以三元共聚物为基础的聚丙烯酰胺聚合物压裂液在高温高矿化度地层中的挑战

刘璇唐善法周天元任伟民张小丽

（1、长江大学石油工程学院，湖北 武汉 430000）

（2、中石油大港油田第三采油厂，天津 300000）

以三元共聚物为基础的聚丙烯酰胺聚合物压裂液在高温高矿化度地层中的挑战

刘璇1唐善法1周天元1任伟民2张小丽2

（1、长江大学石油工程学院，湖北 武汉 430000）

（2、中石油大港油田第三采油厂，天津 300000）

聚合物压裂液在高温高盐条件下的稳定性和吸附作用是制约聚合物运用的主要问题。为解决这两个问题，进而扩大聚合物压裂液的运用前景，本文通过考察和研究各种聚合物配方发现，在聚合物溶液中加入二价离子能够很好的改善聚合物在高温高盐条件下的稳定性和吸附作用。

1 介绍

高温高矿化度条件下，聚合物溶液受热稳定性制约产生化学降解，进而导致聚合物溶液粘度降低。然而通过在溶液中加入阴离子单体AMPS或N-乙烯吡咯烷酮(n-VP)可以有效降低聚合物的热水解作用。因此本文以AMPS、N-乙烯吡咯烷酮(n-VP)复配，测试复配溶液稳定性，来研究新型聚合物溶液的抗温抗盐性能。并在模拟碳酸岩中，研究CO2和静态吸附对聚合物粘度的影响。

2 实验部分

2.1 聚合物配制

本文所用聚合物呈粉末由SNF工厂提供。聚合物溶液均在手套式操作箱内完成。实验条件：25°C和5.68 s-1。聚合物配制过程中通过氮气净化和磁性搅拌棒使氧气浓度低于5 ppb。配置完成的聚合物溶液保存在金属无氧炉中。

2.2 聚合物稳定性测试

试验温度限定在25°C、剪切速率为0.01s-1到1000 s-1条件下，使用安东帕模块筒流变仪时刻测试聚合物溶液粘度。

2.3 聚合物的静态吸附试验

为了研究聚合物静态吸附，实验室制作渗透率为5-10 mD的碳酸岩岩心材料。称取3g压碎的岩心材料和6g的聚合物溶液放入玻璃管并在无氧炉中，使聚合物与岩心材料充分混合。同样称取6g的聚合物溶液作如上操作，但不加岩心材料。所有样品放置三天，然后在6 s-1使用流变仪测试聚合物溶液粘度。

3 结果与讨论

3.1 聚合物流变性

分别在四种不同的盐水中测定不同浓度聚合物粘度。实验发现：含有n-VP单体的聚合物分析量低于水解聚丙烯酰胺，其中HPAM分子量约为2000万Da，n-VP3聚合物为6-8 MDa，n-VP4聚合物为3-5 MDa。同时HPAM对矿化度和硬度有影响。因此相对于低矿化度AGS盐水，在200 g∕l NaCl的盐水中，因为二价离子有效浓度的影响，聚合物粘度更高。

为了确定过渡区，在一个NaCl宽浓度范围内，测试1000 ppm n-VP 3,n-VP 4和HPAM溶液的粘度。n-VP的转折点出现0.01 g∕to 1 g∕l of NaCl间。HPAM粘度逐渐降低并在海水矿化度下达到最低值。因此，在油田应用范围内，HPAM显示更好的增粘能力，同时要比n-VP对矿化度更敏感，这是因为水解作用下，电荷密度更大，HPAM链并不是球状的。矿化度增加，HPAM增粘能力降低，进而失效。

3.2 温度对聚合物粘度的影响

实验室中由水粘度标定聚丙烯酰胺浓度。例如，温度由标准状况下的温度升至50°C，水粘度降低，聚合物溶液粘度同样降低。同样温度降低，聚合物溶液粘度便增加。在200 g∕l NaCl溶液中的n-VP 4的试验中也可以看到同样的走势。

3.3 120°C时聚合物的稳定性

实验室测试20种不同聚合物在120°C时的稳定性，由溶液粘度反应聚合物稳定性，且25°C和5.68 s-1的实验条件下；试验聚合物初始粘度均为20cP。在200 g∕l NaCl盐水中，聚合物溶液初始粘度有所增加，增势比在AGS盐水较小。在不含AGS的盐水中，纯水解聚丙烯酰胺和包含AMPS的聚合物都很稳定。但是，在包含二价离子AGS的盐水中，在14到30天中，聚合物会降解。

3.4 聚合物吸附

在120℃无氧环境下，聚合物溶液在原始碳酸岩孔隙中保存三天，同时加入n-VP单体研究聚合物吸附。研究发现：在35-50%n-VP下，聚合物吸附值较低。三元共聚物有利于聚合物压裂液在碳酸岩地层中的应用。因为其低分子量可以平衡更高浓度的需要。

4 结语

（1）相对于标准水解聚丙烯酰胺，包含AMPS单体的聚合物粘度受矿化度和硬度影响较小。

（2）在矿化度低于1 g∕l NaCl，包含AMPS和n-VP单体的三元共聚物粘度显著增加。

（3）包含AMPS和n-VP单体的三元共聚物粘度符合水的粘度-温度关系。

（4）当不存在二价离子时，聚丙烯酰胺可以在120℃下稳定很长时间。当存在二价离子时，只加入AMPS单体并不能提高聚丙烯酰胺的耐温性，加入35-50%n-VP可以提高聚丙烯酰胺的稳定性。

（5）高浓度n-VP和高pH下，三元聚合物吸附值更低。

[1]安会勇，宋春雷)B+_B+WY_f+[聚两性电解质的合成"表征与溶液性能[k])应用化工.

[2]苏雪霞，王旭，周亚贤，等)国内提高采收率用交联聚合物驱油体系研究进展[k])精细石油化工进展.

[3]夏燕敏，陈安猛，宋晓芳)三次采油用耐温抗盐聚合物的研究进展[k])广东化工.

刘璇（1989-），女，就读于长江大学石油工程学院，研究方向：油气田开发工程。