三元復合驅硅垢沉積影響因素研究

仝春玥 楊晶 劉鋼

摘 ?????要： 目前隨著開采程度的提高，油田的結垢現象日益嚴重，導致采收率降低，諸多現狀都表明結垢會給油田帶來不利影響。在三元復合驅（ASP）過程中，堿會與地層中的硅酸鹽巖產生堿溶反應，形成硅垢，堵塞地層孔隙、嚴重損害儲層。針對所形成硅垢設計實驗，研究了影響結垢的因素，著重研究溫度、pH和Ca2+、Mg2+對硅垢形成的影響。研究表明：在三元復合驅體系下，pH在10到11之間硅沉積百分數急劇下降，說明pH對硅離子穩定性的影響非常大，溫度對硅垢形成的影響比pH較小，鈣鎂離子的存在對硅沉積具有促進作用。

關 ?鍵 ?詞：結垢;影響;采收率;硅垢

中圖分類號：TE 357.46 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）03-0515-04

Abstract： At present， with the improvement of exploitation degree， the scaling phenomenon in oilfield is becoming more and more serious， which leads to the decrease of oil recovery. Many current situations show that scaling will bring adverse effects on oilfield development. During ASP flooding， alkali will react with silicate rock in formation to form silica scale to plug formation pore and seriously damage reservoir. In this paper， an experiment was designed to study the factors affecting the formation of silicon scale， focusing on the effect of temperature， pH and Ca2+， Mg2+ on the formation of silicon scale. The results showed that， under ASP flooding system， the percentage of silicon deposition sharply decreased when pH was in the range of 10～11， which indicated that pH had a great influence on the stability of silicon ion. The temperature had smaller effect on the formation of silicon scale than pH， and the presence of calcium and magnesium ions had promoting effect on silicon deposition.

Key words： Scaling; Effect; Recovery efficiency; Silica scale

結垢是當今油田面臨的巨大難題，油田結垢不僅出現在地面集輸系統，也會深入地層，使油層滲透率發生改變，結垢不僅會造成經濟損失，也會對油田正常生產造成嚴重影響，甚至造成油田停產[1-4]。目前許多油田仍采用三元復合驅（ASP）來提高油田的采收率，主要因為驅油效果好，采收率高[5]。但也會有許多問題產生：結垢多不僅會卡泵停產，還會造成檢泵周期縮短[6，7]。在采用三元復合驅（ASP）體系的實際應用中，仍有嚴重結垢和卡泵現象的出現。那是因為在三元復合驅（ASP）體系下，會致使其中的堿與地層中的礦物發生反應，地層較高的溫度加劇了對儲層巖礦的溶蝕作用[8]，而壓力的影響不明顯，主要產生硅垢與CaCO3垢[9-11]， 根據對現場采集的垢質進行分析。結果表明，頻繁卡泵井的主要垢質中硅酸鹽垢的含量高達60%[12，13]，造成儲層孔隙堵塞，導致嚴重后果。程杰成[14]建立結垢預測模型，對不同的區塊，使用所建立模型，均可以提高結垢預測的準確性;李萍[15]根據溶度積理論，通過對預測模型的建立，有效的減少了對儲層的傷害，為油田防垢，提供了研究依據。趙夢婕[16]對油田硅垢的形成機理，硅垢的防垢措施進行了簡述， 對硅垢防垢劑以及防垢技術進行了分析，最后指出防垢技術的未來發展方向。

因此對在三元復合驅（ASP）體系下產生的垢進行研究是十分有必要的。本文對硅垢進行研究，探究三元復合驅（ASP）體系下溫度、pH以及鈣、鎂離子濃度對硅沉積的影響，主要是通過硅鉬黃比色的方法來測定可溶性硅酸鹽中硅離子的濃度[17]。通過研究硅垢的影響條件，來控制硅垢的生成。抑制或減少三元復合驅（ASP）體系中硅垢形成，保護儲層，提高開采率，具有十分重要意義。

1 ?實驗部分

1.1 ?實驗儀器

實驗所用儀器分別是：BS-124S電子天平、PHS-25型PH計、電子恒溫水浴鍋、HWCB-2磁力攪拌器、玻璃儀器氣流烘干器、101-ABS型電熱鼓風干燥箱、722E型可見分光光度計以及中速定量濾紙。

1.2 ?實驗試劑

實驗所用試劑，見表1。

2 ?實驗方法

該實驗是通過硅鉬黃比色的方法來測定可溶性硅酸鹽中硅離子的濃度。由于在不同酸度情況下，所生成的硅鉬雜多酸的形態均不同，見表2。

一般來說，當pH>2時，α型為主，而當pH<2時，β型為主。對β硅鉬酸的形成，所需要的酸度一般是在pH=0.5-2的范圍內。而在此區間內，單硅酸能夠與鉬酸鈉反應生成硅鉬黃，其深淺程度與硅酸鹽的含量成正比[18-20]。

3 ?實驗步驟

（1） 模擬的地層水含量：CO32- 2 500 mg/L、HCO3-1 000 mg/L、CL-1 500 mg/L、SO42-30 mg/L、Ca2+ 0 mg/L、Mg2+ 0 mg/L、Na+ 3 000 mg/L、pH=11。在其中加入含量為3 000 mg/L的硅酸鈉，并且用酸堿等量調和pH，使pH值在6到13之內等梯度變化。

（2） 分別加入氯化鈣、氯化鎂，使溶液中鈣鎂離子濃度為10、20、30、40 mg/L，以此來考察溫度，pH以及各種離子對硅結垢的影響。將溶液放在恒溫水浴鍋內，設置不同的溫度梯度，20、40、60、80 ℃，待其反應。

（3） 一段時間后，取出部分反應液，取過濾后溶液，用硅鉬黃比色法測定硅離子的含量。

4 ?實驗結果分析

4.1 ?溫度、pH對硅垢的影響

在硅離子在3 000 mg/L， pH值在6到13之間，不同溫度梯度的條件下，硅沉積的百分含量與溫度和pH的關系見表3。

根據所記錄的實驗數據，分別繪制在溫度為20、40、60、80 ℃等梯度變化時且pH在6～14之間等梯度變化時，硅沉積的百分含量變化曲線，見圖1。

通過表3和圖1可知，在pH一定時，隨著溫度的增大，硅沉積的百分含量呈現下降的趨勢，隨著溫度的升高，溶液中硅離子的濃度增加。該現象可以說明溫度的升高對硅結垢起到了不利的影響。在相同溫度曲線下，隨著pH的增大硅沉積的百分含量有所下降，且在pH=10到11之間呈現急劇下降的趨勢，在pH值從6～13等梯度變化過程中，可溶性硅含量增加1 400 ppm。綜上所述，pH對硅離子穩定性的影響非常大，在三元復合驅含高硅采出液體系pH在小于11時，會產生大量硅垢[21]。

4.2 ?鈣鎂離子對硅垢的影響

在設定pH=9，以鈣鎂離子存在的初始硅離子濃度為3000mg/L的硅酸鈉溶液為反應體系，設置不同的溫度梯度，以及不同的鈣鎂離子濃度，研究對硅沉積的影響。

4.2.1 ?鈣離子對硅垢的影響

記錄不同溫度和不同鈣離子濃度下，硅沉積質量分數的變化，見表4。

根據所記錄的實驗數據，分別繪制在溫度為20、40、60、80 ℃時，隨鈣離子變化硅沉積的變化曲線，見圖2。

4.2.2 ?鎂離子對硅垢的影響

記錄不同溫度和不同鎂離子濃度下，硅沉積質量分數的變化，見表5。

根據所記錄的實驗數據，分別繪制在溫度為20、40、60、80 ℃時，鎂離子對硅沉積的變化曲線，見圖3。

4.2.3 ?實驗現象

硅酸鈉溶液中，鈣鎂離子濃度為0時，體系均一。加入鈣鎂離子以后，溶液中有白色沉淀生成。由圖2和圖3可知，當鈣鎂濃度不斷增加時，硅沉積百分數也隨之增加。鈣鎂離子的加入促進了硅沉積的反應進程，同時鈣鎂離子的含量出現降低趨勢，鈣鎂硅出現了共同沉積的現象。由此可以得到，在三元復合驅體系下鈣鎂離子的存在對硅沉積具有促進作用[22]。

5 ?結 論

（1）pH在10到11之間硅沉積百分數急劇下降，同時在 pH 值從6～13等梯度變化過程中，可溶性硅含量增加1 400 ppm。因此，pH值對硅沉積的影響非常大，在三元復合驅體系下，pH在小于11時，會產生大量硅垢。

（2）當模擬的地層水pH值一定時， 溫度從20 ℃到80 ℃等梯度變化過程中，隨溫度的升高，可溶性硅的含量略有增加500 ppm，硅沉積減少。硅沉積的百分含量隨著溫度的增大而下降，表明溫度的升高對硅垢的形成有著不利影響。

（3）當鈣鎂濃度增加時，硅沉積百分數也隨之增加，濃度從0 mg/L到40 mg/L梯度變化過程中，隨濃度的升高，硅沉積質量分數均有減少。說明在三元復合驅體系下鈣鎂離子的存在對硅沉積具有促進作用。

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