CN109357968A - 一种油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价方法 - Google Patents

一种油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价方法。通过本发明油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性影响系数、聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数、主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性影响系数的影响图版以及主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数的影响图版，可以评价污水配聚溶液中各主要因素对聚合物溶液表观粘度稳定性的影响程度，预测不同时间内污水配聚溶液的表观粘度损失程度，进而为污水配聚溶液的配制方法以及使用时间、污水配聚溶液粘度保持所需油田污水水质控制措施提供依据。

Description

一种油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价 方法
技术领域
本发明涉及一种油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价方法，属于石油开发领域。
背景技术
聚合物驱是目前我国油田继水驱后提高原油采收率的主要技术手段之一，保持一定粘度的聚合物溶液是提高聚合物驱开发效果的先决条件。使用经过油水分离等处理的油田污水配制聚合物溶液(简称污水配聚溶液)是目前各油田使用较多的配聚方式，但是存在聚合物溶液粘度损失较大的问题。以胜利油田为例，污水配聚溶液井口粘度平均只有16-40mPa·s，相比较纯水配制，聚合物溶液井口粘度损失能达到90％以上。部分区块油田为达到开发方案所设计聚合溶液的粘度，现场采用加大聚合物干粉添加量等措施；但聚驱成本相应提高，与纯水配制的聚合物溶液相比粘度仍有较大差距。利用处理过的油田污水配制的聚合物溶液粘度的影响因素既有聚合物自身因素，也有环境因素：其中，环境因素中的矿化度、pH值、温度等影响较大。
近年来，诸多学者针对污水配聚溶液粘度损失严重问题进行了研究，主要是研究了油田污水中各种因素对聚合物表观粘度的影响，局限于定性分析不同因素对聚合物溶液表观粘度的影响规律，明确了油田污水中造成聚合物溶液表观粘度损失的宏观主要因素，但是没有量化研究不同因素对聚合物溶液表观粘度稳定性的影响程度，导致不同因素对污水配聚溶液表观粘度稳定性影响机制不明确，归根结底是没有形成一种聚合物溶液表观粘度稳定性评价方法，因而对污水配聚溶液表观粘度保持所需油田污水水质控制措施的指导意义较低。因此，石油开发领域中急需一种用油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价方法。利用本发明的方法可以评价污水配聚溶液中各主控因素对聚合物溶液表观粘度稳定性的影响程度，预测不同时间内污水配聚溶液的表观粘度损失程度，进而为污水配聚溶液的配制方法以及使用时间、污水配聚溶液粘度保持所需油田污水水质控制措施提供依据。
术语说明：
经处理的油田污水：指经过油水分离等处理的油田污水。
主要因素：指经处理的油田污水中，影响污水配聚溶液表观粘度的主要成分；其中包括Na+。
特定因素：指主要因素中去除Na+后剩余的其它主要成分。
本发明的技术方案如下：
一种油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价方法，包括步骤：
(1)确定经处理的油田污水中的主要因素；所述主要因素包括特定因素和Na+；并确定每种主要因素的测试浓度范围；
(2)油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性影响系数的计算：在每种主要因素的测试浓度范围内，将主要因素分别配制成不同浓度的水溶液，得污水溶液；利用所得污水溶液分别配制相同浓度的聚合物溶液，静置，然后测定表观粘度η1；利用去离子水配制与上述相同浓度的聚合物溶液，静置相同时间，然后测定表观粘度η2；计算表观粘度稳定性影响系数η＝η1/η2；
(3)油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数的计算：
a、在每种主要因素的测试浓度范围内，将主要因素分别配制成不同浓度的水溶液，得污水溶液；利用所得污水溶液分别配制相同浓度的聚合物溶液，静置，然后测定表观粘度；以污水溶液中每种主要因素的浓度为横坐标、对应的静置后的污水配聚溶液表观粘度为纵坐标，分别绘制主要因素浓度-聚合物溶液表观粘度变化曲线图；
b、根据步骤(a)中主要因素浓度-聚合物溶液表观粘度变化曲线图，运用插值法得到静置后相同聚合物溶液表观粘度下对应的各主要因素的浓度；
c、静置后相同聚合物溶液表观粘度下，所得Na+浓度和每种特定因素浓度之比即为以Na+影响为基准时的表观粘度稳定性权重系数；
(4)主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性影响系数的影响图版的绘制：
将步骤(2)中污水溶液的浓度归一化为0～10，以归一化后的污水溶液的浓度为横坐标、所对应的步骤(2)中静置后的聚合物溶液的表观粘度稳定性影响系数η为纵坐标，绘制散点图，即得到主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性影响系数的影响图版；
(5)主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数的影响图版的绘制：
将步骤(3)得到的权重系数归一化为0～4，以归一化的权重系数为纵坐标、所对应的步骤(3)c中静置后聚合物溶液的表观粘度为横坐标，绘制散点图，即得到主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数的影响图版。
根据本发明，步骤(1)中，确定经处理的油田污水中的主要因素按现有技术进行即可。
根据本发明，步骤(1)中，所述主要因素必定包括Na+，所述特定因素根据油田污水的来源不同而不同，其可包括K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、S2-、O2、高岭土和钠土等。
根据本发明，步骤(1)中，所述确定每种主要因素的测试浓度范围按现有技术进行即可。所述测试浓度范围包含经处理的油田污水中主要因素的最低浓度和最高浓度。
根据本发明优选的，步骤(2)中，污水溶液的浓度在每种主要因素的测试浓度范围内取值，并同时配制端点值浓度的污水溶液。
根据本发明优选的，步骤(2)中，所述聚合物溶液的浓度为2000mg/L。
根据本发明，步骤(2)、(3)中，所述静置时间均相同，所述静置时间小于等于3天。
根据本发明，步骤(2)、(3)中，所述聚合物溶液中的聚合物为聚合物驱常用聚合物，按现有技术即可，可市购获得。
根据本发明优选的，步骤(2)中，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度影响程度的评价指标如下：
当η＞1.0时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度正影响；
当η＝1.0时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度无影响；
当0.8≤η＜1.0时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度弱影响；
当0.6≤η＜0.8时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度中影响；
当0.4≤η＜0.6时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度强影响；
当η＜0.4时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度超强影响。
根据本发明优选的，步骤(3)a中，污水溶液的浓度在每种主要因素的测试浓度范围内取值，并同时配制端点值浓度的污水溶液。
根据本发明优选的，步骤(3)a中，所述聚合物溶液的浓度为2000mg/L。
根据本发明优选的，步骤(2)、(3)中，表观粘度的测定是使用旋转流变仪于室温下进行测定，剪切速率为7.34s-1。
根据本发明，步骤(3)a中，所述主要因素浓度-聚合物溶液表观粘度变化曲线图为折线图，相邻散点之间以直线相连。
根据本发明，步骤(3)b中，所述插值法是指将确定的纵坐标表观粘度的值，带入曲线图，得出所对应的横坐标即主要因素的浓度。
根据本发明，步骤(3)c中，表观粘度稳定性权重系数是以Na+影响为基准，是因为主要因素浓度相同时，钠离子对污水配聚溶液的表观粘度稳定性影响较小；此外，钠离子是油田污水中必定存在的因素。
根据本发明，步骤(4)中所述归一化方法按现有技术进行即可。
根据本发明优选的，步骤(5)中，将权重系数进行取对数处理，使权重系数归一化为0～4。
本发明表观粘度稳定性影响系数以及主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性影响系数的影响图版，可表征各主要因素对静置不同时间后的聚合物溶液粘度的影响程度；本发明聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数以及主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数的影响图版，可表征相对于钠离子而言各主要因素对静置不同时间后的聚合物溶液粘度影响程度的大小；利用静置不同时间所得表观粘度稳定性影响系数η和表观粘度稳定性权重系数可综合量化评价主要因素对聚合物溶液表观粘度稳定性的影响程度；同时利用主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性影响系数的影响图版以及主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数的影响图版，也可综合量化表征主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度的影响程度。同时使用两参数可综合表征污水各主要因素对静置不同时间聚合物溶液粘度的影响程度，以及各主要因素对聚合物溶液粘度稳定性的影响程度。
有益效果：
(1)本发明提供了一种聚合物溶液表观粘度稳定性影响系数的计算方法及主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度影响程度的评价指标，突破了先前污水配聚溶液表观粘度数值的评价局限，可对比评价相同主要因素对不同聚合物溶液表观粘度稳定性的影响程度，可分类评价不同主要因素、不同浓度、不同静置时间聚合物溶液表观粘度的变化程度，进而为量化评价长时间内聚合物溶液表观粘度变化规律提供依据。
(2)本发明提供了一种不同主要因素影响聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数的计算方法，突破了先前使用粘度数值对比定性评价不同主要因素影响聚合物溶液表观粘度稳定性的局限，可实现不同主要因素稳定性影响程度的定量对比。聚合物溶液静置不同时间计算出来的稳定性的权重系数是有差别的，即稳定性权重系数是随时间变化的，反映的实质是不同主要因素对聚合物溶液粘度损失的影响速率不同。
(3)本发明提供了一种主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性影响系数的影响图版及其绘制方法，使用该图版可以直观显示不同主要因素、不同浓度对不同静置时间的聚合物溶液表观粘度的影响程度，为已知油田污水组成预测长时间内聚合物表观粘度变化提供依据。
(4)本发明提供了一种主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数的影响图版，使用该图版可以直观对比不同主要因素对不同静置时间聚合物溶液表观粘度的影响程度大小，从而判别影响主控因素，可对其进行排序，根据影响程度大小以及治理成本高低，确定优先治理的主控因素，以及其治理的限度(聚合物溶液表观粘度保持与治理经济成本之间的结合点)，为确定油田污水治理对象及限度提供依据。
(5)本发明提供的一种油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价方法，兼具“原理简明、方法易行、结果定量”的优点，为专业人士尤其为非专业人员判别不同主要因素对聚合物溶液表观粘度稳定性的影响提供便利。
附图说明
图1为本发明实施例中的钠离子和钾离子浓度-静置后聚合物溶液表观粘度变化曲线图；
图2为本发明实施例中的钙离子和镁离子浓度-静置后聚合物溶液表观粘度变化曲线图；
图3为本发明实施例中的二价铁离子浓度-静置后聚合物溶液表观粘度变化曲线图；
图4为本发明实施例中的三价铁离子浓度-静置后聚合物溶液表观粘度变化曲线图；
图5为本发明实施例中的二价硫离子浓度-静置后聚合物溶液表观粘度变化曲线图；
图6为本发明实施例中的溶解氧浓度-静置后聚合物溶液表观粘度变化曲线图；
图7为本发明实施例中的高岭土浓度-静置后聚合物溶液表观粘度变化曲线图；
图8为本发明实施例中的钠土浓度-静置后聚合物溶液表观粘度变化曲线图；
图9为本发明实施例中的主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性影响系数的影响图版；
图10为本发明实施例中的主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数的影响图版。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例中所用原料均为常规原料，可市购获得；所述方法，如无特殊说明均为常规方法，现有技术。
以下实施例中使用的聚合物为部分水解聚丙烯酰胺，相对分子质量1800万，水解度18～20％，固含量94％，山东宝莫生物化工股份有限公司有售。
实施例中，表观粘度的测定是利用旋转流变仪，于室温下，剪切速率为7.34s-1条件下测定的。
实施例
一种油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价方法，包括步骤：
(1)利用现有技术对胜利油田不同油藏采出液进行水质全分析，得到经处理的油田污水中的主要因素包括Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、S2-、O2、高岭土、钠土；确定每种主要因素的测试浓度范围，根据油田和业内常用方法或技术确定油田污水中各主要因素的浓度，而后以各主要因素各自的最高浓度(简化为整数值)作为测试浓度范围的最高浓度，确保测试浓度范围囊括实际油田污水中主要因素的浓度。每种主要因素的测试浓度范围如表1所示。
表1不同主要因素测试浓度范围
(2)油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性影响系数的计算：在每种主要因素的测试浓度范围内，将主要因素分别配制成不同浓度的水溶液，得污水溶液；利用所得污水溶液分别配制浓度为2000mg/L的聚合物溶液，静置3天，然后测定表观粘度η1；利用去离子水配制浓度为2000mg/L的聚合物溶液，测定表观粘度为215mPa·s，静置3天后测定表观粘度η2为204.3mPa·s；计算表观粘度稳定性影响系数η＝η1/η2；
主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度影响程度的评价指标如下：
当η＞1.0时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度正影响；
当η＝1.0时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度无影响；
当0.8≤η＜1.0时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度弱影响；
当0.6≤η＜0.8时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度中影响；
当0.4≤η＜0.6时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度强影响；
当η＜0.4时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性超强影响。
测试结果如表2-6所示。
表2 Na+和K+的影响程度
注:浓度0mg/L时η为0.95是指使用去离子水配制2000mg/L聚合物溶液静置3天后的表观粘度与静置前表观粘度的比值。
表3 Ca2+和Mg2+的影响程度
注:浓度0mg/L时η为0.95是指使用去离子水配制2000mg/L聚合物溶液静置3天后的表观粘度与静置前表观粘度的比值。
表4 Fe2+、Fe3+和S2-的影响程度
注:浓度0mg/L时η为0.95是指使用去离子水配制2000mg/L聚合物溶液静置3天后的表观粘度与静置前表观粘度的比值。
表5 O2的影响程度
注:浓度0mg/L时η为0.95是指使用去离子水配制2000mg/L聚合物溶液静置3天后的表观粘度与静置前表观粘度的比值。
表6高岭土和钠土的影响程度
注:浓度0mg/L时η为0.95是指使用去离子水配制2000mg/L聚合物溶液静置3天后的表观粘度与静置前表观粘度的比值。
(3)油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数的计算：
a、在每种主要因素的测试浓度范围内，将每种主要因素分别配制成不同浓度的水溶液，得污水溶液；利用所得污水溶液分别配制2000mg/L的聚合物溶液，静置3天，然后测定表观粘度；以污水溶液中每种主要因素的浓度为横坐标、对应的静置后的聚合物溶液表观粘度为纵坐标，分别绘制主要因素浓度-聚合物溶液表观粘度变化曲线图，所述曲线图为折线图，相邻散点之间以直线相连，如图1至图8所示；
b、根据步骤(a)中每种主要因素浓度-静置后聚合物溶液表观粘度变化曲线图，运用插值法分别得到聚合物溶液表观粘度分别为20、40、60、80、100、120、140、160、180、200mPa.s时对应的各主要因素的浓度，结果如表7所示。
表7静置后相同聚合物溶液表观粘度下对应的不同主要因素的浓度
c、静置后相同聚合物溶液表观粘度下，所得Na+浓度和每种特定因素浓度之比即为以Na+影响为基准时的表观粘度稳定性权重系数；聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数如下表所示。
表8不同主要因素下聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数
说明：实验结果表明，相同浓度的K+和Na+对聚合物表观粘度的影响程度相近，权重系数差值小于0.007，因此本发明中认为二者权重系数同为1。
(4)主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性影响系数的影响图版的绘制：
将步骤(2)中污水溶液的浓度分别归一化为0～10，归一化结果如表9至表14所示。
表9 Na+和K+浓度的归一化处理
表10 Ca2+和Mg2+浓度的归一化处理
表11 Fe2+和Fe3+浓度的归一化处理
表12 O2浓度的归一化处理
表13 S2-浓度的归一化处理
表14高岭土和钠土浓度的归一化处理
以归一化后的污水溶液的浓度0～10为横坐标、所对应步骤(2)中静置后的聚合物溶液表观粘度稳定性影响系数η为纵坐标，绘制散点图，即得到主要因素对聚合物溶液表观粘度稳定性的影响图版，如图9所示；
使用该图版可以直观显示不同主要因素不同浓度对静置3天后聚合物溶液表观粘度的影响程度，为已知油田污水组成预测不同静置时间聚合物表观粘度变化规律提供依据；
(5)主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数的影响图版的绘制：
将步骤(3)得到的权重系数进行对数处理，即lg(权重系数)，归一化为0～4，归一化结果如表15所示。
表15不同主要因素对应相同聚合物溶液表观粘度时的权重系数归一化结果
以归一化的权重系数为纵坐标、所对应的步骤(3)c中静置后的聚合物溶液表观粘度为横坐标，绘制散点图，即得到主要因素对聚合物溶液表观粘度稳定性的权重系数影响的图版，如图10所示。
使用该图版可以直观对比静置3天后不同因素对聚合物溶液表观粘度的影响程度大小，判别影响主控因素，为确定油田污水治理对象及限度提供依据。
同时，利用上述方法，变化静置时间(如静置半天、1天、2天等)，通过得到的表观粘度稳定性影响系数以及表观粘度稳定性权重系数量化评价不同主要因素对聚合物溶液表观粘度稳定性的影响程度。

Claims (8)

1.一种油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价方法，包括步骤：
(1)确定经处理的油田污水中的主要因素；所述主要因素包括特定因素和Na+；并确定每种主要因素的测试浓度范围；
(2)油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性影响系数的计算：在每种主要因素的测试浓度范围内，将主要因素分别配制成不同浓度的水溶液，得污水溶液；利用所得污水溶液分别配制相同浓度的聚合物溶液，静置，然后测定表观粘度η1；利用去离子水配制与上述相同浓度的聚合物溶液，静置相同时间，然后测定表观粘度η2；计算表观粘度稳定性影响系数η＝η1/η2；
(3)油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数的计算：
a、在每种主要因素的测试浓度范围内，将主要因素分别配制成不同浓度的水溶液，得污水溶液；利用所得污水溶液分别配制相同浓度的聚合物溶液，静置，然后测定表观粘度；以污水溶液中每种主要因素的浓度为横坐标、对应的静置后的污水配聚溶液表观粘度为纵坐标，分别绘制主要因素浓度-聚合物溶液表观粘度变化曲线图；
b、根据步骤(a)中主要因素浓度-聚合物溶液表观粘度变化曲线图，运用插值法得到静置后相同聚合物溶液表观粘度下对应的各主要因素的浓度；
c、静置后相同聚合物溶液表观粘度下，所得Na+浓度和每种特定因素浓度之比即为以Na+影响为基准时的表观粘度稳定性权重系数；
(4)主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性影响系数的影响图版的绘制：
将步骤(2)中污水溶液的浓度归一化为0～10，以归一化后的污水溶液的浓度为横坐标、所对应的步骤(2)中静置后的聚合物溶液的表观粘度稳定性影响系数η为纵坐标，绘制散点图，即得到主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性影响系数的影响图版；
(5)主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数的影响图版的绘制：
将步骤(3)得到的权重系数归一化为0～4，以归一化的权重系数为纵坐标、所对应的步骤(3)c中静置后聚合物溶液的表观粘度为横坐标，绘制散点图，即得到主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性权重系数的影响图版。
2.根据权利要求1所述的油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价方法，其特征在于，步骤(2)中，污水溶液的浓度在每种主要因素的测试浓度范围内取值，并同时配制端点值浓度的污水溶液。
3.根据权利要求1所述的油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价方法，其特征在于，步骤(2)中，所述聚合物溶液的浓度为2000mg/L。
4.根据权利要求1所述的油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价方法，其特征在于，步骤(2)中，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度影响程度的评价指标如下：
当η＞1.0时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度正影响；
当η＝1.0时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度无影响；
当0.8≤η＜1.0时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度弱影响；
当0.6≤η＜0.8时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度中影响；
当0.4≤η＜0.6时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度强影响；
当η＜0.4时，主要因素对静置后聚合物溶液表观粘度稳定性超强影响。
5.根据权利要求1所述的油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价方法，其特征在于，步骤(3)a中，污水溶液的浓度在每种主要因素的测试浓度范围内取值，并同时配制端点值浓度的污水溶液。
6.根据权利要求1所述的油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价方法，其特征在于，步骤(3)a中，所述聚合物溶液的浓度为2000mg/L。
7.根据权利要求1所述的油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价方法，其特征在于，步骤(2)、(3)中，表观粘度的测定是使用旋转流变仪于室温下进行测定，剪切速率为7.34s-1。
8.根据权利要求1所述的油田污水配制的聚合物溶液表观粘度稳定性量化评价方法，其特征在于，步骤(5)中，将权重系数进行取对数处理，使权重系数归一化为0～4。
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