罗 跃,赵素娟,刘清云 (长江大学化学与环境工程学院,湖北荆州434023)

杨治东,粱爱国 (新疆油田分公司采油一厂,新疆克拉玛依834000)

李 思 (江汉石油管理局钻井公司,湖北潜江4331 21)

利用油田采出水配制聚合物,不仅节约了淡水资源,而且减少了污水外排对环境的污染,在大多数油田已广泛应用。卢祥国等[1]通过利用大庆油田采出水配聚并进行了驱油试验,结果表明采出水直接回注或用于配制聚合物驱油溶液都是可行的;于洪江等[2]认为通过加入助剂对污水进行改性可以改善污水与聚合物的兼容性和提高保粘率;苏延昌等[3]研究大庆喇嘛甸油田污水配制聚合物时发现污水聚合物体系与油层配伍性好,在油层中有更高的工作粘度,且吸水剖面在注入污水聚合物体系过程中得到较好的调整,污水配制聚合物在室内和矿场完全可行;赵劲毅、马一玫[4-5]认为通过适当增加聚合物浓度或提高聚合物相对分子质量和用电渗析方法处理高矿化度污水,均可以改善污水聚合物驱的增油效果。

笔者对新疆克拉玛依红山嘴油田红18井区采出水进行了调研分析,发现采出水钙镁离子含量越来越高,甚至达到2000mg/L以上,凝胶成胶困难,胶体稳定性差,甚至不成胶,严重影响井组整体调驱的效果。区块地质条件要求调驱剂浓度低、易注入、稳定性好,高矿化度条件下聚合物粘度损失严重。由于红18井区水源紧缺,那么如何经济有效地处理注入水,改善水质稳定性、防止结垢堵塞并解决Ca2+等高价离子对聚合物成胶的影响以增进注水效率,已是必须解决的重要课题。因此,根据红山嘴油田改善注水效果、三次采油的需要,笔者研究矿化度、钙离子、pH值对聚丙烯酰胺 (HPAM)成胶性能影响,提出解决注采问题的强效措施。

1 试验部分

1.1 试验仪器与药品

1)仪器 美国黎曼公司SpceⅠ-ICP-AES;Brookfield粘度计 (美国)。

2)药品 部分水解聚丙烯酰胺:分子量分别为1600、2000、2400万,水解度20%,工业品;有机铬交联剂:JJ-2,实验室自制;HCl溶液、NaOH溶液;氯化钠、氯化钙、氢氧化钠、盐酸均为分析纯。

1.2 油田采出水化学分析和仪器分析

选用标准SY/T5523-2006规定的相应方法对采出水进行化学成分分析,其中阳离子主要采用SY-T6404-1999沉积岩中金属元素的电感耦合等离子体原子发射光谱进行分析,分析结果见表1、2。

表1 红山嘴红18井区注入水化学分析结果

从表1可以看出,仪器分析结果与化学分析基本吻合,由于取样方式和分析时间的差异,有些许误差,对Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、K+等离子含量进行化学与电感耦合等离子体原子发射光谱双重分析,有助于确定水样的成垢离子含量及水型特点。从表2可看出,注入水Ca2+、Mg2+离子含量高,水样 2钙离子含量达2421.0mg/L,红18井区水体中富含K+,其含量在200mg/L以上。钙镁离子高不仅使得水质不稳定、易结垢,也是影响聚丙烯酰胺的性能的关键因素。

1.3 试验过程

表2 电感耦合等离子体原子发射光谱分析结果

参照SYT6576-2003标准,用不同矿化度、不同钙离子浓度、不同pH值的水配制2‰HPAM聚合物母液,加0.5%铬交联剂,在温度 60℃的水浴中恒温24h,考察单个因素对HPAM成胶性能的影响。为了考察污水水质对HPAM成胶性能的影响,利用4因素3水平正交试验 (见表 3)综合考虑HPAM分子量、矿化度、钙离子浓度、pH值对HPAM成胶时间的影响,根据正交试验分别配制200ml 9种HPAM溶液。测定9种HPAM溶液空白粘度,然后分别加1ml铬交联剂于HPAM溶液,搅拌均匀,逢盖好,放入60℃恒温箱中,然后每隔2、4、6、12、24、36、48h测定其表观粘度,记下数据。

表3 4因素3水平正交试验表

2 结果与讨论

2.1 单个因素对HPAM成胶粘度的影响

分别考察不同矿化度、不同pH值、不同钙离子浓度对聚合物粘度的影响,如图1～3所示。从图1～3可以看出随着矿化度的增加,聚合物黏度在不断下降,随着pH值的增加,聚合物粘度在不断缓慢上升,油田水质pH值大多在6～7.5之间,因此水体pH值对聚合物粘度影响不大。随着钙离子浓度的增加,聚合物粘度在不断下降,钙离子浓度对聚合物粘度影响较大。

2.2 多个因素对HPAM成胶性能的影响

4因素 (分子量 A、矿化度B、钙离子浓度C、pH值D)对聚合物凝胶的综合影响的正交试验结果如表4,从极差分析上可看出HPAM分子量、矿化度、钙离子浓度、pH值对 HPAM成胶时间均有影响,其影响大小顺序为:钙离子浓度＞分子量＞矿化度＞pH值;钙离子浓度对聚合物的成胶性能影响最大,同一矿化度下,钙离子浓度可降低成胶时间,使粘度短时间内增加,但钙离子浓度越大,成胶极不稳定,粘度迅速下降。因此注入水中的钙离子浓度应在200mg/L以下,聚丙烯酰胺分子量越大,越易成胶,粘度越大;pH值对其粘度影响不大。

图1 矿化度对聚合物粘度的影响

图2 pH值对聚合物粘度的影响

图3 钙离子对聚合物粘度的影响

表4 正交试验结果

3 结 语

水质中的矿化度、钙离子浓度、水体pH值对其成胶性能都有影响,随着矿化度的增加,HPAM的粘度越来越小,甚至不成胶;随污水pH值的增大,HPAM凝胶的强度先变强后略微下降,由于在红18采出水的pH值范围为7～7.5内,变化小,对成胶没有什么影响;钙离子浓度对凝胶体系的影响最大,钙离子浓度越大,成胶极不稳定,钙离子会使凝胶早期粘度增高,成胶不均匀,这是因为聚合物中羧基离子的电斥力受到抑制,分子线团卷曲,表观尺寸减小,从而使HPAM分子发生去水化作用,分子链收缩,导致HPAM溶液粘度大大降低,甚至从溶液中沉淀出来[6]。

针对油田污水配制聚合物溶液存在溶液粘度损失严重及稳定性差的问题,而且据现场调查,红18井区注入水高含Ca2+、Mg2+、SO2-4等成垢离子,因水型不配伍和自身的化学热力学不稳定性而在注水系统管线及井筒全程结垢,腐蚀产物的沉积往往会使结垢更加严重,所以对采出水进行必要的水处理,不仅可改善注水效果,而且水质更适合用于配制聚合物。

[1]卢祥国,高振环,闫文化,等.大庆油田聚合物驱采出水配制的聚合物溶液驱油效果研究[J].油田化学,1996,13(4):361-363.

[2]于洪江,刘祥,史俊,等.污水配制聚合物驱油体系可行性研究 [J].西安石油学院学报 (自然科学版),2000,15(1):27-29.

[3]苏延昌,高峰,舒方春,等.污水配制聚合物研究 [J].大庆石油地质与开发,2003,22(6):44-48.

[4]赵劲毅.污水聚合物驱油效果评价及机理分析 [J].油气田地面工程,2006,25(8):17-18.

[5]马一玫.聚驱高矿化度采出污水配制聚合物溶液方法研究 [J].科学技术与工程,2010,10(23):5637-5643.

[6]Fernandez I J.Evaluation of Cationic Water-Soluble Polymer With Improved T hermal Stability[J].SPE 93 003,2005.