聚合物注入过程中粘度降解损失分析

摘 要：本文根据孤东油田聚合物驱矿场注入过程聚合物溶液粘度检测分析的结果，对聚合物驱注入过程中各流程段剪切降解情况进行影响因素研究，提出了降低聚合物溶液注入过程中粘度损失的措施和办法，对今后聚合物驱提高粘度保留率具有较好的指导意义。

主题词：聚合物 粘度损失 剪切速率 剪切率 系统粘度保留率

0 引言

聚合物驱油是目前三次采油技术中日趋完善的提高采收率技术。聚丙烯酰胺是聚合物驱中应用最为广泛的聚合物，矿场使用的聚合物一般为阴离子聚丙烯酰胺，分子量一般在1500万以上。它对机械剪切比较敏感，当其溶液流动时，所受的机械剪切应力增大至足以使聚丙烯酰胺分子链断裂时，它将产生机械降解，严重影响聚合物驱的效果。矿场检测表明，聚合物溶液粘度还受混配污水水质矿化度、微生物等影响。近年来，随着聚合物驱油技术的攻关研究不断深入和聚合物驱矿场应用规模的不断扩大，现场逐渐暴露出聚合物注入过程中粘度损失大，粘度保留率较低，造成聚合物注入地层后的粘度与设计要求有一定的差距，影响注聚效果。因此，为了有效地开展工作，对聚合物溶液在注入过程中的粘度损失和粘度保留率状况进行了深入细致的调查分析。

1聚合物在注入过程中的沿程粘度损失

1.1聚合物驱注入流程工作原理

经过提升机提到聚合物干粉料仓，聚合物干粉经过散装置计量入料器计量后通过漏斗自然下落至文丘里喷嘴体的吸入口，再经过鼓风机吹送装置水粉混合头与清水混合，在溶解罐中溶解，再输送到熟化罐充分搅拌溶解，制成浓度、粘度合格的聚合物溶液，再通过喂入泵（外输泵）增压，经过注聚泵加压计量后与高压污水混合后进入注聚井。

1.2　注入过程中的沿程粘度损失检测结果

为了解注入过程对聚合物溶液的剪切降解作用，确定聚合物粘度损失的关键节点，对注入系统沿程进行了取样化验，分析粘度损失情况。

由于聚合物母液与污水后混配会对检测结果造成很大的影响，因此采取了停注污水、单注母液的方式，按照注入流程对熟化罐出口、喂入（外输）泵进出口、注聚泵进出口、管汇、井口等7个环节进行粘度损失调查。总计取样次数达到108次，可较好地反映注聚区块注入过程中粘度损失情况的现状（表1）。以熟化罐出口为基准点，即粘度保留率为100％，注入过程粘度保留率依次降低，到达井口粘度保留率只有72.3%。

从检测数据看出，在注入过程中以注聚泵进出口和井口两个节点粘度损失最大。

2注聚过程节点粘度损失分析

2.1喂入泵

2010年，对熟化罐出口到喂入泵出口的沿程粘度损失，共检测化验150泵次，平均粘度保留率保持在96.4%左右。相对而言，从熟化罐出口到喂入泵出口的注入过程中粘度损失较小（表2）。

2.2外输泵

现场实际测试表明，由于采用集中配制母液分散注入的方式，下属注入站与配制站（相距1-2km） 压力损失达0.6-0.8MPa，按输送母液干线为DN200管线，正常输送流量75m3/h计算，其管壁周围聚合物溶液剪切速率达85.1s-1，可见剪切速率相对偏大。

根据水力学公式推导，聚合物在管壁处的剪切速率（速度梯度）可用以下公式表示：

■=■（■）

式中：■管壁处剪切速率（速度梯度）

V－流速，Q/A，m/s

Q－输液流量，m3/h，

A－输液管截面积，m2

D－输液管内径，m

n－幂律指数，取值0.8

将流量及管径数据代入以上公式，计算得出：

V＝0.663m/s

■＝85.1s-1

从现场实际取样分析得出输液管从配制站到注入站粘度损失率为5.5％，粘度保留率94.5％，可见聚合物溶液输送过程中流速太高，则剪切速率大，不利于提高系统粘度保留率。根据现场取样结果，为使聚合物溶液粘度剪切率降到3％以下，须将流速降到0.5m/s以下。

2.3 注聚泵

2.3.1容积效率检测

分别对9#注聚站不同容积效率下的注聚泵进出口进行粘度损失检测，总计检测6泵次（表3），根据检测的数据做出容积效率变化曲线，注聚泵的粘度保留率与容积效率呈较好的对应关系，容积效率高，粘度保留率高，容积效率低，粘度保留率低。

2.3.2泵阀结构改进

目前注聚泵剪切率高的另一个原因是注聚泵阀内漏造成的。阀芯在上下往复运动过程中因弹簧扶正效果不好，造成泵阀在外排高压流体时阀芯与阀座接触面结合不严，使高压聚合物溶液重新返回到吸入口，导致泵容积效率降低，聚合物在泵阀内重复吸入排出，分子链受到剪切而断裂，剪切降解加大（图1）。

问题的症结找到后，经过集思广益，形成了以下改进思路：将阀芯与阀体由组合而成改为一体化的泵阀结构，上行吸液时用弹簧扶正，下行排液时阀芯下端圆柱型支撑杆卡在导槽内扶正，使阀芯在上下行运动中始终沿中心线运行，减少聚合物在泵阀内重复吸入、排出，从而降低高压聚合物返回到泵阀吸入口的量，提高注聚泵容积效率，降低聚合物剪切率（图2）。

按照上述思路，设计加工了3套泵阀在2台注聚泵上进行试验，取得了满意的效果。现场多次取样分析表明，粘度剪切率（加权值）由原来的平均9.2%下降到5.38%，下降3.82%（表4）。

经过专家鉴定，一致认为一体化泵阀对降低聚合物粘度剪切降解具有重要的实际意义，经报上级部门批准，于2009年2月底对同类型泵全部推广应用了一体化泵阀。经过连续3个月取样化验表明，平均粘度剪切率（加权值）由原来的9.2%，降低到5.6%，平均降低3.6个百分点。

2.4　管汇

注聚站内注聚泵出口至单井管汇的距离一般在几米到几十米，比较短。采用完会注母液进行试验，按照距离长短选4口单井做该注入过程的粘度损失检测（表5）。检测结果表示，从注聚泵出口到单井管汇的粘度损失率基本保持在3.0%左右，粘度降解较小。