含聚污水回注儲層解堵復合添加劑研發

許小溪 何文祥

摘 ?????要：為降低含聚合物污水回注地層后對儲層物性的損傷，借助化學分析的方法對含聚污水的成分進行了深入的分析，從含聚污水造成堵塞的具體原因出發，研制了以氧化劑、表活劑和洗油劑為主要成分的降解劑;為了有效防止污染物沉積于孔道壁面及提升解堵劑的解堵性能，研制了孔道防堵劑和潤濕劑;為了能夠防堵劑對管線以及井筒造成腐蝕、避免地層中的粘土礦物與解堵劑發生反應，研制了儲層解堵復合添加劑。經實驗研究發現，配制的含聚污水解堵配方即能夠起到良好的作用，對于孔道也有著良好的保護作用，具有一定的推廣意義。

關 ?鍵 ?詞：聚合物驅油;儲層解堵;污水回注;復合添加劑

中圖分類號：TE 357 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）03-0534-05

Abstract： In order to reduce the damage of reservoir physical properties caused by polymer-containing sewage reinjection into formation， the composition of polymer-containing sewage was analyzed in depth by means of chemical analysis method. Starting from the specific causes of blockage caused by polymer-containing sewage， a degrading agent with oxidant， surfactant and oil-washing agent as the main components was developed. In order to effectively prevent pollutants from depositing on the pore wall and enhance the performance of blockage-removing agent， blockage preventing agent and wetting agent were developed. In order to prevent the corrosion of pipelines and wellbore caused by blockage inhibitors and avoid the reaction between clay minerals and blockage removal agents in formation， a composite additive for reservoir blockage removal was developed. The experimental study showed that the plugging removal formula played a good role， and also had good protective effect on the channel.

Key words： Polymer flooding; Reservoir plugging removal; Sewage reinjection; Compound additives

聚驅工業隨著規模的不斷擴大、注聚時間不斷延長，采出液含聚濃度逐年提升，對于污水處理設備也造成了比較大的壓力[1]。由于污水經過處理后仍然含有大量聚合物，同時含有大量硫化物、細菌、油等雜質，對地層造成了比較嚴重的污染，致使油層滲透率下降，聚合物驅油工業經常出現注入量下降、注入壓力迅速升高的現象，若用常規的解聚技術和酸化技術處理，所取得了解堵效果十分有限[2-4]。因此，需要對含聚合物污水的儲層解堵技術進行深入的研究。

當前我國在針對含聚合物污水儲層解堵方面的研究相對較少，研究內容主要集中在含聚合物污水的處理方面，新形勢下的研究工作還需要進一步加強現場試驗和室內研究，對含聚合物污水的處理技術進行更進一步的改進與探索[5-8]。含聚污水中含有原油成分，一部分重質成分和這些殘余油很容易在近井地帶的孔道附著，進而出現堵塞問題。這就需要專門針對地層中膠質瀝青、蠟、原油所造成的堵塞進行處理[9，10]。根據含除污水的性質和特殊，本次研究決定在氧化劑和表活劑的基礎上配制解堵劑，使聚合物堵塞問題得到有效的解決。

1 ?表面活性劑和氧化劑篩選

表面活性劑能夠減輕聚合物黏度，對聚合物起到降解作用。因此，對表面活性劑進行了專門的調配。

1.1 ?初選表面活性劑

實驗所需要的儀器與藥品：恒溫水裕;旋轉攪拌器;電子天平;秒表;品式黏度計;2 500萬HPAM;表面活性劑。

1.1.1 ?實驗流程

以2 500 mg/L的質量濃度標準為聚丙烯酰胺進行配制;取聚丙烯酰胺溶液15 g并將其置于塑料試管中;于塑料試管中加入適量經過配制的表面活性劑;于烘干箱中旋轉試管，經過1日的靜置后，對實驗結果進行記錄。

1.1.2 ?實驗結果

在聚丙烯酰胺配環境下，各種不同種類表面活性劑（濃度為0.5%）的降解效果見表1。

1.2 ?優選表面活性劑

取含聚污水20 g，將其置于塑料試管中;配制0.5%表活劑，于塑料試管中加入20 g配制好的表面活性劑。1 d后記錄實驗結果。經過PMTN、JH-0910、JH-1203分別作用后，樣本黏度為0.96、5.4、6.25 mPa·s，降解率為91%、32%、21%。經實驗研究發現，降解率最高的是PMTN，納入選定。

1.3 ?初選氧化劑

以2 500 mg/L的標準對2 500萬聚丙烯酰胺進行調配，于試管中加入聚丙烯酰胺，1 d后記錄實驗結果見表2。

經實驗研究發現，雙氧水、Y-1、S-1有著較好的降黏效果，而雙氧水化學性質不夠穩定，在光照環境下容易揮發，在實際的使用過程中會面臨一定的安全性問題，因此排除該試劑。以下借助含聚污水的降解實驗來優選其他氧化劑。

1.4 ?優選氧化劑

1.4.1 ?實驗流程

取污水10 g并置入試管;加入氧化劑10 g;1 d后記錄實驗結果。將塑料試管置于烘箱中，經過1 d后，對實驗結果進行記錄。

1.4.2 ?實驗結果

經過乙酸、硼酸、S-1、Y-1作用后，樣本黏度分別為1.85、1.69、1.71、0.89 mPa·s，降解率分別為76.76%、78.77%、78.52%、88.82%。

經實驗研究發現，解堵效果最好的是Y-1，聚合物降解率達到80%。因此，本次研究針對Y-1進行濃度優化，對聚合物環境下各濃度氧化劑的解堵效果進行考察。

1.5 ?氧化劑和表面活性劑濃度的優化

1.5.1 ?實驗流程

取污水樣本10 g并置入塑料試管;將各種濃度的Y-1和PMTN置入試管;于烘箱中靜置試管，經過1日的反應后，對實驗結果進行記錄。

1.5.2 ?實驗結果

為了對各氧化劑的降解效果進行進一步的確認，通過品式黏度計來測定降解后的污水樣本黏度。

PMTN各濃度溶液黏度計系數均為0.030 51。0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%PMTN分別與污水樣本作用66、59、53、43、40 s后，污水樣本黏度為2.01、1.80、1.42、1.31、1.22 mPa·s，降解率為76%、78%、83%、84%、84%。

Y-1各濃度溶液黏度計系數均為0.030 51。0.5%、1%、1.5%、2%、3%Y-1分別與污水樣本作用117、83、77、70、69 s后，污水樣本黏度為3.57、2.35、2.35、2.14、2.11 mPa·s，降解率為57%、70%、72%、74%、75%。

經實驗研究發現，各濃度Y-1和PMTN有著較高的聚合物降解率水平，能夠降低污水黏度達50%以上。在氧化劑和表面活性劑濃度不斷提高的過程中，其降解率也會隨之相應地增加。然而，在PMTN濃度超過0.3%、Y-1濃度超過1%的情況下，污水降解率不會出現更加明顯的增加，出于應用效果和經濟因素兩方面的考慮，本次研究采用0.3%PMTN+1%Y-1的降解調配方案。

2 ?巖石粉末溶蝕劑

2.1 ?確定HCl濃度

心粉末樣品;分別取6%、8%、10%、12%的稀鹽酸;碾碎巖心，以10目篩子過篩;取適量巖心粉，將該質量記為m1，各自加入濃度不同的稀鹽酸15 mL，對巖心粉進行均勻攪拌，充分潤濕巖心粉，于恒溫箱45 ℃環境下密封靜置;4 h后，對其進行沖洗處理，至濾液呈中性;將殘留樣本和濾紙置于100 ℃環境下烘干;將其總質量記為m2。以各種不同嘗試的HCl濃度分別進行以上實驗，對所得到的實驗數據進行記錄，相應地計算出腐蝕率，采用溶蝕率=（m1-m2）/m1的計算方法，可得出如下所示的實驗結果（表3）。

經實驗研究發現，隨著HCl濃度的增加，巖心粉溶蝕率也會出現相應增加，若繼續提升HCl的濃度，所體現出來的溶蝕效果則不會出現明顯的增強因此以8%稀鹽酸為溶蝕解堵液。

2.2 ?確定HF濃度

滲透砂巖地層巖心粉末，HF溶液濃度分別為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，以各種不同濃度的HF溶液分別進行以上實驗，得到如下所示的實驗效果（表4）。

經實驗研究發現，氫氟酸對于砂巖地層的處理效果更佳，但過量使用會對巖石骨架強度造成弱化。出于應用效果和經濟因素兩方面的考慮，本次研究決定以1.5%HF為溶蝕解堵解。

3 ?孔道潤濕劑

在不斷增加污水注入量的過程中，會相應地提升注入壓力，堵塞物致密度隨之增加，所造成的堵塞很難清除。傳統的酸化解堵方法難以注入藥劑，堵塞半徑十分有限，難以充分作用于污染區域，解封效果有著十分明顯的局限性。因此，本次研究從降低解堵藥劑界面張力和黏度的角度出發，重點提升藥劑作用半徑以及藥劑注入能力，使藥劑能夠與堵塞物核心充分滲入，在進行后續處理之前，先將解堵通道打開;提升儲層中藥劑的注入深度。針對儲層滲透較低的這一特性，以實際巖石作為樣本，對孔道潤濕劑進行復配。

3.1 ?初選孔道潤濕劑

將常規滲透劑配制為不同濃度的溶液;將常規滲透劑溶液置入燒杯中，將帆布平放在液面上，帆布邊長為3 cm，對帆布下沉至底部的時間記錄下來，得得沉降時間。實驗結果見表5。

經實驗研究發現，沉降時間最長的是0.1%常規滲透劑，降低時間最短的是0.7%常規滲透劑，表面活性劑濃度與沉降時間成反比。因此，本次研究出于應用效果和經濟因素兩方面的考慮，決定采用0.3%表活劑進行橫向對比。

4 ?孔道防堵劑

由于低滲透儲層巖石容易形成堵塞，孔隙狹小，若以傳統酸化方法進行處理，很容易造成二次孔道堵塞，解封時效不長。因此，采用儲層孔道保護方法，還需要對孔道防堵劑進行調配，其主要目的在于使解堵處理的有效期進一步延長。

4.1 ?合成巖石孔道防堵劑

本次研究采用無水乙醚、異丙醇、等原料，借助聚合綜合反應，調配了PPA-A、PPA-B、PPA-C三種巖石孔道防堵劑，均具備陽離子表面活性劑的性質。三種防堵劑均在50 ℃環境下進行測試，并且測定其黏度。經實驗研究發現，前兩種均為粘稠狀淡黃色液體，黏度分別為9 200、5 200 mPa·s。第三種為蠟狀淡黃色物體，黏度為4 450 mPa·s。

4.2 ?實驗流程

實驗所需要的儀器與藥品：錐形瓶;天平;巖心顆粒;巖石孔道防堵劑。測定靜態吸附規律。

取塑料瓶4支，分別將其標為1～4號。分別根據0.30%、0.50%、0.75%、1.00%的濃度進行調配，經過均勻混合后，靜置15 min。

4.3 ?實驗結果

取塑料瓶4支，分別將其標為1～4號。分別根據0.30%、0.50%、0.75%、1.00%的濃度進行調配，經過均勻混合后，靜置15 min。不同濃度PPA-A、PPA-B、PPA-C吸附效果實驗結果見表6。

經實驗研究發現，溶液濃度與巖樣表面上的巖石孔道防堵劑的吸附量成正比。靜態吸附效果最好的是PPAA，0.50%PPA-A可以達到41.80%的吸附率水平。

5 ?室內巖心模擬實驗

5.1 ?實驗流程

抽取人造巖中的空氣至真空狀態，并對其進行烘干處理，獲取其底面積和長度;設飽和鹽水測巖心的水測滲透率為K1;注模擬結垢溶液;經過幾次循環，直至出現過量趨勢;設注飽和鹽水測堵塞后的滲透率為K2。

在第一步、第二步操作完成后，注入巖石孔道防堵劑。于巖心中緩慢注入巖石孔道防堵劑，完全驅替巖心內部的飽和鹽水，停泵，經過12 h的靜置后待測。設處理后的滲透率為K3;計算防堵率與防滲率。

5.2 ?實驗結果

實驗結果見表7，分析可知效果最好的是0.5%PPA-A，確定其為巖石孔道防堵配方。

6 ?復合添加劑研發

6.1 ?實驗流程

將Y-1和1.5%HF+8%HCl調配成80 mL解堵劑，配制各種質量濃度不同的緩蝕劑;取經過清洗的鋼片并進行烘干處理，將其質量記為m1并進行測量;于容器中放置解堵液并密封，于水浴45 ℃恒溫環境下靜置10～15 min;于酸液中置入鋼片，經歷4 h的反應;將鋼片取出并進行烘干處理，將其質量記為m2并進行測量，對腐蝕率進行計算。

6.2 ?實驗結果

2%甲醛腐蝕率為6.05 g·m-2·h-1;0.5%DYHS腐蝕率為2.28 g·m-2·h-1;0.5%HLX腐蝕率為9.14 g·m-2·h-1;0.5%鉆采緩蝕劑腐蝕率為6.88 g·m-2·h-1。

經實驗研究發現，DYHS緩蝕劑腐蝕率最低，體現出了良好的緩蝕效果。接下來借助靜態腐蝕試驗來進一步優化DYHS的濃度，所得實驗下結果如表8所示。

經實驗研究發現，DYHS緩蝕劑的濃度與針對解堵酸液的緩蝕效果之間成正比。然而，在緩蝕劑濃度超過0.7%的情況下，增加其濃度，所得到的緩蝕效果并未出現明顯的提升，確定0.7%DYHS為地層顆粒溶蝕劑的緩蝕劑。

7 ?結 論

經實驗研究發現，本次研究所配制的解堵劑對于污水達到了30%以上的解堵率水平，對于油層有著比較大的傷害，對巖心達到85%以上的解堵率水平，體現出了顯著的解堵效果。由此可知，本次研究所配制的含聚污水解堵配方即能夠起到良好的作用，對于孔道也有著良好的保護作用，應用價值值得推廣。

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