油田應用三元液膠團產生因素室內研究

朱秀娟 黨慶功 賈洪躍 張宏 王晶 姜海瑞

摘 要：三元復合驅油技術是近幾年發展起來的一種新的提高采收率的方法，在三元注入井停注后產生了膠團，為了探索其注入膠團產生的原因，分別對的溫度、溶劑、容器以及攪拌時間等因素進行實驗研究，在10 d內分別進行對比實驗，得出了膠團產生的影響因素。其中，水質是膠團產生的主要原因，而容器對膠團的量具有重要影響，溫度加快了膠團的產生。

關 鍵 詞：三元液;膠團;絮狀物

中圖分類號：TE 357 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）06-1263-03

Laboratory Study on Factors of Producing the

Micelle in Ternary Liquid for Oilfield Production

ZHU Xiu-juan1，DANG Qing-gong1，JIA Hong-yue2，ZHANG Hong3，WANG Jing1，JIANG Hai-rui1

（1.Northeast Petroleum University， Heilongjiang Daqing 163318，China;

2. Daqing Oilfield Company No.4 Oil Production Plant， Heilongjiang Daqing 163511，China;

3. Daqing Oilfield Company No.3 Oil Production Plant， Heilongjiang Daqing 163113，China）

Abstract： ASP flooding technology is a new EOR methods developed in recent years. After stopping injecting the ternary liquid to the injection wells， micelles always appear. In order to explore the reasons to form the micelles，effect of temperature， solvent， vessel， stirring time and other factors were studied. Comparative experiments were carried out within 10 days; the factors of producing the micelles were obtained. The results show that water quality is the main reason to affect the micelles formation， and the container has a significant impact on the amount of micelles， the temperature rising can accelerate generation of the micelles.

Key words： Ternary liquid; Micelles; Floccules

三元復合驅是指在注入水中加入堿（A）、低濃度的表面活性劑（S）和聚合物（P）的復合體系驅油的一種提高原油采收率的方法，簡稱ASP。 三元復合驅油井在應用三元液一段時間后停注，井內產生絮狀膠團，使得井內壓力升高，當泥漿柱的靜液柱壓力超過地層破裂壓力時，會引起井漏。嚴重的井漏會導致井內壓力下降，影響正常鉆井、引起井壁失穩、誘發地層流體涌入井筒并井噴，會對生產安全造成重大影響。為了防止對油田生產造成嚴重的影響，必須控制井內絮狀膠團的產生。因此明確絮狀膠團的影響因素是具有重要的現實意義的。本文針對該問題設計了一系列的室內實驗，對可能產生該現象的因素分別進行對比觀察實驗，從而找出問題的根源[1，2]。

1 實驗設備及材料

（1）實驗設備：高速攪拌機，布氏粘度計，恒溫箱

（2）實驗藥品：聚丙烯酰胺（分子量2 500萬）;堿液（現場）;表活劑溶液（現場）;配液水（現場）;蒸餾水（實驗室自制）。

（3）三元液組成：2 500 mg/L聚丙烯酰胺溶液+1%堿液+0.25%表活劑溶液。

2 實驗結果及分析

2.1 溶劑對實驗的影響

以蒸餾水為溶劑，在攪拌過程中，將聚丙烯酰胺顆粒緩慢加入到溶劑中，配制成2 500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，不停攪拌6 h后，加入1%堿液和0.25%表活劑溶液，繼續攪拌20 min，配制成三元液A。以配液水為溶劑，以相同的步驟模擬配制成現場的三元液B。將配制的三元液分別放入10個20 mL的量筒內，放入恒溫箱（溫度設為45 ℃）內，每天測試粘度。在溶液上下部粘度產生差異后，分別測量上部溶液和下部溶液的粘度。

由圖1可知：利用蒸餾水配制的A液粘度在第2 d時達到最大值，之后粘度基本保持不變。而用配液水配制的B液，粘度先持續增大，然后急劇減小至接近于0。B液上部溶液在第3 d時粘度達到最大值，在第4 d時，溶液粘度上下產生差異。

圖1 蒸餾水和配液水配制溶液

在靜態條件下粘度隨時間變化示意圖

Fig.1 Change of the viscosity with time under static condition for ternary liquid prepared with distilled water and liquid water

B液下部溶液粘度先急劇增大，在第5 d時達到最大，之后其粘度急劇減小，在第8 d時與上部溶液粘度相等。主要是因為隨著時間的變化，B液體系中先形成膠團，膠團粘度增加，溶液變稀，因此上部粘度降低而下部溶液粘度急劇增加。隨后膠團逐漸脫水，膠團和溶液的粘度差變小，到絮狀物完全形成后，體系分層，之后B液上下部粘度相同。由此可以得出，溶劑是影響膠團產生的主要因素。

2.2 溫度對實驗的影響

以配液水作為溶劑配制溶液，在攪拌過程中，將聚丙烯酰胺顆粒緩慢加入到溶劑中，配制成2 500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，不停攪拌6 h后，加入1%堿液和0.25%表活劑溶液，繼續攪拌20 min，配制成三元液。將配制的三元液放入10個20 mL的量筒內，分別放在室溫環境下和恒溫箱（溫度設為45 ℃）內，每天測試粘度。在溶液上下部粘度產生差異后，分別測量上部溶液和下部溶液的粘度（圖2）。

圖2 配液水配制三元液在不同溫度下粘度隨時間變化示意圖

Fig.2 Change of the viscosity with time under different temperature for ternary liquid prepared with liquid water

由圖2可知：利用配液水配制的溶液，在室溫環境下上部溶液粘度持續升高，第4 d后開始降低，在第4 d開始產生膠團，下部溶液粘度開始高于上部溶液，在第9 d時沉淀完全，上下部溶液粘度相等至接近于0;而在45 ℃條件下，溶液粘度相較于室溫條件粘度顯著較低，粘度變化規律與室溫環境下相似，在第4 d開始產生膠團，但在第8 d時沉淀完全。主要是因為溫度越高，粘度越低，且反應速度快，生成沉淀的時間短。由此可知，溫度主要影響體系的粘度和絮狀物的形成時間。

2.3 容器對實驗的影響

以配液水作為溶劑配制溶液，在攪拌過程中，將聚丙烯酰胺顆粒緩慢加入到溶劑中，配制成2 500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，不停攪拌6 h后，加入1%堿液和0.25%表活劑溶液，繼續攪拌20 min，配制成三元液。將配制的三元液分別放入10個20 mL的量筒內和120 mL的鐵容器內，放在室溫環境下，每天測試粘度。在溶液上下部粘度產生差異后，分別測量上部溶液和下部溶液的粘度。

由圖3可知：鐵容器內的上部溶液粘度在前3天持續升高，第3 d后急劇降低，至接近于0。在第4 d時溶液開始出現膠團，下部溶液粘度開始高于上部溶液，第9 d時沉淀完全，上下部溶液粘度相等;玻璃容器內的溶液粘度與變化規律與鐵容器內相似，但粘度與鐵容器內溶液相比顯著較高。

圖3 玻璃容器和鐵容器內配液水配制溶液粘度變化示意圖

Fig.3 Change of the viscosity with time for ternary liquid prepared with liquid water in glass container and iron vessel

但測量膠團含量時，120 mL鐵容器內膠團量為10，20 mL玻璃容器內膠團含量為1 mL。主要是因為鐵容器中的陽離子（Fe2+或Fe3+）會影響聚合物分子鏈的雙電層厚度，而雙電層厚度的改變會影響聚合物分子的帶電程度和卷曲程度[3，4]，使聚合物粘度下降，整個體系粘度有所降低，而且鐵容器中的Fe3+等無機離子會影響膠團的生產量。由此可知，容器主要影響溶液的粘度和膠團的生產量。

2.4 攪拌時間對實驗的影響

以配液水作為溶劑配制溶液，在攪拌過程中，將聚丙烯酰胺顆粒緩慢加入到溶劑中，配制成2 500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，分別攪拌3 h和6 h后，加入1%堿液和0.25%表活劑溶液，繼續攪拌20 min，配制成三元液。將配制的三元液分別放入10個20 mL的量筒內，放入恒溫箱（溫度設為45 ℃），每天測試粘度。在溶液上下部粘度產生差異后，分別測量上部溶液和下部溶液的粘度。

圖4 攪拌3 h和6 h溶液粘度變化示意圖

Fig.4 Change of the viscosity with time for ternary liquid after stirring for 3 h and 6 h

由圖4可知：攪拌3 h情況下，溶液粘度較攪拌6 h相比粘度顯著要大得多。在攪拌3 h情況下，上部溶液粘度在第2 d時達到最大值，第4 d開始出現膠團，下部溶液粘度大于上部溶液粘度，第 d沉淀完全，上、下部溶液粘度相等;而在攪拌6 h情況下，上部溶液粘度在第7 d時達到最大值，第8 d開始出現膠團，下部溶液粘度大于上部溶液粘度，第13 d沉淀完全，上、下部溶液粘度相等。

經測量，攪拌時間短，絮狀物的生成量稍多，主要是因為通過攪拌，使得聚合物分子的共價鍵得到不同程度的拉伸[5]，不易產生沉淀。

3 結 論

（1）水質影響。水質主要影響體系的粘度和膠團及絮狀物的生成。污水中的礦物是形成膠團的主要因素。

（2）溫度影響。溫度主要影響體系的粘度和絮狀物的形成時間。溫度越高，生成沉淀的速度越快。

（3）容器影響。容器主要影響體系的粘度和絮狀物的生成量，是絮狀物生成量的主要影響因素。

（4）攪拌時間影響。攪拌時間主要影響體系的粘度、膠團的形成以及絮狀物的生成時間和生成量。攪拌時間越長，生成沉淀越慢，且沉淀越少。

參考文獻：

[1]眭純華，厲華，畢新忠.世界三次采油現狀及發展趨勢[J].國外油田工程，2010，26（12）：13-16.

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[3]程杰成，廖廣志，楊振宇，等.大慶油田三元復合驅礦場試驗綜述[J].大慶石油地質與開發，2001，20（2）：46-47.

[4]鞏同宇，劉軍，江匯.等.交聯聚合物調驅技術研究及礦場應用[J].精細石油化工進展.2011，12（11）：1-4.

[5]張光焰， 王志勇， 劉延濤， 等. 國內注聚井堵塞及化學解堵技術研究進展[J].油田化學， 2006， 23（4）：386-388.