在弱碱三元复合驱体系驱油过程中,由于碱剂对地层岩石和地层中的流体起化学反应,造成三元复合驱采出过程中成垢含量增高[1-2],矿物微粒多,碱度增大,导致采油系统中管路堵塞[3],影响管路中的各种仪表,控制系统和检测系统[4]。由于成垢问题严重,导致每年设备维护费用高成为制约三元复合驱的主要问题之一[5]。本文主要探究油田水体系内的成垢影响因素:碱度对油田水成垢的影响,时间对油田水成垢的影响,表面活性剂浓度对油田水成垢的影响,聚合物浓度对油田水成垢的影响,三元液对油田水成垢的影响。

1 实 验

1.1 主要仪器及试剂

2100DV电感耦合等离子发射光谱仪(ICP-AES),美国Perkin Elmer公司；809型自动电位滴定仪,瑞士万通公司；S20型pH计,瑞士Mettler Toledo公司。恒温水浴锅、电子分析天平、移液枪等。

碳酸钠(A)、氢氧化钠、氯化铵缓冲溶液、酚酞试剂、甲基橙试剂等,均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司。表活剂(S,石油磺酸盐表面活性剂)、聚合物(P,聚丙烯酰胺,1900万),工业品,大庆炼化公司。碱(碳酸钠)、污水,来自大庆油田某弱碱三元复合驱注入站。

所谓的“新石器时代的革命”是在公元前9000年到公元前7000年之间逐渐发生的。我们也知道与先前的理论正好相反，畜牧文化与动物的驯化比陶器的制作要早。农业——正确地说是谷物的种植，在西南亚和中美洲发展起来。而依赖块茎、根系和根茎进行植物再生产的“植物种植”，似乎发源于美洲和东南亚潮湿的热带平原。③

1.2 实验方法

根据矿场注入污水、化学剂种类及用量、地面工艺条件、储层温度压力等,考察成垢时间、碱浓度、聚合物浓度、表活剂浓度等弱碱三元成垢的影响。将配制好的模拟成垢体系置于密闭成垢器内,温度控制35℃(以循环水供热),定期采用ICPAES测定成垢体系中钙离子含量[6],以评价结垢情况。

Q陈老您好，3岁9个月男孩，今年小班，刚入园很顺利，每天都很开心。这周起情绪波动，哭着不要去幼儿园。在谈心时他说在幼儿园午睡要自己穿脱衣裤，自己穿得不好会穿反，睡的时间太短没睡够。这两天在开导他，示范穿脱衣裤的方法，安慰他，但他心理压力还是很大。请教陈老，我该从何着手让他度过这段时期呢？

2 结果与讨论

2.1 碱对污水成垢速度影响

由图1可知,1.2%碳酸钠加入污水体系,体系中Ca2+含量瞬间由43.29 mg/L降至17.35 mg/L,30 min体系中Ca2+含量降低72.00%,0～0.5 h为快速成垢期；8 h体系中Ca2+含量降低90.07%,0.5～8 h为体系结垢期,8 h之后进入结垢平衡期,该体系Ca2+成垢平衡浓度为4.33 mg/L。说明随时间的增加,油田水成垢量也增加,随着油田水中Ca2+消耗殆尽,成垢量将不发生变化,加入碱剂后,在短时间内大量生成在CaCO3,注入体系前段结垢比较严重,后端及地层结垢变缓。因此,在油田生产中可以通过增加碱液配制停留时间,减少体系成垢量。

  

图1 1.2%碳酸钠成垢体系Ca2+浓度变化特征Fig.1 Characteristics of Ca2+in the scaling system of 1.2%sodium carbonate

在油田污水中加入1.2%的碳酸钠,置于成垢器内,35℃进行恒温成垢试验,定时取样后过滤后,测定钙离子含量,考察成垢过程中钙离子含量变化,结果见图1。

2.2 碱含量对污水成垢的影响

由图4可知,在含1.2%碳酸钠污水体系中,聚合物存在可以明显延缓结垢,加入400 mg/L、1000 mg/L、1800 mg/L的聚合物时Ca2+平衡浓度分别为4.8 mg/L、5.2 mg/L、7.1 mg/L、7.5 mg/L,且结垢平衡期平衡浓度随聚合物增加而升高。在聚合物存在下12 h,成垢体系基本达到成垢平衡。主要聚合物加入体系后,体系粘度上升至40 mPa·s-1以上,以及聚合物在碳酸钙表面吸附,一定程度上延缓了Ca2+与反应生产CaCO3沉淀。

  

图2 碳酸钠含量不同成垢体系Ca2+浓度变化特征Fig.2 Characteristics of Ca2+in the scaling system of different dosage sodium carbonate

由图2可知,随着成垢体系中碳酸钠含量增加Ca2+含量先急剧降低,然后变缓,之后趋于平衡。碳酸钠含量为0.15%时,油田水中Ca2+含量从43.29 mg/L低至4.58 mg/L,成垢比例为89.42%,污水中碳酸钠含量超过0.18%,成垢体系平衡浓度为4.33 mg/L。因此,为了控制注入系统结垢情况,可以在污水体系中加入不低于0.15%碳酸钠,让污水体系中钙先沉淀出来,以避免三元体系成垢,以及后续对地面管线、注入井的堵塞,提高经济效益。

2.3 表面活性剂含量对污水成垢的影响

在污水体系中分别加入聚合物1500 mg/L、3000 mg/L、4500 mg/L,然后加入1.2%碳酸钠,置于成垢器内,35℃进行恒温成垢24 h,之后过滤、消解,测定其中钙离子含量,考察聚合物对1.2%碳酸钠污水体系成垢的影响,试验结果见图4。

  

图3 表活剂含量对成垢的影响Fig.3 Effect of content of the surfactant on scaling formation

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由图3可知,随着表面活性剂含量增加,成垢体系Ca2+平衡浓度逐渐升高,且升高速度明显减缓。表活剂的加入可以阻止一部分垢的形成,在表活剂含量0.3%(矿场表活剂浓度),体系可以减少18.18%成垢量。主要是因为石油磺酸盐带有磺酸跟亲水基团,磺酸盐的负电离子可以吸附在CaCO3表面,同时使碱和表面活性剂间表面张力降低,利于融合,延长成垢时间,表活剂可使结垢速率大大降低。因此,在油田三元复合驱体系配制过程中,相同条件下,可以先加入表活剂配制,在加入碳酸钠。

2.4 聚合物含量对污水成垢的影响

在污水体系中分别加入表活剂0.1%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%,然后加入1.2%碳酸钠,置于成垢器内,35℃进行恒温成垢24 h,之后过滤、消解,测定其中钙离子含量,考察表活剂用量对1.2%碳酸钠污水体系成垢的影响,试验结果见图3。

  

图4 聚合物含量对成垢的影响Fig.4 Effect of content of the polymer on scaling formation

在油田污水中加入不同量 Na2CO3(0%、0.005%、0.0075%、0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、0.18%、0.2%、0.4%、0.6%),置于成垢器内,35℃进行恒温成垢24 h之后过滤,测定滤液中钙离子含量,考察各不同碳酸钠成垢体系钙离子含量,时间结果见图2。

2.5 ASP三元体系对油田水成垢的影响

在油田污水中加入表活剂0.3%、聚合物1800 mg/L和1.2%Na2CO3配置成模拟成垢体系,于成垢器内,35℃进行恒温成垢试验,定时取样过滤、消解,测定其中钙离子含量,考察三元体系成垢过程钙离子变化特征,实验结果见图5。

  

图5 不同成垢体系Ca2+含量变化特征Fig.5 Characteristics of Ca2+in the scaling system of A/AP/ASP

由图5可知,ASP三元体系速度较纯碱、碱和聚合物体系成垢速度较慢,且成垢后平衡浓度较高,结合碱、聚合物、表活剂等对成垢的影响,说明聚合物、表活剂对成垢有明显的减缓作用,且减缓作用呈现叠加趋势。

由上述变量的基本描述性统计可以看出，公众满意程度的标准差相对较大，并且其变量值均大于零，结合变量的经济意义及模型求解的需要，我们对公众满意程度的变量值取对数，再进行模型估计。

3 结 论

在1.2%碳酸钠污水体系,30 min内快速成垢,8 h达到成垢平衡。随碱量的增加,污水体系钙离子含量急剧降低,0.15%碳酸钠就可以将污水中钙降低89.42%,接近成垢平衡。由于表活剂的界面特性,表活剂存在对成垢有抑制作用。聚合物加入污水体系中粘度明显上升,以及端基对垢的吸附作用,对结垢有明显减缓作用。对比碱体系、碱/聚合体系、碱/聚合物/表活剂三个成垢体系,说明弱碱三元成垢主控因素为碱(碳酸钠),表活剂和聚合物对成垢都有减缓作用。

参考文献

[1] 马淑清,刘健,高清河,等.三元复合驱结垢及化学防垢剂研究进展[J].当代化工,2016,45(8):1983-1985.

[2] 高清河,钱慧娟,侯志峰,等.三元复合驱钙镁硅钡成垢特征研究[J].油田化学,2012,29(1):94-97,115.

[3] 孔衔霄.三元复合驱频繁卡泵井垢质分析及防垢机理研究[D].大庆:东北石油大学,2017.

[4] 唐琳.强碱三元复合驱注入系统结垢行为研究[D].大庆:东北石油大学,2012.

[5] 高清河.强碱三元复合驱成垢及化学控制技术研究[D].大庆:东北石油大学,2013.

[6] 高清河,侯志峰,陈新萍.三元复合驱集油管线堵塞物组成及形成机制[J].油气田地面工程,2011,30(10):11-13.