酸洗作業(yè)對三元復(fù)合驅(qū)采出液油水分離特性的影響

趙珊王寶輝薛強吳迪

（1.東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院；2.大慶油田工程有限公司）

酸洗作業(yè)對三元復(fù)合驅(qū)采出液油水分離特性的影響

趙珊1王寶輝1薛強2吳迪2

（1.東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院；2.大慶油田工程有限公司）

采用現(xiàn)場三元復(fù)合驅(qū)采出液，以及室內(nèi)制備的模擬采出液和采出液為介質(zhì)，研究了酸洗液添加劑和酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出水中的沉淀物形成離子對北二西試驗區(qū)三元復(fù)合驅(qū)采出液油水分離特性的影響，確定井筒酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出液造成北二西試驗區(qū)三元復(fù)合驅(qū)采出液油水分離效果惡化的主要原因是其水相中含有大量Fe2＋，其與地面摻水中的S2－作用產(chǎn)生硫化亞鐵微粒，后者吸附在油珠表面上形成阻礙油珠間相互聚并的空間位阻。

三元復(fù)合驅(qū)；采出液；油水分離特性；油井；酸洗

0 引 言

三元復(fù)合驅(qū)注入液中加入的堿劑造成采出液中堿土金屬碳酸鹽等無機礦物過飽和并在油井井筒中結(jié)垢，致使部分油井頻繁出現(xiàn)卡泵和斷桿等故障［1-3］，需要頻繁對其進行井筒酸洗除垢作業(yè)。2008年以來，大慶油田在北二西試驗區(qū)開展了工業(yè)化規(guī)模石油磺酸鹽表面活性劑弱堿體系三元復(fù)合驅(qū)現(xiàn)場試驗，期間暴露出井筒酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)后，北二西試驗站分離采出液和回注采出液含油量大幅度升高的問題。文章采用現(xiàn)場三元復(fù)合驅(qū)采出液，以及室內(nèi)制備的模擬采出液為介質(zhì)，研究了酸洗添加劑、井筒酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出液中的沉淀物形成離子對北二西試驗區(qū)三元復(fù)合驅(qū)采出液油水分離特性的影響。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

采出液：大慶油田北二西試驗站油崗沉降罐放水；

油樣：北二西試驗站外輸脫水脫氣原油（水含量＜0.3%）；

酸洗添加劑：助排劑、緩蝕劑、陽離子型表面活性劑、鐵離子穩(wěn)定劑（均為大慶油田采油工藝研究院提供的工業(yè)品，使用前用蒸餾水配制成濃度為10%的水溶液）；

化學(xué)試劑：Na2CO3·10 H2O，Na HCO3，KCl，Na2SO4，NaCl，CaCl2，MgCl2·6H2O，NaF，AlCl3·6H2O， MnCl2·4H2O，F(xiàn)eCl2·4H2O，濃度為37.5%的濃鹽酸，以上試劑均為分析純；

聚合物：部分水解聚丙烯酰胺，大慶煉化公司產(chǎn)品，有效物含量為90%，相對分子質(zhì)量為2.5×107，水解度為25%，為北二西試驗區(qū)注入的聚合物；

表面活性劑：北二西試驗區(qū)注入用表面活性劑，大慶煉化公司產(chǎn)品，主要活性物為石油磺酸鹽，有效物含量約為30%。

1.2 試驗方法

1.2.1 現(xiàn)場采出液油水分離特性評價方法

用容量為160 m L的具蓋玻璃配方瓶現(xiàn)場接取100 m L北二西試驗站分離緩沖游離水脫除器（三合一）進液，置于40℃的水浴中靜置，30 min后取出，上下顛倒2次，置于室溫下靜置1 min，用注射器從瓶底抽取20～30 m L水樣，參照石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY／T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》［4］中的測試步驟測定其含油量，記作水相乳化油量［5］；用注射器將配方瓶底部剩余的水層和油水過渡層全部抽出，剩余的油層混勻后稱取約10 g，參照GB／T 8929《原油水含量測定法（蒸餾法）》［6］測定其水含量。

1.2.2 酸洗除垢添加劑對采出液油水分離特性的影響

油井酸洗除垢作業(yè)中除添加酸劑外，還添加陽離子型表面活性劑、鐵離子穩(wěn)定劑、助排劑和緩蝕劑。試驗步驟為：取5個容量為160m L的具蓋玻璃配方瓶，其中一瓶中不投加酸洗添加劑作為空白，其余各瓶中分別加入表3中規(guī)定濃度的一種酸洗添加劑；用上述配方瓶現(xiàn)場接取100 m L北二西試驗站三合一進液，上下手振100次后置于40℃的水浴中靜置30 min，按1.2.1中的步驟取樣測定水相乳化油量和油相水含量。

取5個容量為3 000 m L玻璃細口瓶，其中一瓶中不投加酸洗添加劑作為空白，其余各瓶中分別加入表4中規(guī)定濃度的一種酸洗添加劑。用上述玻璃細口瓶在現(xiàn)場接取2 500 m L北二西試驗站油崗沉降罐出水，上下手振100次后置于40℃的水浴中靜置，分別在0，4，8，16，24 h時用注射器從水層中部抽取30 m L水樣測定其含油量。

1.2.3 模擬產(chǎn)出水對采出液油水分離特性影響評價

按文獻［7］中的步驟在容量為160 m L的具蓋配方瓶中制備90 m L摻有不同比例模擬酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出水的模擬三元復(fù)合驅(qū)采出液，加入10 m L油樣，將配方瓶置于40℃的水浴中靜置，120 min后將配方瓶從水浴中取出，上下手振100次使油水乳化后將其放回到水浴中靜置，30 min后按1.2.1中的步驟取樣測定水相乳化油量和油相水含量。

按文獻［8］中的步驟制備含油量為50%的油珠母液。參照文獻［7］中的步驟在容量為5 000 m L的塑料桶中制備1 000 m L模擬北二西試驗區(qū)三元復(fù)合驅(qū)采出液；將塑料桶置于40℃的水浴預(yù)熱1 h后向其中加入10 g油珠母液，上下振蕩20次使油珠在水樣中分散均勻形成含油量為5 000 mg／L的模擬采出液樣。在若干個容量為300 m L的具蓋塑料瓶中加入按文獻［7］制備的模擬酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出水和模擬北二西試驗區(qū)三元復(fù)合驅(qū)采出液（兩種水樣體積合計為5 m L），再加入95 m L上面制備的含油量為1 000 m L的模擬采出液樣95 m L；將塑料瓶上下手振蕩20次后置于40℃烘箱中靜置。3 h后將塑料瓶從烘箱中取出，顛倒2次，置于室溫下靜置1 min后用注射器從其底部抽取40～50 m L水樣測定其含油量，記作殘余乳化油量；將塑料瓶放回到烘箱中靜置，1 h后將其從烘箱中取出，用玻璃棒粘取少許水面上的浮油涂在載玻片上，將玻片置于LEICA RMP型光學(xué)顯微鏡下觀察浮油的顯微結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果和討論

2.1 酸洗作業(yè)前后采出液油水分離效果

2011年8月，監(jiān)測了北2-361-E64井酸洗作業(yè)后投產(chǎn)對北二西試驗站采出液油水分離效果影響，監(jiān)測結(jié)果見表1。

表1 北二西試驗站采出液處理效果

由表1中可見，酸洗油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出液對北二西試驗站電脫水器進油和出油水含量的影響均不顯著；酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)后的第二天油崗沉降罐出水含油量大幅度增加，從前一天的1 323 mg／L突增到18 504 mg／L，直到作業(yè)油井投產(chǎn)3 d后才恢復(fù)到投產(chǎn)前的水平，故可以初步確定酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出液對采出液處理的影響周期為4 d左右。由于游離水脫除器內(nèi)采出液的停留時間短，酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出液對其油水分離效果的影響周期相對較短，沒有監(jiān)測到游離水脫除器放水時含油量的大幅度變化。

北二西試驗區(qū)北2-361-E64井酸洗除垢作業(yè)投產(chǎn)前后三元復(fù)合驅(qū)采出液除油效果的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2。

由表2中可見，酸洗油井投產(chǎn)初期采出液進入北二西試驗站后，水處理設(shè)施內(nèi)各工藝點水樣的含油量出現(xiàn)大幅增加。作業(yè)油井投產(chǎn)后的第二天，水處理設(shè)施進水的含油量從投產(chǎn)前的1 323 mg／L突增到18 504 mg／L；作業(yè)油井投產(chǎn)后的第四天，外輸水含油量從前一天的160 mg／L突增到308 mg／L，到作業(yè)油井投產(chǎn)后第15天才恢復(fù)到作業(yè)井投產(chǎn)前的水平。綜合上述數(shù)據(jù)，酸洗油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出液對北二西試驗站采出液處理系統(tǒng)的影響周期為15 d，遠大于其對采出液處理系統(tǒng)的影響周期，其原因一是水處理設(shè)施中采出液的停留時間較長，二是過濾器反沖洗排水回摻到一次沉降罐進水中，造成污染物在采出液處理系統(tǒng)中的惡性循環(huán)。

表2 北二西試驗站采出液的處理效果

2.2 酸洗添加劑對采出液油水分離特性的影響

酸洗助劑對北二西試驗站三合一進液和油崗沉降罐出水油水分離特性的影響評價數(shù)據(jù)見表3和表4。

表3 三合一進液油水分離特性的影響

從表3中可以看出，摻有助排劑、緩蝕劑、陽離子表面活性劑三合一進液中加入500 mg／L鐵離子穩(wěn)定劑后其油相水含量和水相乳化油量均有增大趨勢，但并不顯著。

表4 油崗沉降罐出水油水分離特性的影響

由表4中可見，加入不同酸洗添加劑的油崗沉降罐出水其含油量均隨沉降時間的推移而逐漸降低；添加各種助酸洗添加劑的水樣其殘余含油量與空白水樣相比沒有明顯的變化，表明上述4種酸洗添加劑對北二西試驗區(qū)三元復(fù)合驅(qū)采出液油水分離特性的影響均不顯著。

2.3 酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出水的成垢離子對

采出液油水分離特性的影響

模擬酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出水中的酸和各種陽離子對模擬北二西試驗區(qū)三元復(fù)合驅(qū)采出液靜置沉降30 min后水相乳化油量的影響見表5和表6。

表5 30 min靜置沉降后油相水含量的影響

由表5中可見，在模擬三元復(fù)合驅(qū)采出液中摻入1%～5%模擬酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出水，其靜置沉降30 min后的油相水含量沒有顯著變化。這與酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)后電脫水器進油和出油水含量基本不受影響的現(xiàn)象是一致的。

如表6所示，模擬三元復(fù)合驅(qū)采出液中加入0.25%～1%的含有全部陽離子的模擬酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出水，主要表現(xiàn)為水相乳化油量增大8.3～14.2倍，與酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)后油崗沉降罐放水含油量大幅度增高的現(xiàn)象一致。而當(dāng)模擬酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出水摻入量達到2%以上時，模擬三元復(fù)合驅(qū)采出液靜置30 min后的水相乳化油量則隨模擬產(chǎn)出水加量增大逐漸降低。模擬三元復(fù)合驅(qū)采出液中加入1%～5%分別只含有酸＋鈉＋鈣、酸＋鈉＋鎂、酸＋鈉＋鋁、酸＋鈉＋錳、酸＋鈉成分的模擬酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出水，其經(jīng)過30 min靜置沉降后的水相乳化油量沒有顯著升高，而模擬三元復(fù)合驅(qū)采出液中加入0.25%～2%的只含有酸、Na＋和Fe2＋的成分不全的模擬酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出水，其經(jīng)過30 min靜置沉降后的水相乳化油量則增大4.9～11.9倍。上述現(xiàn)象表明，酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出液中的大量Fe2＋（3 993 mg／L）是造成酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)后北二西試驗站三元復(fù)合驅(qū)采出液油水分離效果急劇惡化的主要原因。為證實上述說法，比較了含有S2－和不含S2－的模擬三元復(fù)合驅(qū)采出液中摻不同比例只含有酸、Na＋和Fe2＋成分的模擬酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出水后，其油水分離特性的變化情況見圖1。

表6 酸和各種陽離子對模擬北二西試驗區(qū)三元復(fù)合驅(qū)采出液靜置沉降30 min后水相乳化油量的影響

圖1 S2－對其與模擬酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出水油水分離特性的影響

由圖1中可見，含有S2－的模擬三元復(fù)合驅(qū)采出液中摻入模擬酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出水后其經(jīng)過1 h靜置沉降的殘余乳化油量顯著增大，而不含S2－的模擬三元復(fù)合驅(qū)采出液中摻入模擬酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出水后，其經(jīng)過1 h靜置沉降的殘余乳化油量則呈現(xiàn)下降趨勢，上述現(xiàn)象進一步證明酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出液中的Fe2＋與地面摻水中的S2－反應(yīng)形成的硫化亞鐵是造成酸洗作業(yè)油井采出液油水分離效果惡化的主要原因。

由圖1中可見，在模擬北二西試驗站采出液中加入模擬酸化作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出水（酸＋鈉＋亞鐵），在摻入量達到1%以上的情況下，混合水樣中生成的硫化亞鐵顆粒是造成其油水分離特性變差的主要因素。

試驗過程中發(fā)現(xiàn)，模擬北二西試驗站三元復(fù)合驅(qū)采出液中加入1%含有全部陽離子的模擬酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出水后水色為黑色，不透明，水樣中分散著細小的硫化亞鐵微粒，當(dāng)模擬產(chǎn)出水加入量為5%時，水色變成渾濁的黃綠色，水面上漂浮有較大顆粒物，表明水樣中的硫化亞鐵微粒與其它新生礦物微粒發(fā)生凝聚和聚集，其演變過程的化學(xué)原理為：模擬產(chǎn)出水樣加量低于1%的情況下，加入的Fe2＋主要與模擬三元復(fù)合驅(qū)采出液中的S2－生成硫化亞鐵微粒隨著模擬產(chǎn)出水加量的增大，模擬三元復(fù)合驅(qū)采出液中的S2－被耗盡，開始析出碳酸亞鐵和氫氧化亞鐵，在氫氧化亞鐵的混凝作用下，硫化亞鐵、碳酸亞鐵和碳酸鈣微粒發(fā)生聚集，形成大的聚集體，使得水樣中具有油水界面活性的顆粒物數(shù)量逐漸降低，吸附在油珠表面上的硫化亞鐵微粒數(shù)量減少。上述現(xiàn)象解釋了表5中模擬三元復(fù)合驅(qū)采出液中模擬酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出水摻入量達到2%以上時，模擬三元復(fù)合驅(qū)采出液靜置30 min后的水相乳化油量隨模擬產(chǎn)出水加量增大逐漸降低的反?，F(xiàn)象。

3 結(jié) 論

◆酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出液對北二西試驗區(qū)弱堿體系三元復(fù)合驅(qū)采出液的油水分離效果有顯著的不良影響，主要表現(xiàn)為分離采出液和處理后回注采出液含油量大幅度增高。

◆井筒酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)后北二西試驗區(qū)三元復(fù)合驅(qū)采出液和采出液油水分離效果惡化的主要原因是作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出液中含有大量Fe2＋，其與地面摻水中的S2－作用產(chǎn)生硫化亞鐵微粒，后者吸附在油珠表面上形成阻礙油珠間相互聚并的空間位阻。

◆酸洗作業(yè)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)出液中的酸洗添加劑對北二西試驗區(qū)三元復(fù)合驅(qū)采出液的油水分離特性沒有顯著影響。

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1005-3158（2014）03-0030-04

2014-03-24）

（編輯 李娟）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.03.010

趙珊，東北石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)在讀碩士研究生，研究方向：油田化學(xué)。通信地址：黑龍江省大慶市東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，163712