引言

目前国内油田用于提高采收率的主要手段是化学驱，是中国油田提高石油采收率的主攻技术。化学驱包括聚合物驱、碱驱、表面活性剂驱、二元复合驱、三元复合驱，泡沫驱等。其中聚/表二元复合驱在高矿化度非均质油藏具有较好的可行性^[1]，聚/表二元复合驱具有适用范围广的特点，对高温高盐、地质条件差的油藏适应性更为突出^[2]，据调研，在对大庆油田^[3-4]、胜利油田^[5]的实验中，聚/表二元复合驱均表现出了明显的优势。王德民^[6]认为聚/表二元复合驱适于低渗透油层的三次采油，进一步发展的潜力很大。

目前对聚/表二元驱的研究重点集中在评价聚合物、表活剂的类型以及二者浓度对二元体系性能的影响，而忽略了配制聚/表二元体系用水(后文称配聚用水)的水质对其性能的影响。二元体系中聚合物驱注入水水质对聚合物溶液的黏度和驱油效果起着关键作用^[7]。本文以大港油田港西三区聚/表二元驱为研究对象，通过大量实验，逐一评价配聚用水水质主要的三项指标(矿化度、铁离子含量和细菌含量）对二元体系黏度的影响，为相似油藏的配聚用水水质优化及实验评价方法提供科学的参考。

1 港西三区储层油藏特征概况

港西三区均为断块构造油气藏，区内油气分布间互出现，形成多套油水系统，无统一的油水界面。

港西三区原始地层压力一般在9.14~12.85 MPa。油藏温度为53.2 ℃。原油密度为0.920 4 t/m³, 黏度为76.17 mPa·s，凝固点为-12.1~15.8 ℃，含蜡为9.1%，胶质+沥青质含量为14.6%，地层水为NaHCO₃型，地层水总矿化度为15 785mg/1(表 1)。

2 配聚用水水质优化评价 2.1 各项水质指标对二元体系黏度影响实验评价方法

实验所选用的聚合物是聚丙烯酰胺HTP-W-112, 属于阴离子聚合物。所选用表面活性剂是DWS-3, 属于非离子型。在矿化度对二元体系性能影响的实验中，配制聚合物和表面活性剂二元体系用水为港西三区聚二站污水，水质参数见表 2。按照港西污水水质参数表(表 2)配制实验用模拟地层水，在模拟地层水基础上配制二元体系。聚表二元体系中，聚合物浓度2 000 mg/L，表活剂浓度2 500 mg/L。

具体的实验方法及步骤如下：

(1) 在模拟地层水配制的聚表二元体系中分别添加Na⁺(NaCl)100, 500, 1 000, 2 000 mg/L，Mg²⁺(MgCl₂)、Ca²⁺(CaCl₂)50, 150, 500, 1 000 mg/L，依次评价矿化度对二元体系的黏度及其稳定性影响。将装有溶液的样品瓶放入53 ℃的烘箱里老化，然后分别测定0，3，7，21，40，60, 90 d时溶液的黏度，考察聚合物和表面活性剂二元体系黏度的变化情况。以此评价配聚用水的矿化度对二元体系性能的影响。

(2) 用含不同铁离子浓度的聚表二元体系溶液分别老化0, 3, 7, 14, 28, 40, 50 d之后测黏度。以此评价配聚用水的铁离子浓度对二元体系性能的影响。

(3) 利用《中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 0532-1993》绝迹稀释法测定各细菌的数量。本文主要评价了SRB、TGB、FB 3种细菌对二元体系性能影响，每种细菌有5个稀释度、3组并列样，每个稀释度所含细菌数量是与之相邻的后一个稀释度所含量的10倍，最后一级稀释度的细菌瓶中不含细菌，实验中取前4个稀释度的细菌进行实验。将每种稀释度的细菌均分到7个装有相同体积聚表二元体系的样品瓶中，使其混合均勻并密封，置于53 ℃ (储层温度)的烘箱中，分别测试3种细菌SRB、TGB、FB 4个不同细菌浓度时对聚表二元体系黏度及其稳定性的影响。测试细菌对聚表二元体系稳定性的影响时，选取0，3，7，21，40，60，90 d这7个点进行测试。

注：以上配好的溶液均进行除氧处理。将除氧后的溶液装入容积为100 mL的可密封的样品瓶中密封。

2.2 各项水质指标对二元体系黏度及稳定性影响分析 2.2.1 矿化度的影响分析

HPAM溶液的黏度随矿化度的变化通常称为盐敏性^[8]，高价阳离子不但会严重地降低聚合物溶液的黏度，过高时还可能会使聚合物从溶液中沉淀出来。多价阳离子可来源于油田水，也可通过离子交换作用来源于油藏矿物。因此在进行聚合物驱或复合驱的初始阶段，必须考察矿化度对聚合物性能的影响。为了全面讨论矿化度对二元体系黏度的影响，文章分别做了Na⁺、Mg²⁺和Ca²⁺浓度的影响。

配聚用水原始Na⁺浓度为1900mg/L (表 2)。图 1a为Na⁺浓度和老化时间对聚表二元体系黏度的影响，从图中可以看出，Na⁺含量增加到1 000 mg/L (实际浓度达到2 900 mg/L)之前，随着Na⁺含量的增加，二元体系的黏度逐渐下降，而当Na⁺含量增加到2 000 mg/L (实际浓度达到3 900 mg/L)时黏度上升，表明二元体系具有一定的盐增稠性能，原因是盐的加入一方面使溶剂极性增强，聚合物分子间疏水缔合作用增强，黏度增加。从图 1a还可以看出，随着老化时间的增加，开始几天黏度有一定的上升，然后黏度逐渐下降。在老化时间90 d后，Na⁺浓度增加100，500, 1 000, 2 000mg/L时，黏度保留率(与第0天相比)分别为48.9%，43.9%，39.1%，42.4%。尽管随老化时间增加二元体系黏度值下降较快，但老化后黏度的绝对值仍然比较高。因此，二元体系具有较好的老化稳定性。

配聚用水Mg²⁺原始浓度为18 mg/L(表 2)。图 1b为Mg²⁺浓度和老化时间对聚表二元体系黏度的影响，Mg²⁺含量对聚表二元体系黏度的影响非常大。在整个老化过程中，Mg²⁺含量与聚表二元体系黏度呈负相关关系。随着老化时间的增加，黏度下降，当老化时间从60~90 d，黏度变化逐渐减小并趋于稳定。当Mg²⁺含量大于500 mg/L时，溶液黏度的下降趋势加剧。

配聚用水Ca²⁺原始浓度为35 mg/L(表 2)。图 1c为Ca²⁺浓度和老化时间对聚表二元体系黏度的影响，Ca²⁺含量≤500 mg/L时，所配的聚表二元体系的初始黏度均大于100.0 mPa·s，随着老化时间的延长，黏度有一定下降; Ca²⁺含量达到1 000 mg/L时所配的聚表二元体系的初始黏度只有53.7 mPa·s，低于前3个较低浓度Ca²⁺溶液所配制的聚表二元体系的初始黏度，但溶液黏度随老化时间的变化不大。

通过以上实验数据可以看出，随着Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺浓度的增加，二元体系黏度呈下降趋势，主要原因是盐分的阳离子屏蔽了二元体系中聚合物的分子主链上阴离子的静电斥力，大分子链发生卷曲^[8]，大大削弱了聚合物分子的抗盐性能^[9]，从而黏度下降。图 1b，图 1c中看出，Mg²⁺对黏度的影响程度略强于Ca²⁺，其原因是Mg²⁺的水化离子半径比Ca²⁺的水化离子半径小^[10]，更易与聚合物分子链上的羧基作用，引起分子链卷曲，黏度下降更快。

综合以上实验，从黏度方面考虑，二元体系具有较好的老化稳定性，该类聚表二元体系适合用于Mg²⁺含量≤500 mg/L，Ca²⁺含量≤500 mg/L的油藏。

2.2.2 铁离子含量的影响分析

表 3为Fe²⁺含量对二元体系黏度的影响，可以看出，随Fe²⁺含量的增加，体系的黏度降低，特别是当Fe²⁺含量≥5 mg/L时，黏度下降非常明显，当Fe²⁺含量为20 mg/L时，体系的黏度降到了10 mPa·s以下，说明Fe²⁺含量对体系黏度影响非常大。随着老化时间的延长，黏度有一定降低，20 d后黏度变化不大，实验中也发现，二元体系溶液中加入FeSO₄后，溶液慢慢变为淡黄色。

Fe²⁺离子具有还原性，它会促进聚合物发生氧化降解反应，另外Fe²⁺存在，与R-COO-相互作用使聚合物分子卷缩，在水中舒展不开，降低了聚合物的黏度。

因此，在配制聚合物溶液之前要尽可能除去Fe²⁺，或加入其他的添加剂来减小Fe²⁺对体系性能的影响。也可以采取暴氧将二元体系中的Fe²⁺氧化为Fe³⁺后产生三价铁的沉淀，以此除掉Fe²⁺。

2.2.3 细菌含量的影响分析

不同浓度的各细菌对二元体系的影响实验结果见表 4。

由表 4中可以看出：随着老化时间的增长，含硫酸盐还原菌(SRB)的聚表二元体系溶液黏度损失率非常大，20 d后黏度损失值高达90%，之后逐渐趋于稳定，但不同数量级的该种细菌含量对聚合物黏度影响不大，即只要二元体系溶液含有SRB，随着时间增长黏度都会急剧下降。

铁细菌(FB)含量小于5个/mL时，体系的初始黏度较高(约70 mPa·s)，此后随老化时间的增长，黏度逐渐下降。当FB含量为20，200，2 000个/mL时，黏度变化的趋势基本一致，初始黏度低(小于10 mPa·s), 随老化时间的延长，黏度变化不大。

腐生菌(TGB)对二元体系黏度的影响：在初期聚表二元体系溶液的初始黏度较高，但随着老化时间的延长损失，黏度出现急剧下降，老化时间为3 d的黏度与初始黏度相比，黏度损失率高，达到了90%左右。此后溶液黏度变化不大。实验表明：腐生菌的代谢产物对体系的黏度影响很大。因此，配聚用水中腐生菌的浓度应不超过100个/mL。

总结细菌含量对体系黏度影响的实验结果来看，细菌对聚表二元体系的黏度影响非常大，是影响聚合物溶液黏度的一个重要因素。在实验中发现，随着时间的延长，虽然体系中微生物的数量呈逐渐降低趋势（21 d时，体系中微生物数量已经很少），但聚合物溶液的黏度仍会降低。

关于细菌对聚合物黏度的影响，前期也有人做了大量的实验。探讨究竟是细菌本身对聚合物造成降解，还是细菌代谢产物加速了聚合物的降解。王学佳^[11]等通过应用紫外线杀菌工艺对污水进行处理后，对比杀菌前后污水配制聚合物溶液的黏度，发现黏度差异不显著。分析认为，杀菌后的溶液中，已产生Fe²⁺等还原性物质仍存在于溶液中，对聚合物溶液仍具有较强的降解作用。因此，经过杀菌的污水配制的聚合物溶液黏度并不会大幅度提高。韩斯琴^[12]等人的研究表明，在实验条件下，采出水-PAM体系中SRB菌的数量随培养时间的延长而迅速下降。但微生物可通过代谢机制完成PAM的降解，聚合物的黏度因此仍会降低。

结合前人研究和本次实验认为，配聚用水中的细菌会对导致聚合物黏度大幅降低，代谢产物是影响聚合物黏度的重要因素。

黏度和界面张力是影响聚表二元体系性能的重要参数，由于篇幅原因，本文对界面张力受到配聚用水水质的影响没有具体叙述。

3 结论

⑴ 当Na⁺含量增加2 000 mg/L(实际浓度为3 900 mg/L)时聚表二元体系黏度上升，对二元体系具有一定的盐增稠性能。单一Mg²⁺含量≤500 mg/L或者单一Ca²⁺含量≤500 mg/L，且Mg²⁺的影响程度略强于Ca²⁺的影响，即推荐二元体系中二价离子含量应控制在≤500 mg/L的范围内。

(2) Fe²⁺含量对体系黏度影响非常大，推荐该类聚表二元体系用于Fe²⁺含量≤2 mg/L的油藏。

(3) 单一细菌对聚表二元体系性能的影响评价实验表明，SRB超过5个/mL、TGB超过100个/mL、FB超过100个/mL会使聚表二元体系溶液黏度大幅降低，细菌的代谢产物是时黏度降低的重要因素。

(4) 经实验优化后的配用水水质指标为：Ca²⁺、Mg²⁺含量分别≤500 mg/L，Fe²⁺含量≤2 mg/L，SRB、FB、TGB含量分别≤100个/mL。

(5) 用本文建议的单一因素实验评价方法可以很好优化评价用于不同油藏的不同聚表二元体系配制用水水质，改善二元体系性能。