羅 躍,趙素娟,劉清云 (長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北荊州434023)

楊治東,粱愛國 (新疆油田分公司采油一廠,新疆克拉瑪依834000)

李 思 (江漢石油管理局鉆井公司,湖北潛江4331 21)

利用油田采出水配制聚合物,不僅節(jié)約了淡水資源,而且減少了污水外排對(duì)環(huán)境的污染,在大多數(shù)油田已廣泛應(yīng)用。盧祥國等[1]通過利用大慶油田采出水配聚并進(jìn)行了驅(qū)油試驗(yàn),結(jié)果表明采出水直接回注或用于配制聚合物驅(qū)油溶液都是可行的;于洪江等[2]認(rèn)為通過加入助劑對(duì)污水進(jìn)行改性可以改善污水與聚合物的兼容性和提高保粘率;蘇延昌等[3]研究大慶喇嘛甸油田污水配制聚合物時(shí)發(fā)現(xiàn)污水聚合物體系與油層配伍性好,在油層中有更高的工作粘度,且吸水剖面在注入污水聚合物體系過程中得到較好的調(diào)整,污水配制聚合物在室內(nèi)和礦場(chǎng)完全可行;趙勁毅、馬一玫[4-5]認(rèn)為通過適當(dāng)增加聚合物濃度或提高聚合物相對(duì)分子質(zhì)量和用電滲析方法處理高礦化度污水,均可以改善污水聚合物驅(qū)的增油效果。

筆者對(duì)新疆克拉瑪依紅山嘴油田紅18井區(qū)采出水進(jìn)行了調(diào)研分析,發(fā)現(xiàn)采出水鈣鎂離子含量越來越高,甚至達(dá)到2000mg/L以上,凝膠成膠困難,膠體穩(wěn)定性差,甚至不成膠,嚴(yán)重影響井組整體調(diào)驅(qū)的效果。區(qū)塊地質(zhì)條件要求調(diào)驅(qū)劑濃度低、易注入、穩(wěn)定性好,高礦化度條件下聚合物粘度損失嚴(yán)重。由于紅18井區(qū)水源緊缺,那么如何經(jīng)濟(jì)有效地處理注入水,改善水質(zhì)穩(wěn)定性、防止結(jié)垢堵塞并解決Ca2+等高價(jià)離子對(duì)聚合物成膠的影響以增進(jìn)注水效率,已是必須解決的重要課題。因此,根據(jù)紅山嘴油田改善注水效果、三次采油的需要,筆者研究礦化度、鈣離子、pH值對(duì)聚丙烯酰胺 (HPAM)成膠性能影響,提出解決注采問題的強(qiáng)效措施。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)儀器與藥品

1)儀器 美國黎曼公司SpceⅠ-ICP-AES;Brookfield粘度計(jì) (美國)。

2)藥品 部分水解聚丙烯酰胺:分子量分別為1600、2000、2400萬,水解度20%,工業(yè)品;有機(jī)鉻交聯(lián)劑:JJ-2,實(shí)驗(yàn)室自制;HCl溶液、NaOH溶液;氯化鈉、氯化鈣、氫氧化鈉、鹽酸均為分析純。

1.2 油田采出水化學(xué)分析和儀器分析

選用標(biāo)準(zhǔn)SY/T5523-2006規(guī)定的相應(yīng)方法對(duì)采出水進(jìn)行化學(xué)成分分析,其中陽離子主要采用SY-T6404-1999沉積巖中金屬元素的電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜進(jìn)行分析,分析結(jié)果見表1、2。

表1 紅山嘴紅18井區(qū)注入水化學(xué)分析結(jié)果

從表1可以看出,儀器分析結(jié)果與化學(xué)分析基本吻合,由于取樣方式和分析時(shí)間的差異,有些許誤差,對(duì)Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、K+等離子含量進(jìn)行化學(xué)與電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜雙重分析,有助于確定水樣的成垢離子含量及水型特點(diǎn)。從表2可看出,注入水Ca2+、Mg2+離子含量高,水樣 2鈣離子含量達(dá)2421.0mg/L,紅18井區(qū)水體中富含K+,其含量在200mg/L以上。鈣鎂離子高不僅使得水質(zhì)不穩(wěn)定、易結(jié)垢,也是影響聚丙烯酰胺的性能的關(guān)鍵因素。

1.3 試驗(yàn)過程

表2 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析結(jié)果

參照SYT6576-2003標(biāo)準(zhǔn),用不同礦化度、不同鈣離子濃度、不同pH值的水配制2‰HPAM聚合物母液,加0.5%鉻交聯(lián)劑,在溫度 60℃的水浴中恒溫24h,考察單個(gè)因素對(duì)HPAM成膠性能的影響。為了考察污水水質(zhì)對(duì)HPAM成膠性能的影響,利用4因素3水平正交試驗(yàn) (見表 3)綜合考慮HPAM分子量、礦化度、鈣離子濃度、pH值對(duì)HPAM成膠時(shí)間的影響,根據(jù)正交試驗(yàn)分別配制200ml 9種HPAM溶液。測(cè)定9種HPAM溶液空白粘度,然后分別加1ml鉻交聯(lián)劑于HPAM溶液,攪拌均勻,逢蓋好,放入60℃恒溫箱中,然后每隔2、4、6、12、24、36、48h測(cè)定其表觀粘度,記下數(shù)據(jù)。

表3 4因素3水平正交試驗(yàn)表

2 結(jié)果與討論

2.1 單個(gè)因素對(duì)HPAM成膠粘度的影響

分別考察不同礦化度、不同pH值、不同鈣離子濃度對(duì)聚合物粘度的影響,如圖1～3所示。從圖1～3可以看出隨著礦化度的增加,聚合物黏度在不斷下降,隨著pH值的增加,聚合物粘度在不斷緩慢上升,油田水質(zhì)pH值大多在6～7.5之間,因此水體pH值對(duì)聚合物粘度影響不大。隨著鈣離子濃度的增加,聚合物粘度在不斷下降,鈣離子濃度對(duì)聚合物粘度影響較大。

2.2 多個(gè)因素對(duì)HPAM成膠性能的影響

4因素 (分子量 A、礦化度B、鈣離子濃度C、pH值D)對(duì)聚合物凝膠的綜合影響的正交試驗(yàn)結(jié)果如表4,從極差分析上可看出HPAM分子量、礦化度、鈣離子濃度、pH值對(duì) HPAM成膠時(shí)間均有影響,其影響大小順序?yàn)?鈣離子濃度＞分子量＞礦化度＞pH值;鈣離子濃度對(duì)聚合物的成膠性能影響最大,同一礦化度下,鈣離子濃度可降低成膠時(shí)間,使粘度短時(shí)間內(nèi)增加,但鈣離子濃度越大,成膠極不穩(wěn)定,粘度迅速下降。因此注入水中的鈣離子濃度應(yīng)在200mg/L以下,聚丙烯酰胺分子量越大,越易成膠,粘度越大;pH值對(duì)其粘度影響不大。

圖1 礦化度對(duì)聚合物粘度的影響

圖2 pH值對(duì)聚合物粘度的影響

圖3 鈣離子對(duì)聚合物粘度的影響

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié) 語

水質(zhì)中的礦化度、鈣離子濃度、水體pH值對(duì)其成膠性能都有影響,隨著礦化度的增加,HPAM的粘度越來越小,甚至不成膠;隨污水pH值的增大,HPAM凝膠的強(qiáng)度先變強(qiáng)后略微下降,由于在紅18采出水的pH值范圍為7～7.5內(nèi),變化小,對(duì)成膠沒有什么影響;鈣離子濃度對(duì)凝膠體系的影響最大,鈣離子濃度越大,成膠極不穩(wěn)定,鈣離子會(huì)使凝膠早期粘度增高,成膠不均勻,這是因?yàn)榫酆衔镏恤然x子的電斥力受到抑制,分子線團(tuán)卷曲,表觀尺寸減小,從而使HPAM分子發(fā)生去水化作用,分子鏈?zhǔn)湛s,導(dǎo)致HPAM溶液粘度大大降低,甚至從溶液中沉淀出來[6]。

針對(duì)油田污水配制聚合物溶液存在溶液粘度損失嚴(yán)重及穩(wěn)定性差的問題,而且據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,紅18井區(qū)注入水高含Ca2+、Mg2+、SO2-4等成垢離子,因水型不配伍和自身的化學(xué)熱力學(xué)不穩(wěn)定性而在注水系統(tǒng)管線及井筒全程結(jié)垢,腐蝕產(chǎn)物的沉積往往會(huì)使結(jié)垢更加嚴(yán)重,所以對(duì)采出水進(jìn)行必要的水處理,不僅可改善注水效果,而且水質(zhì)更適合用于配制聚合物。

[1]盧祥國,高振環(huán),閆文化,等.大慶油田聚合物驅(qū)采出水配制的聚合物溶液驅(qū)油效果研究[J].油田化學(xué),1996,13(4):361-363.

[2]于洪江,劉祥,史俊,等.污水配制聚合物驅(qū)油體系可行性研究 [J].西安石油學(xué)院學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版),2000,15(1):27-29.

[3]蘇延昌,高峰,舒方春,等.污水配制聚合物研究 [J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2003,22(6):44-48.

[4]趙勁毅.污水聚合物驅(qū)油效果評(píng)價(jià)及機(jī)理分析 [J].油氣田地面工程,2006,25(8):17-18.

[5]馬一玫.聚驅(qū)高礦化度采出污水配制聚合物溶液方法研究 [J].科學(xué)技術(shù)與工程,2010,10(23):5637-5643.

[6]Fernandez I J.Evaluation of Cationic Water-Soluble Polymer With Improved T hermal Stability[J].SPE 93 003,2005.