調剖劑對采出液穩定性影響的實驗研究

曾志強，趙偉，靖波，華朝，尹先清

(1.長江大學 化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023； 2.中海油研究總院 海洋石油高效開發國家重點實驗室，北京 100028)

提高油田開發效率的常用工藝措施是通過調剖作業封堵水流優勢通道，以降低采出液含水率；但調剖工藝往往存在著采出液穩定性強、脫水困難等問題[1-3]。國內外學者大多研究調剖劑的合成[4-6]以及其性能評價[7]，對于調剖劑與采出液穩定性的關系以及現場最優加量關注較少[8]，但是采出液中殘余藥劑對后續采出液破乳、污水處理有著極其重要的意義[9-10]。基于此，本文研究了不同溫度下、不同調剖劑殘余量對采出液穩定性的影響，以油中含水率、水中含油率、表面張力以及ζ電位作為評價指標，評價其穩定性，確定最優設計量，用于指導現場調剖工藝設計。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

CCl4，色譜級；二甲苯、鹽酸均為分析純；油井采出水、采出原油(含水19.2%)、調剖劑等取自于某油田現場，調剖劑由聚合物(HPAM分子量 1 000 萬)、交聯劑(硼酸酯類)、助劑(烷基硫酸類)、顆粒調剖劑(TJ-1)組成。

JC-0IL-6型紅外測油儀；XGRL-4A型恒溫滾子爐；FA300型高速乳化機；JS94H型ζ電位儀；TX-500C旋轉滴界面張力儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 采出液配制 模擬原油和井水在地層的乳化狀態(井口油層溫度為60 ℃)，將定量井水與原油60 ℃、4 000 r/min下用高速乳化機乳化30～40 min，乳化后含水量為50.02%。按照聚合物1.4%、交聯劑0.4%、助劑0.2%、顆粒調剖劑0.5%的加樣順序，設置殘余藥劑梯度0，10%，20%，30%，40%，50%，60%，分別加到乳化完成的液體中。

1.2.2 穩定性實驗 模擬采出液在地層下的狀態，將樣品在恒溫滾子爐中，轉速50 r/min，恒溫滾動168 h，模擬不同地層溫度梯度70，80，90，100，110 ℃，滾動完全后取出，60 ℃下靜置2 h，待油水分層，分別取出油相和水相，測其油水率。

1.2.3 穩定性評價指標 取油相和水相用旋轉滴界面張力儀測界面張力；取上層油相共沸精餾測定油中含水；取下層水相萃取后用紅外測油儀測水中含油；取下層水樣用ζ電位儀測ζ電位。

原油含水和水中含油測定按照GB/T 260—2016《石油產品水含量的測定 蒸餾法》和HJ 637—2018《水質 石油類和動植物油類的測定 紅外分光光度法》，ζ電位以及界面張力測定按照GB/T 32668—2016《膠體顆粒Zeta電位分析電泳法通則》和SY/T 5370—2018《表面及界面張力測試方法》。

2 結果與討論

2.1 殘余藥劑量對采出液油水分離效果的影響

分別用空白和6種不同殘余藥量進行穩定性實驗，測定采出液的水中含油率和油中含水率，結果見圖1、圖2。

圖1 殘余藥劑量與采出液中水中含油變化趨勢Fig.1 The relationship between the residual drug dose and the oil content in water of produced liquid

由圖1和圖2可知，當溫度一定時，隨著調剖劑殘余量的升高，水中含油率和油中含水率均呈上升趨勢。油中含水率隨調剖劑殘余藥劑量增大是因為隨著殘余藥劑量加大，吸附在原油表面的藥劑增多，使得采出液親水性增加，破乳難度增大。同時采出液熱力學穩定性提高，形成油水均勻混合物，不易形成連續易分離的水相，導致油中含水量升高。對水中含油而言，殘余藥劑量升高，藥劑與水互溶后，水相黏度增加，加大了油珠聚集為大顆粒油珠的難度，油水分離困難，水中含油率隨著調剖劑量增加而上升。當殘余藥劑量在30%內，油水率增長速度快，30%以后增長緩慢，達到限值。殘余藥劑量30%以內，油中含水率和水中含油率均<50%，采收效率較高，因此調剖劑注入設計量應控制在殘余藥劑量30%以內為宜。

圖2 殘余藥劑量與采出液中油中含水變化趨勢Fig.2 The relationship between the residual drug dose and the water content in oil of produced fluid

2.2 溫度對采出液油水分離效果的影響

5種不同溫度下殘余藥劑量的穩定性實驗，測定處理后采出液的水中含油率和油中含水率，結果見圖3、圖4。

圖3 溫度與采出液中水中含油關系Fig.3 The relationship between temperature and oil content in water of the produced fluid

圖4 溫度與采出液中油中含水關系Fig.4 The relationship between temperature and water content in oil of the produced fluid

由圖3、圖4可知，調剖劑殘余藥量一定時，隨著溫度的升高，水中含油率和油中含水率均呈下降趨勢。采出液溫度升高，加快了采出液油水分子的熱運動，油相黏度下降，水在連續相中的流動性增強，水珠在油連續相中碰撞幾率變大而更容易聚并，形成水連續相從油相中分離出來，油中含水量降低。同時，溫度上升導致水滴與油滴黏合性下降，油滴更容易與水滴分離，油滴碰撞結合形成連續流動的油相從水相中分離出來，因此采出液的水中含油率下降。當溫度≥100 ℃時，油中含水率和水中含油率均<30%。油中含水率低，開發效率提高，利于地面油水分離，因此調剖劑注入設計量應控制在殘余藥劑量30%以內為宜。

2.3 殘余藥劑量對ζ電位絕對值影響

測定穩定性實驗后，分離后的含油污水ζ電位變化分析其穩定性，結果見圖5。

圖5 殘余藥劑量與采出液ζ電位絕對值關系Fig.5 The relationship between the residual drug dose and produced fluid Zeta potential

由圖5可知，隨著殘余藥劑量的增加，采出液穩定性呈緩慢上升趨勢，ζ電位絕對值表現為小幅振蕩變化，相較于殘余藥劑量>30%時，30%內ζ電位絕對值在5.2 mV上下小幅振蕩，明顯較低。油水分離后含油污水穩定性較弱，容易破乳，降低了油水分離難度。因此在殘余藥量的控制方面，從采出液分離出污水穩定性看，調剖劑注入設計量控制在殘余量30%以內較優。

2.4 不同殘余藥量的油水界面張力

分別測定10%，30%和50%三種殘余藥量在不同時間實驗后的油水界面張力值，結果見圖6。

由圖6可知，三種不同殘余藥劑量穩定后，油水界面張力隨著穩定時間的延長而小幅振蕩，保持在平穩狀態；但隨著藥劑殘余量增大，界面張力明顯變小，在殘余藥量>30%時油水界面張力快速下降；就界面張力而言，相同的界面面積，當界面張力較大時，油水界面更易自發縮小，采出液體系油水平衡更容易打破，較低的油水界面張力表現為采出液體系穩定不易脫水。因此調剖劑殘余量應控制在30%內為宜，利于地面工程的油水分離處理。

圖6 不同采出液油水界面張力變化趨勢Fig.6 Variation trend of oil-water interfacial tension of different produced fluid

3 結論

(1)溫度一定時，隨著調剖劑殘余量的升高，水中含油率和油中含水率均出現上升趨勢；殘余藥劑量≤30%，上升較為迅速，30%后緩慢上升，殘余藥劑量≤30%時油中含水率與水中含油率均≤50%。調剖劑殘余藥劑量一定時，隨著溫度的升高，水中含油率和油中含水率均下降，在110 ℃殘余藥劑量10%時，油中含水率21.11%，水中含油率24.77%。

(2)殘余藥劑量的增加，采出液中的油水穩定性增加，含油污水ζ電位值呈小幅振蕩變化；相較于殘余藥劑量>30%，30%內ζ電位絕對值在 5.2 mV 上下振動，明顯較低，采出液穩定性較弱，更容易破乳。

(3)相同殘余藥劑量下油水界面張力隨著穩定時間的延長變化較小，保持在平穩狀態。隨著藥劑殘余量增大，界面張力明顯變小，殘余藥量30%時油水界面張力在2.2 mN/m波動，但隨殘余藥劑量增加界面張力快速下降，采出液體系穩定性增大，加大采出液脫水難度。

(4)采出液中調剖劑殘余藥劑量，控制在30%內較優，采出液熱力學平衡易打破，利于采出液脫水。