适合高温高矿化度油藏的新型聚合物驱油剂研究*

张 成，赵海涛，熊跃武，陈 娜，胡延军

（中国石油 大庆油田有限责任公司a.第七采油厂；b.第二采油厂；c.第五采油厂；d.第六采油厂，黑龙江 大庆 163311）

供需矛盾一直是石油行业所面临的一大难题，因此，如何提高原油产量始终是国内外各大油田所关注的问题。而目前，所采用的常规采油技术只能采出40%左右的原油，经过长时间的开发生产后，大部分的油层中仍残留有60%左右的原油无法采出，因此，为了增大原油产出量，三次采油技术的发展在石油行业受到越来越多的重视[1-3]。三次采油技术主要包括化学驱、热力驱、混相驱以及微生物驱等，其中化学驱油技术的研究及应用相对较多，也取得了比较多的研究成果和现场应用经验[4-7]。

聚合物驱作为化学驱油技术中最常见的一种三次采油技术，近年来已在我国的大庆油田、克拉玛依油田以及陆上其他油田得到了比较多的推广应用，为提升我国原油产量做出了较大的贡献[8-10]。然而，随着常规油藏的不断勘探及开发，一些高温、高盐、非均质性强的油藏逐渐受到越来越多的关注，此类油藏通常具有储层温度高、地层水矿化度高以及物性较差等特点，常规的聚合物驱油剂在此类油藏环境下往往无法发挥较好的驱油效果，急需研究适合高温、高矿化度油藏的新型聚合物驱油剂，以提高此类油藏的开发效率[11-14]。因此，本文以陆上某高温高矿化度油藏为研究对象，通过大量室内实验，研制出了一种耐温抗盐性能较好的新型聚合物驱油剂TBS-2，并对其综合性能进行了评价，以期为高温高矿化度油藏的高效开发提供一定的借鉴和参考。

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

丙烯酰胺（AM，AR上海麦克林生化科技有限公司）；两性离子单体（TBS，实验室自制）；（NH4）2S2O8、NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、NaHCO3、无水Na2SO4、无水乙醇，均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；模拟地层水（总矿化度为112500mg·L-1），使用蒸馏水和无机盐配制而成；模拟油，储层脱水脱气原油与航空煤油按1∶1混合而成；天然岩心（长度均为7.0cm，直径均为2.5cm），取自目标区块储层段。

Brookfield DV2T型黏度计（美国Brookfield公司）；MCR102型旋转流变仪（卓的仪器设备(上海)有限公司）；HTW型多功能岩心驱替实验装置（主要包括恒速恒压泵、岩心夹持器、活塞中间容器、回压泵、压力采集系统、恒温控制系统以及液体收集容器等），实验室自研制。

1.2 新型聚合物驱油剂TBS-2的制备

将两性离子单体TBS和丙烯酰胺AM按照一定的质量比混合后加入到三口烧瓶中，然后按照比例加入一定量的蒸馏水，搅拌混合均匀后，通入N2除O230min，然后迅速加入一定量的引发剂（NH4）2S2O8，再缓慢升高温度至50℃左右，搅拌状态下聚合反应5~8h，反应完成后将聚合产物剪碎，并使用无水乙醇反复提纯几次，放入恒温干燥箱中烘干，即得新型聚合物驱油剂TBS-2。

1.3 实验方法

1.3.1 聚合物驱油剂溶液的配制 将聚合物驱油剂TBS-2按照比例加入到实验用水中，配制成10000mg·L-1的聚合物驱油剂母液，然后在25℃条件下放置24h后，备用，最后根据实验需要将聚合物驱油剂母液进行稀释。

1.3.2 聚合物溶液黏度的测定 将聚合物驱油剂溶液稀释至目标浓度后，采用Brookfield DV2T型黏度计测定聚合物溶液的黏度值，选择合适转子和转速，剪切速率设定为7.34s-1。

1.3.3 聚合物溶液黏弹性的测定 将聚合物驱油剂溶液稀释至目标浓度后，采用MCR102型旋转流变仪对聚合物溶液的黏弹性能进行测定，设定实验温度为25℃，扫描应力为0.1Pa，震荡频率为0.1~10Hz。

1.3.4 驱油性能评价（1）将目标区块储层段天然岩心洗油、烘干后，测定其孔隙度和气测渗透率，备用；（2）将岩心抽真空饱和模拟地层水，测定其孔隙体积；（3）岩心饱和模拟油，注入流速为0.05mL·min-1，饱和完成后在储层温度条件下（110℃）老化48h；（4）水驱油，驱替流速为0.5mL·min-1，直至岩心出口端含水率达到98%以上为止，计算水驱油采收率；（5）注入不同PV的新型聚合物驱油剂TBS-2，驱油剂浓度均为3000mg·L-1；（6）继续水驱油，待岩心出口端含水率达到98%以上为止，计算最终采收率和聚合物驱采收率。

2 结果与讨论

2.1 增黏性能

按照1.3.1和1.3.2中的实验方法，使用蒸馏水配制不同浓度的新型聚合物驱油剂TBS-2溶液，然后，分别测定其黏度值，实验温度为25℃，实验结果见图1。

图1 不同质量浓度聚合物TBS-2溶液的黏度值Fig.1 Viscosity value of polymer TBS-2 solution with different mass concentration

由图1可知，随着新型聚合物驱油剂TBS-2质量浓度的不断增大，聚合物溶液的黏度值呈现出逐渐升高的趋势，当TBS-2的质量浓度达到3000mg·L-1时，溶液黏度值可以达到200mPa·s以上，这说明制备的新型聚合物驱油剂TBS-2具有良好的增黏性能。

2.2 耐温性能

按照1.3.1和1.3.2中的实验方法，使用蒸馏水配制浓度为3000mg·L-1的新型聚合物驱油剂TBS-2溶液，然后分别将聚合物溶液在不同温度条件下静止老化24h，再分别测定其黏度变化情况，以此考察聚合物驱油剂的耐温性能，实验结果见图2。

图2 温度对聚合物TBS-2溶液的黏度的影响Fig.2 Effect of temperature on viscosity of polymer TBS-2 solution

由图2可知，随着老化温度的不断升高，新型聚合物驱油剂TBS-2溶液的黏度值呈现出逐渐降低的趋势，当实验温度从30℃升高至110和120℃时，聚合物溶液的黏度值则从193.2降低至105.6和97.3mPa·s，聚合物溶液在110和120℃时的黏度保留率分别为54.7%和50.4%，均大于50%，说明制备的新型聚合物驱油剂TBS-2具有良好的耐温性能，在高温老化条件下仍能保持较高的黏度值，具有较好的稳定性，能够满足高温地层对聚合物驱油剂性能的基本要求。

2.3 抗盐性能

按照1.3.1和1.3.2中的实验方法，使用不同矿化度的实验用水配制浓度为3000mg·L-1的新型聚合物驱油剂TBS-2溶液，然后再分别测定其黏度变化情况，以此考察聚合物驱油剂的抗盐性能，实验温度为25℃，实验结果见图3。

由图3可知，随着实验用水矿化度的不断增大，新型聚合物驱油剂TBS-2溶液的黏度值呈现出逐渐升高的趋势，这与常规聚合物驱油剂相比有所不同，当矿化度由0升高至150000mg·L-1时，聚合物溶液的黏度值则可以从203.5mPa·s升高至232.6mPa·s，增幅明显。分析原因是由于新型聚合物驱油剂TBS-2分子链中同时含有一定数量的阳离子和阴离子基团，特殊的分子结构使TBS-2具有一定的反聚电解质效应，随着水溶液中矿化度的不断增大，正负离子之间的引力作用会被盐离子屏蔽，从而使溶剂之间的作用力有所增强，使分子结构更加舒展；另外，新型聚合物驱油剂TBS-2分子链上含有的磺酸基团具有较强的水化作用，可以抵制盐离子的破坏作用；上述两者共同作用致使新型聚合物驱油剂TBS-2具有良好的抗盐作用。

图3 矿化度对聚合物TBS-2溶液黏度的影响Fig.3 Effect of salinity on viscosity of polymer TBS-2 solution

2.4 黏弹性能

按照1.3.1和1.3.3中的实验方法，使用模拟地层水配制浓度为3000mg·L-1的新型聚合物驱油剂TBS-2溶液，分别测定其储能模量G'和耗能模量G''，评价聚合物溶液的黏弹性能，实验结果见图4。

图4 聚合物TBS-2溶液的黏弹性能Fig.4 Viscoelastic properties of polymer TBS-2 solution

由图4可知，随着实验频率的不断升高，新型聚合物驱油剂TBS-2溶液的储能模量G'和耗能模量G''均逐渐增大，并且存在一个交叉点，当震荡频率小于交叉点对应的数值时，储能模量G'小于耗能模量G''，聚合物TBS-2溶液的黏性大于弹性；而当震荡频率大于交叉点对应的数值时，储能模量G'则大于耗能模量G''，聚合物TBS-2溶液的弹性大于黏性，综合来看，制备的新型聚合物驱油剂TBS-2具有良好的黏弹性能。

2.5 驱油性能

按照1.3.4中的实验方法，评价了新型聚合物驱油剂TBS-2溶液的驱油性能，聚合物溶液配制用水为模拟地层水，实验温度为110℃。实验结果见表1。

表1 新型聚合物驱油剂TBS-2驱油性能评价结果Tab.1 Evaluation results of oil displacement performance of new polymer flooding agent TBS-2

由表1可知，5块岩心的水驱采收率均在42%左右，而随着注入新型聚合物驱油剂TBS-2溶液PV数的不断升高，最终采收率和聚合物驱提高采收率均呈现出逐渐升高的趋势，当注入0.5PV的新型聚合物驱油剂TBS-2溶液后，聚合物驱提高采收率幅度可以达到15%以上，最终采收率达到了58%以上，起到了良好的驱油效果，再继续增大聚合物溶液的注入PV数，最终采收率和聚合物驱提高采收率虽然仍能有所提高，但提高的幅度逐渐变小。因此，综合考虑聚合物驱油效率和现场施工成本等因素，推荐新型聚合物驱油剂TBS-2溶液的最佳注入PV数为0.5PV。

3 结论

（1）室内以两性离子单体TBS和丙烯酰胺AM为合成原料，通过二元共聚法制备了一种适合高温高矿化度油藏的新型聚合物驱油剂TBS-2，并对其综合性能进行了评价。

（2）新型聚合物驱油剂TBS-2具有良好的增黏性能、耐温性能、抗盐性能和黏弹性能，聚合物溶液在高温高矿化度条件下仍能具备一定黏度；此外，新型聚合物驱油剂TBS-2的驱油效果较好，当注入0.5PV浓度为3000mg·L-1的聚合物驱油剂TBS-2溶液后，能使天然岩心采收率继续提高15%以上；新型聚合物驱油剂TBS-2能够适应高温高矿化度油藏条件，具备良好的耐温抗盐性能和驱油性能。