水溶性兩親聚合物稠油乳化劑的制備及驅(qū)油效率*

陳明貴，陳登亞，梁 潔，金庭浩

（1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100；2.中國(guó)石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000；3.烏魯木齊高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，新疆 烏魯木齊 830001）

0 前言

我國(guó)三次采油技術(shù)的潛力巨大，其中復(fù)合驅(qū)和聚合物驅(qū)增加可采儲(chǔ)量最大，占三次采油技術(shù)增加可采儲(chǔ)量的76%［1］。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐表明，堿-表面活性劑-聚合物（ASP）三元復(fù)合驅(qū)可在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高采收率20%以上，比聚合物驅(qū)提高采收率多10%［2］。但是ASP三元復(fù)合驅(qū)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，從而損壞舉升設(shè)備，此外，ASP 三元復(fù)合驅(qū)的產(chǎn)出液難于破乳，這使得ASP三元復(fù)合驅(qū)的推廣受到限制［3］。

兩親聚合物具有較大的空間位阻作用，分子聚集的吉布斯自由能較大，分子中的表面活性劑單元與原油的乳化作用大大強(qiáng)于表面活性劑膠束與原油的乳化作用，因而具有更強(qiáng)的乳化穩(wěn)定性。由于兩親聚合物是改性聚丙烯酰胺，其產(chǎn)出液與常規(guī)聚丙烯酰胺的處理方法相同［4-6］，因此簡(jiǎn)化了污水處理工藝。此外，兩親聚合物可與稠油形成O/W 乳液，對(duì)稠油具有乳化降黏作用。兩親聚合物單劑可避免ASP三元復(fù)合體系在油藏中的色譜分離，具有較好的注入性和流度控制能力［6］。驅(qū)油實(shí)驗(yàn)證明，具有較高流度控制作用和乳化作用的兩親聚合物在非均質(zhì)稠油油藏化學(xué)驅(qū)中具有較大的應(yīng)用潛力［7-8］。在傳統(tǒng)蒸汽吞吐的基礎(chǔ)上復(fù)配兩親聚合物降黏劑的稠油蒸汽吞吐改善技術(shù)，能夠擴(kuò)大蒸汽波及體積、提高熱采洗油效率，從而改善稠油油田的蒸汽吞吐開發(fā)效果［9-10］。水溶性兩親聚合物在化學(xué)驅(qū)和化學(xué)增效熱采中均具有潛在的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，是一種新的低成本提高采收率的化學(xué)劑。剛性基團(tuán)苯乙烯磺酸納的引入可使聚合物中表面活性單體的摩爾含量從0.3%提高到0.9%，提高了聚合物的表面活性，使得兩親聚合物具有良好的乳化降黏作用和瀝青分散能力。研制和開發(fā)地層適用的具有強(qiáng)乳化作用的含剛性基團(tuán)的兩親聚合物對(duì)化學(xué)驅(qū)油有重要意義。

本文以丙烯酰胺（AM）、苯乙烯磺酸納（PSS）、甲基丙烯酸（MAA）、2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸鈉C12AMPS 為反應(yīng)單體，采用水溶液自由基聚合法制備了含剛性基團(tuán)的兩親聚合物P（AM-MAAPS-C12AMPS），對(duì)其合成條件作了優(yōu)化，并對(duì)兩親聚合物進(jìn)行了紅外光譜表征和溶液性能評(píng)價(jià)，最后還通過室內(nèi)非均質(zhì)巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)和熱采驅(qū)油效率實(shí)驗(yàn)考察了具有乳化和降黏作用的兩親聚合物提高采收率效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

丙烯酰胺（AM）、苯乙烯磺酸鈉PSS、甲基丙烯酸、過硫酸納、亞硫酸氫鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉、無水乙醇、碳酸銨、異丙醇、尿素、三乙醇胺、偶氮二異丁脒鹽酸鹽AIBA，均為分析純，上海阿拉丁試劑公司；4，4'-偶氮雙（4-氰基戊酸）（ACVA），廊坊豪科科技發(fā)展有限公司；2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸鈉（C12AMPS），長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院。高純石英砂（20數(shù)40目，60數(shù)80目），湖北銳騰石英科技有限公司。高溫發(fā)泡劑Enordert AOS1618，美國(guó)殼牌公司；勝利石油磺酸鹽PS，中勝國(guó)際石油化工集團(tuán)公司；商業(yè)聚合物表面活性劑BH3，大慶油田研究院；大慶煉化HPAM，相對(duì)分子質(zhì)量1900 萬，固含量90.2%，水解度20%；烷基苯磺酸鹽，固含量50%，大慶煉化公司。大慶模擬地層水為6000 mg/L NaCl溶液；渤海模擬地層水，礦化度9374.13 mg/L，主要離子質(zhì)量濃度（單位mg/L）：Na++K+3091.96、Ca2+85.29、Cl-5436.34。大慶原油，黏度 7.1 mPa·s（45℃）；渤海原油，渤海稠油與柴油按一定比列混合得到的模擬油，黏度70 mPa·s（65℃）。

DV-III 型黏度計(jì)（美國(guó) Brookfield 公司）；TX500C 旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀（美國(guó)科諾工業(yè)有限公司）；Brook Tensor型FTIR紅外光譜儀（德國(guó)布魯克公司）；Diamond TG/DTA型熱重/差熱綜合熱分析儀（鉑金-埃爾默儀器（上海）有限公司）；RE52A 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海亞榮生化儀器廠）；GW-1 型高溫高壓巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置，海安縣石油科研儀器廠，包括高溫?zé)岵商钌澳Ｐ凸堋⒑銣叵洹⒏邷睾闼俸銐罕谩鷫罕谩⒅虚g容器、蒸汽發(fā)生器、精密壓力表、精密回壓控制閥和液樣收集器。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 兩親聚合物P（AM-MAA-PS-C12AMPS）的合成

將一定量的丙烯酰胺（AM）、苯乙烯磺酸納（PSS）、甲基丙烯酸（MAA）、表面活性單體C12AMPS和蒸餾水加入燒杯中，磁力攪拌至充分溶解；加入氫氧化鈉中和至pH=8；通氮?dú)獬?0 min后，按順序加入一定量的亞硫酸氫納、過硫酸鉀和偶氮類引發(fā)劑，然后加入鏈轉(zhuǎn)移劑甲酸鈉和尿素、三乙醇胺等助溶劑，密封磁力攪拌30 min；在40℃恒溫水浴中反應(yīng)16 h 后得到膠狀固體。將所得到的膠狀固體剪成小塊，用無水乙醇浸泡24 h，放入烘箱中在80℃下烘12 h；將得到的聚合物粗產(chǎn)物配制成10000 mg/L 的母液，反復(fù)用乙醇提純，烘干后稱重得到兩親聚合物P（AM-MAA-PS-C12AMPS），產(chǎn)率為96.1%。

1.2.2 ASP驅(qū)油體系的配制

ASP驅(qū)油體系的配制：在45℃恒溫水浴中配制質(zhì)量濃度為5000 mg/L的大慶煉化HPAM聚合物母液，攪拌2 h，熟化10 h；配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的烷基苯磺酸鹽表面活性劑母液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的碳酸鈉母液。在攪拌條件下，首先加入5%的堿母液，再加入聚合物母液攪拌0.5 h，最后加入表面活性劑母液，加地層水稀釋到所需濃度，得到大慶ASP三元復(fù)合體系（1.2%Na2CO3+1800 mg/L HPAM+0.3%烷基苯磺酸鹽）。

兩親聚合物體系配制：先用模擬地層水配制5000 mg/L 的兩親聚合物母液，攪拌2 h，熟化16 h；然后用模擬地層水稀釋到所需濃度，熟化24 h。

1.2.3 聚合物相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定

根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12005.1-1989《聚丙烯酰胺特性黏數(shù)測(cè)定方法》［11］，采用特性黏數(shù)法測(cè)定聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量［12］。首先采用0.1 mol/L 的氯化鈉溶液配制不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚合物溶液，然后測(cè)定不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚合物溶液以及純?nèi)軇┰诿?xì)管中流出的時(shí)間，計(jì)算相對(duì)黏度ηr；進(jìn)而得到lnηr/c，通過lnηr/c對(duì)c作圖，外推至c=0 時(shí)所得截距就是特性黏數(shù)［η］，再由公式（1）計(jì)算得到兩親聚合物的黏均相對(duì)分子質(zhì)量Mη。

1.2.4 溶液黏度測(cè)定

用 Brookfield DV-III 黏度計(jì)在 65℃、7.34 s-1下測(cè)定兩親聚合物體系的表觀黏度。

1.2.5 界面張力測(cè)定

采用TX500C旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀，在溫度65℃、轉(zhuǎn)速5000 r/min下測(cè)定不同濃度的兩親聚合物溶液與原油（渤海稠油或大慶稀油）間的界面張力，取30 min后的穩(wěn)定值。

1.2.6 乳化性能測(cè)定

將5 mL 的質(zhì)量濃度為1500 mg/L 的聚合物溶液倒入10 毫升的具塞試管中，加入預(yù)熱好的原油至10 mL；密封后放入45℃的水浴鍋中預(yù)熱30 min，充分搖勻混合；然后在室溫下靜置，每隔一段時(shí)間觀察析水量，計(jì)算乳液的脫水率。

1.2.7 耐溫抗鹽性能測(cè)定

用布氏黏度計(jì)測(cè)定在不同溫度、剪切速率7.34 s-1條件下5000 mg/L的聚合物溶液的黏度。用不同濃度的NaCl 溶液將質(zhì)量濃度為5000 mg/L 的聚合物母液稀釋成質(zhì)量濃度為1500 mg/L 的溶液，用布氏黏度計(jì)在45℃、剪切速率7.34 s-1條件下測(cè)定不同鹽濃度下聚合物溶液的表觀黏度。

兩親聚合物溶液通氮?dú)獬?0 min，加塞密封，然后放置在80℃的恒溫箱中老化，每隔一定時(shí)間取出測(cè)定溶液的黏度。

1.2.8 聚合物的熱重分析

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SN/T3003—2011《塑料聚合物的熱重分析法》對(duì)聚合物試樣進(jìn)行熱重分析，得到試樣的TG-DTG 曲線。樣品量為15 mg，檢測(cè)溫度范圍40數(shù) 600℃，N2氣氛，升溫速率10℃/min。

1.2.9 聚合物的紅外光譜表征

采用溴化鉀粉末壓片制樣，用Brook Tensor 紅外光譜儀對(duì)兩親聚合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行紅外光譜表征。

1.2.10 蒸汽驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

為了對(duì)比注入兩親聚合物改善稠油蒸汽驅(qū)開發(fā)效果，設(shè)計(jì)6組蒸汽驅(qū)實(shí)驗(yàn)。考察不同注入方式、滲透率、注入時(shí)機(jī)、不同化學(xué)劑濃度對(duì)蒸汽驅(qū)稠油采收率的影響。記錄整個(gè)過程中壓力、含水率和采收率的變化。具體驅(qū)油實(shí)驗(yàn)步驟如下：①填砂管準(zhǔn)備：高溫填砂管（φ3.8 cm×40 cm）干燥稱重后充填石英砂；將巖心管抽空，飽和模擬地層水，測(cè)定填砂管的孔隙體積和滲透率，控制滲透率誤差不超過10%；②飽和油：設(shè)置出口回壓為255℃水蒸汽壓（2.5 MPa），保證高溫填砂管中為220℃蒸汽驅(qū)，開啟高溫恒溫箱預(yù)熱5 h，將稠油以低速注入巖心建立束縛水飽和度；③注化學(xué)劑：用恒壓泵注入0.2 PV的化學(xué)劑，關(guān)閉巖心兩端閥門后在220℃下燜井5 h；④蒸汽驅(qū)油：在模型兩端建立一定壓差（大于測(cè)定油相端點(diǎn)滲透率的壓差值），按相似準(zhǔn)則折算3 mL/min的驅(qū)動(dòng)速度恒速驅(qū)替，記錄不同時(shí)間的產(chǎn)油量、產(chǎn)液量、進(jìn)出口壓力；當(dāng)含水率達(dá)到99.5%以上且壓差穩(wěn)定后結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 兩親聚合物合成優(yōu)化

兩親聚合物合成的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中固定丙烯酰胺（AM）摩爾含量占75%、苯乙烯磺酸納（PSS）摩爾含量占5%、甲基丙烯酸（MAA）和表面活性劑單體的C12AMPS 摩爾含量占控制在20%，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)主要對(duì)表面活性劑單體C12AMPS 含量、引發(fā)劑濃度及種類、鏈轉(zhuǎn)移劑加量進(jìn)行優(yōu)化。單體質(zhì)量占總體系質(zhì)量的28%，引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑加量是基于單體總質(zhì)量的質(zhì)量百分含量。反應(yīng)條件對(duì)合成聚合物的產(chǎn)率及所配制的質(zhì)量濃度10000 mg/L 的聚合物溶液黏度的影響見表1。采用兩段式復(fù)合引發(fā)劑體系，其中氧化還原引發(fā)劑K2S2O8/NaHSO3作為中低溫引發(fā)劑體系具有分解速率高，引發(fā)反應(yīng)快的優(yōu)勢(shì)，在反應(yīng)開始后0.5 h發(fā)揮作用；而偶氮類引發(fā)劑作為高溫引發(fā)劑在反應(yīng)的中后期可進(jìn)一步擴(kuò)大聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量，在反應(yīng)開始后10 h 后發(fā)揮作用。AIBA 分解溫度是 44℃，ACVA 是 69℃，AIBA 與氧化還原引發(fā)劑的分解溫度相近，兩種引發(fā)劑同時(shí)分解，不能起到協(xié)同作用；而ACVA 可在氧化還原體系引發(fā)反應(yīng)后體系溫度升高到其分解溫度后再引發(fā)反應(yīng)，起到協(xié)同增效作用，從而可以提高聚合物的產(chǎn)率和相對(duì)分子質(zhì)量。

表1 兩親聚合物合成條件優(yōu)化

為了保證兩親聚合物對(duì)稠油的乳化降黏作用，應(yīng)盡可能地提高反應(yīng)單體中表面活性劑單體的含量，當(dāng)表面活性單體摩爾含量增至2.2 mol%時(shí)，兩親聚合物變得只能溶脹而不溶解，通過增加鏈轉(zhuǎn)移劑用量和尿素（0.2 mol%）、三乙醇胺（0.1 mol%）等添加劑可提高兩親聚合的溶解性。通過單體含量，引發(fā)劑體系和用量的，鏈轉(zhuǎn)移劑和助溶劑三個(gè)步驟的優(yōu)化后，選出了最佳合成方案，如表1中最后一排，兩親聚合物的產(chǎn)率為96.1%，兩親聚合物中表面活性劑大單體摩爾含量為2%的兩親聚合物稠油降黏劑P（AM-MAA-PS-C12AMPS）。

2.2 紅外光譜分析

圖1為所合成的兩親聚合物的紅外光譜圖。在波長(zhǎng)2976 cm-1附近為羧酸氫鍵二聚體的O—H伸縮吸收峰；在波長(zhǎng)1122 cm-1附近為磺酸鹽的伸縮振動(dòng)的吸收峰；在波長(zhǎng)3653 cm-1附近為磺酸—OH 剪切振動(dòng)峰；在波長(zhǎng)1452 cm-1附近為長(zhǎng)鏈—CH2剪切振動(dòng)特征吸收峰，在波長(zhǎng)2976 cm-1附近的吸收峰為—CH3不對(duì)稱伸縮峰；在波長(zhǎng)2873 cm-1附近為—CH3對(duì)稱伸縮峰；在波長(zhǎng)1404 cm-1附近為酰胺中C—N伸縮振動(dòng)的特征吸收峰；在波長(zhǎng)3442.8 cm-1附近為酰胺中N—H 伸縮振動(dòng)的特征吸收峰；在波長(zhǎng)1697.5 cm-1附近為酰胺基伸縮振動(dòng)的特征吸收峰；在波長(zhǎng)1547 cm-1附近為苯環(huán)上復(fù)合頻譜帶吸收峰。紅外光譜分析說明合成產(chǎn)物為目標(biāo)產(chǎn)物。

圖1 合成兩親聚合物的紅外光譜圖

2.3 兩親聚合物溶液性能

2.3.1 兩親聚合物增黏性能

采用特性黏數(shù)法測(cè)定了合成兩親聚合物的黏均相對(duì)分子質(zhì)量，約為12×104g/mol。不同質(zhì)量濃度的合成兩親聚合物溶液的黏度見圖2。濃度低于2000 mg/L 時(shí)，兩親聚合物溶液的黏度比普通高分子量聚丙烯酰胺SNF3630S 和梳形聚合物KYPAM溶液的黏度高；濃度高于2000 mg/L時(shí)，兩親聚合物的增黏能力不如SNF3630S 和KYPAM。高相對(duì)分子質(zhì)量聚合物的分子間締合作用［14］使得聚合物溶液的黏度大幅度提高；而合成兩親聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量較低且分子中存在大量的表面活性單體，大分子以分子內(nèi)締合為主，無明顯的臨界締合濃度，表現(xiàn)為表觀黏度低，乳化能力強(qiáng)。合成的兩親聚合物主要靠對(duì)原油的乳化降黏作用來提高驅(qū)油效率，適用濃度范圍為800數(shù)1500 mg/L。

圖2 聚合物溶液黏度與質(zhì)量濃度關(guān)系（40℃）

2.3.2 兩親聚合物的界面性能

不同濃度合成兩親聚合溶液分別與大慶原油和渤海原油間的界面張力見圖3。所合成的兩親聚合物可將油水界面張力降至10-1數(shù)量級(jí)，濃度3000 mg/L 的兩親聚合物溶液與大慶原油間的界面張力最低，為0.132 mN/m。合成兩親聚合物的分子鏈中同時(shí)含有親水基團(tuán)與疏水基團(tuán)，聚合物可以定向吸附于油水界面上，由于高分子鏈的構(gòu)象墑限制了兩親聚合物膠束中表面活性劑單體的解離，因此兩親聚合物乳液比表面活性劑膠束更穩(wěn)定。

圖3 不同濃度兩親聚合溶液與原油間的界面張力

質(zhì)量濃度為1500 mg/L的聚合物溶液與大慶原油按油水比1∶1混合得到乳化液的脫水率隨放置時(shí)間的變化見圖4。從圖4可以看出，由高分子量聚丙烯酰胺3630S 溶液與大慶原油所形成的乳液在2 h內(nèi)完全破乳，而由合成兩親聚合物與大慶原油所形成的乳液相對(duì)比較穩(wěn)定，在放置10 d后原油和水才全部分離，脫水率達(dá)到98%。兩親聚合物體系油水界面張力為10-1mN/m 數(shù)量級(jí)，既能乳化攜帶原油，又能避免了ASP 三元復(fù)合驅(qū)由于超低界面張力形成微乳液而造成破乳難的問題。

圖4 乳化液的脫水率隨放置時(shí)間的變化

2.3.3 兩親聚合物耐溫耐鹽性能

Zaitou［15］研究發(fā)現(xiàn)，溫度高于60℃時(shí)，聚合物分子中的丙烯酰胺單元開始水解生成丙烯酸。如果地層水中存在大量的Ca2+時(shí)，HPAM 中的丙烯酸含量太高導(dǎo)致聚合物沉淀析出，這限制了聚丙烯酰胺在高溫油藏的應(yīng)用。Moradi-Araghi 和 Doe［16］指出了不同溫度下，HPAM 容忍二價(jià)離子Ca2+和Mg2+的極限：75℃、88℃、96℃和 204℃時(shí)分別為 2000、500 、270 和20 mg/L。Seright［17］發(fā)現(xiàn)在含有黃鐵礦的還原性環(huán)境的75℃的地層中氧氣在4 h內(nèi)消耗完全，在除氧和地層水中無二價(jià)離子的情況下，HPAM可用于120℃的高溫油藏，聚合物溶液黏度降至原來的一半需要2年。

兩親聚合物溶液的黏度隨溫度和NaCl 濃度的變化如圖5所示。隨著溫度的升高，溶液黏度下降；70℃時(shí)的黏度小于20 mPa·s。兩親聚合物溶液的黏度隨著NaCl 濃度的升高而呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。當(dāng)NaCl 濃度超過5000 mg/L 時(shí)，黏度大幅度下降。增大氯化鈉濃度可促進(jìn)兩親聚合物的分子內(nèi)締合，分子鏈尺寸減小，從而導(dǎo)致溶液的表觀黏度降低。由于兩親聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量小，聚合物中存在大量疏水基團(tuán)分子內(nèi)締合，對(duì)氯化納的耐受能力為15×104mg/L。總之，所合成小分子兩親聚合物溶液的黏度受溫度和礦化度的影響較大，由于兩親分子的分子內(nèi)締合作用使其具有較好的氯化鈉耐受性。

2.3.4 兩親聚合物的熱穩(wěn)定性

圖5 兩親聚合物的耐溫耐鹽性能

兩親聚合物溶液在80℃下老化一定時(shí)間后的黏度見圖6。隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，兩親聚合物溶液的黏度緩慢降低，最后趨于穩(wěn)定，80℃下老化60 d后，濃度分別為1500、5000 mg/L的兩親聚合物溶液黏度的保留率分別為78.5%和86.5%，這表明所合成兩親聚合物具有較好的熱穩(wěn)定性。

圖6 兩親聚合物溶液的黏度隨老化時(shí)間的變化

合成兩親聚合物的熱重曲線見圖7。在30數(shù)400℃范圍內(nèi)有三個(gè)失重峰，其中第一個(gè)失重峰在53℃附近，兩親聚合物失去了分子內(nèi)和分子間的水［18］；第二個(gè)失重峰在223℃附近，兩親聚合物主鏈上的官能團(tuán)如酰胺基團(tuán)和羧基發(fā)生了降解［18］；第三個(gè)失重峰在346℃附近，兩親聚合物主鏈發(fā)生降解。因此，模擬稠油熱采吞吐條件即250℃燜井反應(yīng)5 h，不會(huì)造成兩親聚合物官能團(tuán)的明顯分解，也不會(huì)對(duì)兩親聚合物的乳化降黏性質(zhì)有明顯影響。

圖7 兩親聚合物的熱重分析曲線

2.4 兩親聚合物的流度控制能力和驅(qū)油效率

聚合物的流度控制作用是聚合物驅(qū)提高采收率的關(guān)鍵。使用填砂管（尺寸φ2.5 cm×30 cm，孔隙度44%，水測(cè)滲透率330×10-3μm2）測(cè)定兩親聚合物的流度控制作用；恒速注水（0.35 mL/min）至壓力穩(wěn)定在0.01 MPa；恒速注1500 mg/L 的兩親聚合物（0.35 mL/min）至壓力穩(wěn)定在0.516 MPa；后續(xù)水驅(qū)（0.35 mL/min）至壓力穩(wěn)定在0.165 MPa，得到兩親聚合物的阻力系數(shù)RF=51.6，殘余阻力系數(shù)RRF=16.5。說明兩親聚合物溶液可以建立起比較高的殘余阻力系數(shù)和阻力系數(shù)，較高的殘余阻力系數(shù)反映了兩親聚合物分子在填砂管中存在大量的疏水單元疏水締合作用引起的多層吸附［19］。

兩親聚合物驅(qū)（1500 mg/L 兩親聚合物）、聚合物表面活性劑驅(qū)（1500 mg/L BH3）和ASP 復(fù)合驅(qū)（1.2%Na2CO3+1800 mg/L HPAM+0.3%烷基苯磺酸鹽）的驅(qū)油效果見表2。由表2可知，合成的兩親聚合物驅(qū)提高采收率達(dá)18.94%，優(yōu)于商業(yè)聚表劑（BH3）驅(qū)，和ASP 復(fù)合驅(qū)的提高采收率值相當(dāng)。但ASP 復(fù)合驅(qū)的色譜分離嚴(yán)重，產(chǎn)出液的破乳困難，而且堿的注入會(huì)對(duì)地層造成損害，因此，兩親聚合物驅(qū)的綜合性能優(yōu)于ASP 復(fù)合驅(qū)的。兩親聚合物驅(qū)和ASP 復(fù)合驅(qū)的注入壓力隨注入體積變化見圖8。兩親聚合物注入壓力低于ASP 復(fù)合驅(qū)，后續(xù)水驅(qū)階段注入壓力高于ASP復(fù)合驅(qū)；從采收率曲線上看，ASP復(fù)合驅(qū)提高采收率主要在ASP復(fù)合驅(qū)段塞的注入階段，而兩親聚合物驅(qū)提高采收率在藥劑注入階段和后續(xù)水驅(qū)階段都有貢獻(xiàn)，后續(xù)水驅(qū)階段主要是兩親聚合物的解吸附和就地乳化驅(qū)油特征，采收率響應(yīng)比較慢。

表2 兩親聚合物化學(xué)驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.5 兩親聚合物增效蒸汽驅(qū)效果

純蒸汽驅(qū)（250℃）和先注入0.2 PV 化學(xué)劑驅(qū)再進(jìn)行蒸汽驅(qū)的驅(qū)油效果見圖9，最終采收率見表3，化學(xué)劑驅(qū)體系分別為3000 mg/L 高溫發(fā)泡劑AOS+1500 mg/L自制兩親聚合物+3000 mg/L石油磺酸鹽降黏劑FY-01（體系Ⅰ）、飽和碳酸銨溶液（體系Ⅱ）、3000 mg/L高溫發(fā)泡劑AOS+飽和碳酸銨溶液（體系Ⅲ）、1500 mg/L乳化降黏型兩親聚合物P（AM-MAAPS-C12AMPS）（體系Ⅳ）和3000 mg/L 石油磺酸鹽降黏劑FY-01（體系Ⅴ）。由圖9可知，除純蒸汽驅(qū)外，其它5組添加不同化學(xué)劑的驅(qū)油實(shí)驗(yàn)在驅(qū)替前期采油速率均明顯提高。其中高溫發(fā)泡劑AOS 的加入會(huì)導(dǎo)致蒸汽驅(qū)的累計(jì)采收率降低，表明加入高溫發(fā)泡劑并不能顯著提高整個(gè)體系的驅(qū)油能力；加入合成兩親聚合物P（AM-MAA-PS-C12AMPS）或石油磺酸鹽降黏劑FY-01均可顯著提高蒸汽驅(qū)的累計(jì)采收率，說明降黏劑乳化分散稠油、提高稠油流動(dòng)性對(duì)驅(qū)油所起的作用更強(qiáng)。隨著填砂管中含油飽和度的下降，在累積注入蒸汽1.2 PV 時(shí)，體系Ⅰ+蒸汽、體系Ⅱ+蒸汽、體系Ⅲ+蒸汽、體系Ⅳ+蒸汽、體系Ⅴ+蒸汽的采收率分別比純蒸汽驅(qū)的采收率高12.9%、13.1%、12.9%、27.1%、20.1%。化學(xué)劑注入后燜井4 h再進(jìn)行蒸汽驅(qū)，驅(qū)替前期增產(chǎn)效果顯著；驅(qū)替中后期增幅逐漸減小。由于擴(kuò)大波及體積和提高洗油效率作用，先注入合成兩親聚合物體系再進(jìn)行蒸汽驅(qū)的最終累計(jì)采收率最高，達(dá)77.14%。

圖8 兩親聚合物驅(qū)和ASP復(fù)合驅(qū)的采收率、含水率、壓差隨注入體積變化（45℃）

圖9 不同類型化學(xué)劑驅(qū)增效蒸汽驅(qū)的采收率隨注入量變化（250℃）

表3 不同藥劑驅(qū)增效蒸汽驅(qū)的采收率*

3 結(jié)論

（1）以丙烯酰胺（AM）、苯乙烯磺酸納（PSS）、甲基丙烯酸（MAA）、2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸鈉C12AMPS 為單體通過水溶液自由基聚合反應(yīng)合成的含剛性基團(tuán)的兩親聚合物,熱穩(wěn)定性、耐溫抗鹽性良好，具有很好的控制流度、提高波及系數(shù)的能力，能夠滿足一些高溫高鹽油藏化學(xué)驅(qū)的要求。

所合成的兩親聚合物驅(qū)的提高采收率效果明顯，與ASP復(fù)合驅(qū)的相當(dāng)。與表面活性劑熱采吞吐技術(shù)相比，合成兩親聚合物驅(qū)增效蒸汽驅(qū)的驅(qū)油效率明顯提高。該兩親聚合物具有良好的乳化和降黏性質(zhì)，可用于聚合物驅(qū)后提高采收率的接替技術(shù)，進(jìn)一步取代ASP 三元復(fù)合驅(qū)；也可用在稠油化學(xué)增效熱采中大幅度提高單井超稠油蒸汽吞吐效果。