三元復合驅采出液中防垢劑濃度的檢測方法與應用*

黃小會，王慶國，劉明君，劉紀瓊，康 燕

（1.大慶油田有限責任公司采油工程研究院，黑龍江大慶 163453；2.黑龍江省油氣藏增產增注重點實驗室，黑龍江大慶 163453；3.大慶油田設計院有限公司，黑龍江大慶 163453）

0 前言

為解決ASP三元復合驅油井的結垢問題，目前普遍采用添加防垢劑的方法來延緩或避免垢的形成［1-3］。采出液中防垢劑濃度的準確測定，是現場加藥效果評價的前提，是具體加藥量、加藥時機、加藥方式選取的關鍵，對保證ASP三元復合驅采出井防垢效果起著至關重要作用，但相應防垢劑濃度的檢測方法尚屬空白，未見相關報道。

當前油田開采中普遍采用的防垢劑為含磷類防垢劑，可通過磷元素的檢測來確定防垢劑濃度。常用的檢測磷元素濃度的方法有絡合-返滴定法、磷鉬藍分光光度計法［4-6］、分子熒光檢測法［7］，其中，絡合-返滴定法的檢測步驟繁瑣，且對采出液顏色要求較高，滴定終點不易判斷；采用磷鉬藍分光光度法檢測時，由于ASP三元復合驅采出液里含有的Si離子在測定過程中也生成藍色絡合物硅鉬藍而影響測定結果；采用分子熒光檢測法檢測時，由于ASP三元驅采出液中含有的表面活性劑熒光活性強，對測定有很大干擾。為此，急切需要尋求一種更快速、準確的測試方法，以滿足ASP 三元復合驅采出液防垢劑濃度測定的要求。本文采用電感耦合等離子體發射儀（ICP）法［8］檢測ASP 三元復合驅采出液防垢劑濃度，分析了ASP三元復合驅采出液中聚合物、表面活性劑、堿以及硅離子對防垢劑濃度檢測的影響，針對影響較大的組分，采取預處理技術將影響程度降到最低，實現對防垢劑濃度的準確測定。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

雙氧水、次氯酸鈉，分析純，沈陽市新西試劑廠；硅酸鈉、氫氧化鈉，分析純，沈陽華東試劑廠；聚合物HPAM，相對分子質量1.9×107，水解度26.5%，大慶煉化公司聚合物廠；石油磺酸鹽表面活性劑，大慶油田化工有限公司東昊分公司表活劑廠；有機磷類防垢劑ZH-01，大慶油田開普化工有限公司。

Aglient 5110 型電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP），安捷倫科技（中國）有限公司。

1.2 實驗方法

（1）標準曲線的建立

以蒸餾水和過濾后的ASP 三元復合驅采出液為基準溶液，配制防垢劑濃度分別為25、50、100、150 和200 mg/L 的系列標準溶液，采用ICP 在波長為213.618 nm 下測定不同質量濃度的防垢劑溶液的強度，建立防垢劑濃度標準工作曲線。

（2）采出液不同組分對防垢劑濃度測定的影響

參考ASP 三元復合驅現場采出液中的不同組分濃度，在質量濃度為50 mg/L 的防垢劑溶液中加入不同濃度聚合物、表面活性劑、堿以及硅酸鈉，采用ICP在波長為213.618 nm下測定防垢劑溶液的強度，由標準工作曲線讀取防垢劑濃度，分析各組分對防垢劑濃度測定結果的影響。

（3）采出液預處理及其對防垢劑濃度測定的影響

向50 mL 的使用ASP 三元復合驅采出液配制的質量濃度為50 mg/L 防垢劑溶液中加入1 mL（2%）降解劑雙氧水或NaClO，攪拌均勻放置24 h后，使用ICP測試防垢劑濃度。

2 結果與討論

2.1 標準工作曲線的確定

圖1 給出了蒸餾水、過濾后的ASP 三元復合驅采出液配制的防垢劑溶液標準工作曲線。從圖1可知，配液用水為蒸餾水時，防垢劑濃度與強度有非常好的線性關系，而配液用水為過濾后的ASP三元復合驅采出液時，防垢劑濃度與強度線性關系一般，且相比蒸餾水體系，相同防垢劑濃度下的強度整體偏低，隨著防垢劑濃度的升高，偏差逐漸變大。分析原因可能是與蒸餾水體系相比，ASP三元復合驅采出液體系中含有聚合物、表面活性劑、堿和硅離子。這些組分導致ASP三元復合驅采出液體系防垢劑濃度產生偏差，故此后的防垢劑濃度檢測均以蒸餾水體系為基準建立防垢劑濃度標準工作曲線。

圖1 不同體系下防垢劑標準工作曲線

2.2 采出液不同組分對防垢劑濃度測定的影響

2.2.1 表面活性劑對防垢劑濃度測定的影響

在50 mg/L的防垢劑溶液中加入一定量的表面活性劑后測試防垢劑濃度，結果見表1。加入不同質量濃度的表面活性劑后，與配制的防垢劑濃度相比，ICP 測試防垢劑濃度平均精度偏差為1.2%，由此可見，表面活性劑含量對防垢劑濃度的測定影響較小。

表1 表面活性劑含量對ICP測定防垢劑濃度的影響

2.2.2 聚合物對防垢劑濃度測定的影響

在50 mg/L的防垢劑溶液中加入一定量的聚合物后測試防垢劑濃度，結果見表2。由表2 可知，加入聚合物后，與配制的防垢劑濃度相比，ICP測試防垢劑濃度結果整體偏小，平均精度偏差為-38.9%，因此聚合物含量對防垢劑濃度的測定有較大影響。分析原因是：在ICP測試過程中，由于進樣液體中含有聚合物，溶液黏度變大，ICP儀器的進樣量變小，其霧化效率變低，進而導致最終測試結果值偏小。

表2 聚合物含量對ICP防垢劑濃度測定的影響

2.2.3 堿對防垢劑濃度測定的影響

在50 mg/L 的防垢劑溶液中加入一定量的堿（NaOH）后測試防垢劑濃度，結果見表3。由表3 可知，加入不同濃度的堿后，與配制的防垢劑濃度相比，ICP測試防垢劑濃度的平均精度偏差為1.2%，故堿含量對防垢劑濃度的測定影響較小。

表3 堿含量對ICP防垢劑濃度測定的影響

2.2.4 硅離子對防垢劑濃度測定的影響

在50 mg/L的防垢劑溶液中加入一定量的硅酸鈉后測試防垢劑濃度，結果見表4。由表4 可知，加入不同量硅酸鈉后，與配制的防垢劑濃度相比，ICP測試防垢劑濃度的平均精度偏差為2.6%，故硅離子含量對防垢劑濃度的測定影響較小。

表4 硅含量對ICP防垢劑濃度測定的影響

綜合上述實驗結果發現，ASP 三元復合驅采出液中聚合物對防垢劑濃度測定有較大影響。為了消除三元采出液中聚合物的影響，需對ASP三元復合驅采出液進行除過濾外的預處理。

2.3 ASP三元復合驅采出液預處理

分別向50 mL 的使用ASP 三元復合驅采出液配制的質量濃度為50 mg/L 的防垢劑溶液中加入2%雙氧水或NaClO，攪拌均勻放置24 h 后，使用ICP測試防垢劑濃度，結果見表5。

表5 加入降解劑對防垢劑濃度測試結果的影響

加入雙氧水處理后，采用ASP三元復合驅采出液配制的防垢劑溶液濃度ICP測試值與實際值偏差高53.1%。通過查閱大量文獻資料發現，在制備雙氧水時，大多使用了磷酸三辛酯為溶劑，使得雙氧水中含有濃度較高的磷元素［9-10］，從而導致加入雙氧水中的三元采出液防垢劑濃度偏高。而加入NaClO處理后，采用ASP三元復合驅采出液配制的防垢劑大溶液濃度ICP測試值與實際值偏差僅0.5%。

配制一系列采用ASP 三元復合驅采出液配制的不同濃度的防垢劑溶液，然后加入2%NaClO 處理，攪拌均勻放置24 h 后，使用ICP 測試防垢劑濃度，結果見表6。與配制的濃度相比，ICP 測試的平均精度偏差僅為0.2%，故采用添加NaClO的方法可消除聚合物對ICP測定結果的影響。

表6 加入NaClO對防垢劑溶液濃度測試結果的影響

2.4 現場防垢劑濃度檢測應用情況

大慶油田某三元復合驅試驗區塊有30 口結垢嚴重井開展加藥試驗，在采用ICP 檢測采出液防垢劑濃度前，有6井與加藥設計方案不符，加藥符合率僅為80%，檢泵周期為210 d；在使用ICP 檢測采出液防垢劑濃度后，通過加藥工藝參數調整，有1口井與加藥設計方案不符，加藥符合率提高到96%，而檢泵周期提高到270 d。以其中一口結垢嚴重井A為例，現場采用ICP 檢測方法對該井的沖擊加藥全過程采出液防垢劑濃度進行了實時跟蹤監測，測試結果見圖2。從測試結果來看，當采出液中防垢劑濃度達到所設計濃度（質量分數為1%）時，采出液中鈣鎂離子被絡合增溶加大，ICP 防垢劑測定濃度值與采出液中鈣鎂濃度變化呈現較好的一致性。

圖2 井A防垢劑濃度實時跟蹤監測結果

3 結論

使用ICP 法可以檢測防垢劑濃度，ASP 三元復合驅采出液中的聚合物對防垢劑濃度檢測影響最大，平均精度偏差高達38.9%，表面活性劑、堿和硅離子對防垢劑濃度檢測影響較小，平均精度偏差最高僅為2.6%。

向采用ASP 三元復合驅出液配制的防垢劑溶液中加入NaClO 可消除三元采出液中聚合物的影響，防垢劑濃度測試平均精度偏差降為0.2%。

使用ICP法對大慶油田某三元復合驅試驗區塊30口三元油井進行了防垢劑濃度檢測現場試驗，藥劑方案符合率由檢測前的80%提高到了96%，檢泵周期從210 d提高到了270 d。