1大慶油田工程有限公司 2天津大學(xué) 3大慶油田采油一廠

高分子聚合物相對分子質(zhì)量控制裝置的設(shè)計與應(yīng)用

董燕1張呂鴻2王梓棟1王秋艷3

1大慶油田工程有限公司 2天津大學(xué) 3大慶油田采油一廠

在聚合物分層注入技術(shù)取得顯著效果的同時，驅(qū)油過程中聚合物相對分子質(zhì)量匹配問題也日益尖銳?；诰酆衔餀C械降解原理，設(shè)計了一種新型多孔材料聚合物相對分子質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置，可以實現(xiàn)井間聚合物溶液分質(zhì)注入的目的，在實現(xiàn)相對分子質(zhì)量有目的性調(diào)控前提下，流體流經(jīng)該裝置時受到的剪切力是均勻的，得到的相對分子質(zhì)量也是相同的，解決了注入聚合物相對分子質(zhì)量均勻匹配的問題。

聚合物驅(qū)；多孔介質(zhì)；相對分子質(zhì)量控制裝置；分質(zhì)注入

隨著聚合物驅(qū)開發(fā)對象從主力油層轉(zhuǎn)向二類油層，注入井及其注入過程中需要注入不同相對分子質(zhì)量的聚合物，驅(qū)油過程中對聚合物相對分子質(zhì)量匹配要求越來越迫切。如何實現(xiàn)油藏高滲透層注入高相對分子質(zhì)量聚合物溶液，油藏低滲透層注入低相對分子質(zhì)量聚合物溶液，是分層分段注聚技術(shù)發(fā)展的主要趨勢[1-2]。

1剪切機理及相對分子質(zhì)量控制裝置設(shè)計

1.1 設(shè)計原理

聚合物在化學(xué)降解或者微生物降解的過程中不容易控制，且降解產(chǎn)物不穩(wěn)定，因此該相對分子質(zhì)量控制裝置是基于聚合物機械降解機理設(shè)計的[3]。聚丙烯酰胺是一種非牛頓流體，兼具黏性和彈性的特點，其高分子鏈具有柔性鏈的結(jié)構(gòu)特性。當(dāng)聚合物溶液流動時，因流動速度的急劇變化，體系中聚合物分子會沿流動方向被拉長。當(dāng)聚合物分子被拉伸到一定程度，超過聚合物分子鏈的承受強度時，作用在聚合物分子鏈上的力能夠?qū)е路肿渔湻纸狻嗔?，使分子形態(tài)和尺寸發(fā)生變化，從而造成聚驅(qū)相對分子質(zhì)量的減小，黏度降低，發(fā)生機械降解；當(dāng)聚合物流經(jīng)多孔介質(zhì)的時候，受到均勻的剪切力從而使得高相對分子質(zhì)量的聚合物發(fā)生不同程度的降解，得到相對低的相對分子質(zhì)量以滿足分質(zhì)注入的目的。該相對分子質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置可以實現(xiàn)相對分子質(zhì)量調(diào)節(jié)范圍在20%～50%的要求。

1.2 裝置結(jié)構(gòu)

圖1是聚合物相對分子質(zhì)量控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。通過閥桿將裝置的不同部件和基座相連接，該設(shè)備主要的結(jié)構(gòu)是剪切聚合物流體的多孔介質(zhì)調(diào)節(jié)元件和調(diào)節(jié)流體流過介質(zhì)面積的閥瓣?？v剖面圓形的閥瓣是兩半結(jié)構(gòu)，兩半閥瓣合在一起后通過螺栓固定，且兩半閥瓣之間固定有多孔介質(zhì)調(diào)節(jié)元件，因此通過調(diào)節(jié)閥瓣的關(guān)閉可以實現(xiàn)剪切調(diào)控，操作簡單方便，且易安裝拆卸。

圖1 新型高分子聚合物相對分子質(zhì)量控制裝置結(jié)構(gòu)

影響剪切效果的關(guān)鍵部分是調(diào)節(jié)元件，本實驗使用的是不同孔徑多孔金屬材料。根據(jù)相對分子質(zhì)量大小及降解要求，調(diào)節(jié)多孔金屬元件的體積空隙分率、孔徑及高分子聚合物溶液的流量，從而改變聚合物溶液流經(jīng)調(diào)節(jié)裝置的剪切速率，實現(xiàn)相對分子質(zhì)量的改變。

該聚合物相對分子質(zhì)量控制裝置可以固定在聚合物注入站的注入泵出口處，配置適宜的多孔介質(zhì)調(diào)節(jié)元件的孔徑和長度，可使來自配制站的各種相對分子質(zhì)量的聚合物溶液經(jīng)過個性化調(diào)節(jié)裝置后，聚合物溶液的相對分子質(zhì)量及黏度趨于一致，并得到所需相對分子質(zhì)量和黏度的聚合物溶液，實現(xiàn)1座注入站可同時注入多種相對分子質(zhì)量的聚合物。

2實驗結(jié)果與分析

2.1 室內(nèi)實驗測試結(jié)果與分析

大量的測試實驗表明，聚丙烯酰胺溶液的相對分子質(zhì)量、濃度、多孔介質(zhì)的孔徑以及流量對剪切效果有顯著影響。因為這些因素能夠影響?zhàn)椥粤黧w在多孔介質(zhì)中流動的剪切速率大小。根據(jù)Littmanm的剪切力以及相關(guān)公式可知，影響剪切力大小主要有孔徑、流量和孔隙度，實驗中用的孔隙率是95%。

實驗主要研究了聚合物相對分子質(zhì)量和孔徑對聚合物剪切效果的影響，如圖2和圖3所示。

圖2 相對分子質(zhì)量對HPAM溶液黏度損失率的影響

圖3 孔徑對HPAM溶液黏度損失率影響

通過試驗測試可知，相對分子質(zhì)量越大，流速越大，相對分子質(zhì)量損失越大；孔徑越小，剪切效果越明顯，黏度損失越大。實驗表明，多孔介質(zhì)可以滿足聚合物相對分子質(zhì)量的降低要求，根據(jù)實際油田環(huán)境不同的巖層結(jié)構(gòu)可以選用不同的參數(shù)。

2.2 現(xiàn)場應(yīng)用測試結(jié)果與分析

將該相對分子質(zhì)量控制裝置在大慶油田ZD22—5E47和ZD22—E53兩處不同地層結(jié)構(gòu)的井田進行測試。通過0.3～0.8 m3/h之間不同的流速測試，以及不同大小相對分子質(zhì)量的聚合物溶液作為初始進口流體，在油田基地做了相關(guān)測試，結(jié)果見圖4。

圖4 在ZD22—5E47井田相對分子質(zhì)量隨流量的變化關(guān)系

從現(xiàn)場測的數(shù)據(jù)可以得出：流速越大，相對分子質(zhì)量降低的程度越大，表明聚合物被機械降解的程度越大，同時進入設(shè)備的聚合物流體初始相對分子質(zhì)量越大，經(jīng)過該設(shè)備后相對分子質(zhì)量的損失程度越大。而且，在不同的兩個井田之間，相同條件下的相對分子質(zhì)量損失基本相同，這說明該相對分子質(zhì)量控制裝置受不同地質(zhì)的影響非常小。整個過程設(shè)備兩端的壓降相對很低，最大的壓差在0.37 MPa，符合設(shè)備的工作要求。

3實驗結(jié)果

（1）通過改變多孔介質(zhì)的孔徑和開孔率、元件的長度以及流速等變量，可以實現(xiàn)聚合物溶液不同程度的降解，獲得所需要的相對分子質(zhì)量大小。

（2）基于機械剪切原理研制的新型相對分子質(zhì)量控制裝置，可以將相對分子質(zhì)量降低20%～50%，最大壓降0.37 MPa，能夠滿足油田對于聚合物相對分子質(zhì)量的要求。

（3）新型相對分子質(zhì)量控制裝置一次性投入比較低，且具有可拆卸、安裝及操作方便的特點。

[1]段宏，梁福民，劉興君，等．三元復(fù)合驅(qū)偏心分注技術(shù)[J]．石油鉆采工藝，2006，28（2）：62-65.

[2]單晶，馬宏偉，袁云，等．聚合物驅(qū)井下單管多層分注工藝[J]．石油鉆采工藝，2005，27（3）：36-37.

[3]王梓棟，董燕，邢均．聚合物分子量調(diào)節(jié)裝置：ZL2012 2

0625323.6 [P]．2013-04-17.

（欄目主持 李艷秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.8.005

2015-02-03