三次采油用聚合物黏彈性評(píng)價(jià)新方法

吳淑云

中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 （黑龍江 大慶 163712）

聚合物溶液黏彈性對(duì)驅(qū)油效率具有重要影響，這一觀點(diǎn)被越來(lái)越多專家學(xué)者認(rèn)可[1-4]。以前用來(lái)檢測(cè)聚合物溶液黏彈性的指標(biāo)是篩網(wǎng)系數(shù)。由于篩網(wǎng)系數(shù)的物理意義不明確，不能準(zhǔn)確地表征聚合物溶液的黏彈性。因此，在實(shí)際工作中沒(méi)有用于方案設(shè)計(jì)。對(duì)以往篩網(wǎng)系數(shù)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，同一樣品不同實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試結(jié)果相差懸殊。分析認(rèn)為造成篩網(wǎng)系數(shù)檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確的主要原因是：篩網(wǎng)黏度計(jì)中的篩網(wǎng)容易發(fā)生堵塞；測(cè)定時(shí)黏度計(jì)中會(huì)進(jìn)入不定量而且難以去除的氣泡；測(cè)試環(huán)境溫度難以控制，造成無(wú)規(guī)律的誤差。此外，測(cè)試過(guò)程中，裝填樣品難度較大、清洗過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)事。并且，由于篩網(wǎng)黏度計(jì)為玻璃制品，非常容易破碎。如果儀器購(gòu)買不及時(shí)就會(huì)影響正常工作。該項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)已經(jīng)不再作為聚合物常規(guī)理化性能檢測(cè)指標(biāo)。因此，有必要研究新的聚合物溶液黏彈性評(píng)價(jià)方法。評(píng)價(jià)聚合物黏彈性的方法很多，多年來(lái)眾多學(xué)者采用不同方法對(duì)聚合物溶液黏彈性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究[5-9]。研究表明，采用CaBER毛細(xì)管拉伸斷裂流變儀測(cè)試聚合物溶液直徑隨時(shí)間變化曲線，采用Exponential模型對(duì)曲線擬合，擬合的松弛時(shí)間可以用來(lái)表征聚合物體系黏彈性[10]。Mojdeh Delshad建立的新的聚合物驅(qū)油數(shù)學(xué)模型包含了聚合物溶液在孔隙介質(zhì)中剪切變稀和剪切增稠2部分。其中，剪切增稠部分由宏觀流變測(cè)量得到的聚合物的分子松弛時(shí)間來(lái)量化[11]。因此，松弛時(shí)間不但可以作為聚合物溶液黏彈性評(píng)價(jià)指標(biāo)，還可以用于方案設(shè)計(jì)。本文就該方法對(duì)于目前應(yīng)用于油田的幾種聚合物的適應(yīng)性及具體實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)儀器與樣品

1.1 儀器

采用CaBER毛細(xì)管拉伸斷裂流變儀測(cè)試聚合物溶液的直徑隨時(shí)間的變化曲線。樣品直徑：6.0mm;原始高寬比：1.0；最終高寬比：4.39；采用線性模式，進(jìn)行單點(diǎn)拉伸測(cè)量。

1.2 樣品

水解聚丙烯酰胺，相對(duì)分子質(zhì)量為700、1 600和3 300萬(wàn)；疏水締合聚合物，相對(duì)分子質(zhì)量為700萬(wàn)；高分子表面活性劑，相對(duì)分子質(zhì)量為500萬(wàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 CaBER測(cè)量原理

圖1為CaBER測(cè)量原理示意圖。CaBER測(cè)量原理比較簡(jiǎn)單。將很少量樣品（少于0.2mL）放于2平板（直徑6mm）之間。通過(guò)上板的向上移動(dòng)，流體被置于快速拉伸形變，因此形成一流體絲。激光微尺測(cè)量逐漸變細(xì)的流體絲直徑，直到上板達(dá)到其最終位置。

圖1 (a)CaBER拉伸流變儀

圖1 (b)流體絲隨拉伸時(shí)間變化

圖1 (c)CaBER測(cè)量原理

對(duì)黏彈性溶液和熔體理論的研究和數(shù)值分析的結(jié)果表明，流體絲在經(jīng)過(guò)短暫的以黏性為主的流動(dòng)之后，在中間的一段時(shí)間內(nèi)，流體絲流動(dòng)的動(dòng)態(tài)由表面張力和彈性力的平衡來(lái)決定。在這一時(shí)間區(qū)域，流體絲半徑成指數(shù)遞減。如下面的Exponential方程（1）所示。

式中：λc為特征松弛時(shí)間，s；G為彈性模量，Pa。

對(duì)于半稀PIB/PB Boger流體（一種典型的彈性流體），λc近似于最大松弛時(shí)間。對(duì)于典型的彈性流體采用簡(jiǎn)單的指數(shù)方程對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，可以得到材料的松弛時(shí)間[12]。圖2為水解聚丙烯酰胺溶液流體絲直徑隨時(shí)間變化曲線。從圖2可以看出，該曲線可以采用方程（1）進(jìn)行擬合，得到聚合物溶液體系松弛時(shí)間。

圖2 聚合物溶液流體絲直徑隨時(shí)間變化曲線

圖3 不同分子量水解聚丙烯酰胺測(cè)試結(jié)果

2.2 不同聚合物溶液體系實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 不同相對(duì)分子質(zhì)量水解聚丙烯酰胺溶液實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3為相對(duì)分子質(zhì)量700、1 600和3 300萬(wàn)水解聚丙烯酰胺溶液流體絲直徑隨時(shí)間變化曲線3次重復(fù)性測(cè)試結(jié)果。從圖3可以看出,曲線重復(fù)性較好。表1為這3種分子量的聚合物溶液濃度為500mg/L和1 000mg/L的松弛時(shí)間重復(fù)性對(duì)比結(jié)果。

從表1可以看出，對(duì)于水解聚丙烯酰胺來(lái)說(shuō)，聚合物溶液濃度對(duì)測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性影響不大。

表1 不同相對(duì)分子質(zhì)量水解聚丙烯酰胺在不同濃度條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 疏水締合聚合物溶液實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用上述方法測(cè)量為700萬(wàn)疏水締合聚合物溶液流體絲直徑隨時(shí)間變化。測(cè)量及擬合數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 疏水締合聚合物溶液在不同濃度下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表2可以看出，對(duì)于疏水締合聚合物來(lái)說(shuō)，聚合物溶液濃度對(duì)測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性影響較大，與1 000 mg/L溶液體系相比，500mg/L的重復(fù)性更好。2.2.3高分子表面活性劑溶液的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

相對(duì)分子質(zhì)量為500萬(wàn)高分子表面活性劑溶液流體絲直徑隨時(shí)間變化曲線及擬合數(shù)據(jù)分別見(jiàn)表3。

從表3可以看出，對(duì)于高分子表面活性劑來(lái)說(shuō)，聚合物溶液濃度對(duì)測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性影響也較大。與1 000mg/L溶液體系相比，500mg/L的重復(fù)性更好。

表3 高分子表面活性劑溶液在不同濃度下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該方法的測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性較高，特別是在濃度較低時(shí)重復(fù)性更高。因此，采用聚合物濃度為500mg/L體系比較合適。

2.3 聚合物溶液檢測(cè)實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化

2.3.1 樣品過(guò)濾對(duì)測(cè)試結(jié)果影響

從表4可以看出：未過(guò)濾的樣品的重復(fù)性比已過(guò)濾的樣品的重復(fù)性低。因此，在測(cè)試前應(yīng)對(duì)樣品進(jìn)行過(guò)濾。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

從表5可以看出：溫度為45℃時(shí)測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性較好，并且大慶油田地層平均溫度為45℃。因此，在測(cè)試時(shí)應(yīng)將測(cè)試溫度設(shè)置為45℃。

表4 樣品過(guò)濾對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

表5 實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

3 結(jié)論

1)采用CaBER毛細(xì)管拉伸斷裂流變儀測(cè)試聚合物溶液流體絲直徑隨時(shí)間變化曲線，用Exponential模型對(duì)曲線進(jìn)行擬合，擬合的松弛時(shí)間可以作為評(píng)價(jià)聚合物溶液黏彈性大小的技術(shù)指標(biāo)。

2）該檢測(cè)方法具有樣品用量少、操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)數(shù)據(jù)重復(fù)性高的優(yōu)點(diǎn)。

3）在具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用聚合物濃度為500mg/L比較合適；在測(cè)試前應(yīng)對(duì)樣品進(jìn)行過(guò)濾；在測(cè)試時(shí)可將測(cè)試溫度設(shè)置為45℃。

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