過氧化物極易分解成自由基，這些自由基進攻聚合物分子，使聚合物分子發(fā)生自由基氧化反應(yīng)，引起分子鏈斷裂[10]。聚合物溶液中的還原性雜質(zhì)會促進自由基的氧化，污水含有較高的Fe2+、S2-和有機酚等還原性物質(zhì)，因此對聚合物溶液黏度有較大的影響[11-13]。

圖2　清配清稀聚合物質(zhì)量濃度與黏度關(guān)系曲線

Fig.2The relationship curve of the concentration and viscosity of the polymer diluted by fresh water

對比分析2 500萬相對分子質(zhì)量的清配污稀及清配清稀聚合物溶液質(zhì)量濃度-黏度關(guān)系曲線如圖3所示。由圖3可以明顯地看出，清配清稀聚合物溶液的整體黏度要高于清配污稀聚合物溶液。對比分析兩條曲線的第3個數(shù)據(jù)點可知，若使相同相對分子質(zhì)量的兩種聚合物溶液的黏度達到相同值，即75.13 mPa·s時，清配污稀聚合物溶液的質(zhì)量濃度為1 488.65 mg/L，清配清稀聚合物溶液的質(zhì)量濃度為1 189.60 mg/L。而由圖3可知，兩條曲線的變化規(guī)律相近，接近平行變化，因此若要得到相同黏度的兩種溶液，清配污稀聚合物溶液的質(zhì)量濃度要比清配清稀聚合物溶液大約299.05 mg/L。

圖32 500萬相對分子質(zhì)量清配污稀與清配清稀聚合物溶液質(zhì)量濃度與黏度關(guān)系曲線

Fig.3The relationship curve of the two kinds of polymer with 2 500 thousands molecular weight

利用恒壓裝置將聚合物注入巖心，當(dāng)出口端的產(chǎn)液量達到孔隙體積的3倍時，將計算好的瞬時推進速度折算為地層推進速度。清水配制污水稀釋聚合物溶液以及清水配制清水稀釋聚合物溶液在不同滲透率、不同注入質(zhì)量濃度條件下開展的巖心注入實驗結(jié)果如表1與表2所示。

表1　清水配制污水稀釋聚合物巖心注入實驗結(jié)果

表2　清水配制清水稀釋聚合物巖心注入實驗結(jié)果

由表1可知，同一相對分子質(zhì)量的清配污稀聚合物溶液，在滲透率相同的條件下，注入速度隨著溶液質(zhì)量濃度的增加而不斷減??；不同相對分子質(zhì)量的清配污稀聚合物溶液，在相同滲透率與相同質(zhì)量濃度的條件下，注入速度隨著相對分子質(zhì)量的增加而不斷減小。由表2可知，清配清稀聚合物溶液的注入速度變化規(guī)律與清配污稀聚合物溶液相同，但要達到相同的注入速度，清配清稀聚合物溶液的質(zhì)量濃度較小。

綜合上述質(zhì)量濃度-黏度關(guān)系曲線分析可知，相對分子質(zhì)量對于整體驅(qū)油效果具有一定的影響。相對分子質(zhì)量越高，增黏效果越好，但其注入性差[14]。同時，聚合物溶液質(zhì)量濃度對注入能力的影響表現(xiàn)為：低質(zhì)量濃度的聚合物溶液都能獲得相應(yīng)的注入速度值，相反，當(dāng)質(zhì)量濃度較高，且滲透率過低時，注入速度得不到具體數(shù)值，證明注入能力較差。而相對較高的合理注入速度大多是高滲透率、高質(zhì)量濃度的聚合物溶液。

由薩南開發(fā)區(qū)實際注入狀況，結(jié)合室內(nèi)人造巖心清配污稀及清配清稀聚合物體系滲流實驗結(jié)果，選取平均滲流速度分布區(qū)域，將油層的注入能力界限劃分如下：

(1) 注入能力較強的滲流速度分布范圍為：大于0.4 m/d；

(2) 注入能力中等的的滲流速度分布范圍為：介于0.3 m/d與0.4 m/d之間；

(3) 注入能力較差的滲流速度分布范圍為：介于0.18 m/d與0.3 m/d之間；

(4) 注入能力過差的滲流速度分布范圍為：小于0.18 m/d。

以上劃分界限可為實際生產(chǎn)中聚合物相對分子質(zhì)量及質(zhì)量濃度篩選提供參考，以獲得最好的驅(qū)油效果以及經(jīng)濟效益。

3　配制成本分析

在現(xiàn)場實際應(yīng)用中，清水配置清水稀釋聚合物溶液能夠獲得較好的驅(qū)油效果。為保證聚合物溶液的黏度,大慶油田聚合物工業(yè)化推廣區(qū)均采用低礦化度清水配制聚合物溶液進行注入[15]。但隨著聚驅(qū)規(guī)模的擴大，清水供應(yīng)不足，造成清水成本提高，同時產(chǎn)出污水過剩，這就需要通過污水凈化技術(shù)，使得產(chǎn)出污水能夠在不污染環(huán)境的情況下合理外排。因此，清水配置清水稀釋聚合物驅(qū)的總成本包括清水配置成本以及產(chǎn)出污水處理成本兩部分。而清水配置污水稀釋聚合物驅(qū)恰好緩解了清配清稀聚合物驅(qū)在產(chǎn)出污水以及成本控制上的壓力。由上述分析可知，達到相同黏度的兩種溶液的質(zhì)量濃度差較小，同時由于清配污稀所需的污水可從產(chǎn)出污水中無限循環(huán)再利用，因此節(jié)約了清配清稀中清水的成本，同時免除了污水凈化處理這一過程，不僅減少了總成本，同時實現(xiàn)了資源的再利用，最終達到了配置成本的降低以及環(huán)境保護雙贏的效果。因此，在油田實際生產(chǎn)中，清水配置污水稀釋聚合物驅(qū)是一種環(huán)保高效的驅(qū)油手段。

4　結(jié)論

(1) 清水配制污水稀釋聚合物溶液與清水配制清水稀釋聚合物溶液的質(zhì)量濃度與黏度變化曲線的趨勢相同，但清水配制清水稀釋聚合物溶液的整體黏度較高。2 500萬相對分子質(zhì)量的兩種溶液若要達到相同黏度，清配污稀聚合物溶液的質(zhì)量濃度要比清配清稀聚合物溶液高約299.05 mg/L。

(2)薩南開發(fā)區(qū)油層聚合物注入能力界限劃分為：滲流速度大于0.4 m/d為注入能力較強；滲流速度介于0.3 m/d與0.4 m/d之間為注入能力適中；滲流速度介于0.18 m/d與0.3 m/d之間為注入能力較差；滲流速度小于0.18 m/d為注入能力過差。該界限可為油田實際生產(chǎn)提供參考。

(3) 清水配置污水稀釋聚合物溶液能夠緩解清水配置清水稀釋聚合物溶液在配置清水成本以及污水處理成本上的壓力，實現(xiàn)了總配置成本的降低以及資源再利用的雙贏結(jié)果，是一種環(huán)保高效的驅(qū)油手段。

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(編輯閆玉玲)

Research on the Injection Capability of Produced Water MixingPolymer Solution in Sanan Development Area

Ma Jing, Zhang Wen

(CollegeofPetroleumEngineering，NortheastPetroleumUniversity,DaqingHeilongjiang163318,China)

As an important tertiary recovery technology, polymer flooding has obtained certain development achievement in Sanan development area of Daqing oilfield. But the surplus sewage exhausted from the polymer flooding has caused the waste of resource and the environmental pollution. The core flooding experiment which has diluted the polymer solution with the fresh water and the sewage was made to get this problem solved. According to the experimental results, the relationship between the concentration and viscosity of different molecular weight polymer was analyzed. Also, the injection capacity of the polymer solution with different molecular weight, permeability and concentration was analyzed. The injection capacity limit of the reservoir was divided according to the actual application. It has provided the reference for the screening of molecular weight and concentration of the polymer in actual production.

Polymer; Sewage; Core; Injection capacity

1006-396X(2016)04-0072-04投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn

2015-12-14

2016-03-18

馬婧(1992-)，女，碩士研究生，從事油氣田開發(fā)理論與技術(shù)方面的研究；E-mail：598855194@qq.com。

張文(1964-)，男，教授，從事油氣田開發(fā)理論與技術(shù)方面的研究；E-mail：zhw_1964@126.com。

TE357

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.04.015