以三元共聚物為基礎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

劉璇唐善法周天元任偉民張小麗

（1、長江大學石油工程學院，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

劉璇1唐善法1周天元1任偉民2張小麗2

（1、長江大學石油工程學院，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定性和吸附作用是制約聚合物運用的主要問題。為解決這兩個問題，進而擴大聚合物壓裂液的運用前景，本文通過考察和研究各種聚合物配方發現，在聚合物溶液中加入二價離子能夠很好的改善聚合物在高溫高鹽條件下的穩定性和吸附作用。

1 介紹

高溫高礦化度條件下，聚合物溶液受熱穩定性制約產生化學降解，進而導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)復配，測試復配溶液穩定性，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和靜態吸附對聚合物粘度的影響。

2 實驗部分

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完成。實驗條件：25°C和5.68 s-1。聚合物配制過程中通過氮氣凈化和磁性攪拌棒使氧氣濃度低于5 ppb。配置完成的聚合物溶液保存在金屬無氧爐中。

2.2 聚合物穩定性測試

試驗溫度限定在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刻測試聚合物溶液粘度。

2.3 聚合物的靜態吸附試驗

為了研究聚合物靜態吸附，實驗室制作滲透率為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使用流變儀測試聚合物溶液粘度。

3 結果與討論

3.1 聚合物流變性

分別在四種不同的鹽水中測定不同濃度聚合物粘度。實驗發現：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HPAM對礦化度和硬度有影響。因此相對于低礦化度AGS鹽水，在200 g∕l NaCl的鹽水中，因為二價離子有效濃度的影響，聚合物粘度更高。

為了確定過渡區，在一個NaCl寬濃度范圍內，測試1000 ppm n-VP 3,n-VP 4和HPAM溶液的粘度。n-VP的轉折點出現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到最低值。因此，在油田應用范圍內，HPAM顯示更好的增粘能力，同時要比n-VP對礦化度更敏感，這是因為水解作用下，電荷密度更大，HPAM鏈并不是球狀的。礦化度增加，HPAM增粘能力降低，進而失效。

3.2 溫度對聚合物粘度的影響

實驗室中由水粘度標定聚丙烯酰胺濃度。例如，溫度由標準狀況下的溫度升至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的試驗中也可以看到同樣的走勢。

3.3 120°C時聚合物的穩定性

實驗室測試20種不同聚合物在120°C時的穩定性，由溶液粘度反應聚合物穩定性，且25°C和5.68 s-1的實驗條件下；試驗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的聚合物都很穩定。但是，在包含二價離子AGS的鹽水中，在14到30天中，聚合物會降解。

3.4 聚合物吸附

在120℃無氧環境下，聚合物溶液在原始碳酸巖孔隙中保存三天，同時加入n-VP單體研究聚合物吸附。研究發現：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用。因為其低分子量可以平衡更高濃度的需要。

4 結語

（1）相對于標準水解聚丙烯酰胺，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-溫度關系。

（4）當不存在二價離子時，聚丙烯酰胺可以在120℃下穩定很長時間。當存在二價離子時，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]安會勇，宋春雷)B+_B+WY_f+[聚兩性電解質的合成"表征與溶液性能[k])應用化工.

[2]蘇雪霞，王旭，周亞賢，等)國內提高采收率用交聯聚合物驅油體系研究進展[k])精細石油化工進展.

[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展[k])廣東化工.

劉璇（1989-），女，就讀于長江大學石油工程學院，研究方向：油氣田開發工程。