自生酸除垢破乳凈化劑工藝性能及實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

王綿 ，陳軍 ，趙哲軍

（1.西南石油大學(xué)研究生院，四川 成都 610500；2.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500；3.中國(guó)石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川 德陽(yáng) 618000）

自生酸除垢破乳凈化劑工藝性能及實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

王綿1，陳軍2，趙哲軍3

（1.西南石油大學(xué)研究生院，四川 成都 610500；2.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500；3.中國(guó)石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川 德陽(yáng) 618000）

針對(duì)現(xiàn)有藥劑體系在井筒除垢、破乳等方面存在的問(wèn)題，進(jìn)行了自生酸破乳除垢凈化藥劑的研究工作，開展了自生酸凈化藥劑與泡排藥劑復(fù)配研究，論證了凈化藥劑與泡排藥劑配伍的可行性。該藥劑兼具除垢和破乳的功能，且與泡排劑配伍性良好，可實(shí)現(xiàn)泡排劑破乳后的二次起泡。滲透率恢復(fù)率達(dá)87.7%,由于能不斷生成H+，且能持續(xù)與污染物反應(yīng)，因此，凈化作用效果較好。

自生酸；除垢；破乳；配伍性；凈化藥劑

現(xiàn)有的除垢劑無(wú)法長(zhǎng)期在氣井中應(yīng)用，主要原因有［1-4］：1）作用時(shí)間短。常規(guī)濃度鹽酸進(jìn)入井筒后，與巖屑、碳酸鹽垢反應(yīng)十分劇烈，酸濃度下降迅速，易造成酸液過(guò)早結(jié)束反應(yīng)活性，無(wú)法達(dá)到清洗裂縫深處的目的。2）地面酸濃度高，對(duì)油套管腐蝕性強(qiáng)。鹽酸在經(jīng)過(guò)油管向下注入的過(guò)程中，會(huì)與金屬管材反應(yīng)，造成油管腐蝕，而進(jìn)行井底凈化的氣井往往生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，油管腐蝕現(xiàn)象較為嚴(yán)重，在泵酸除垢的過(guò)程中，可能造成油管穿孔或斷裂。3）泵注的鹽酸一部分與管柱反應(yīng)后，造成實(shí)際作用于堵塞物上的酸量減少。破乳劑是一種表面活性物質(zhì)，它能使乳化狀的液體結(jié)構(gòu)破壞，以達(dá)到乳化液中各相分離的目的。原油破乳是指利用破乳劑的化學(xué)作用將乳化狀的油水混合液中油和水分離，使之達(dá)到原油脫水的目的。破乳劑目前存在的問(wèn)題是破乳后的液體再次起泡難度大。因此，有必要針對(duì)以上問(wèn)題研制全新的藥劑。

1 自生酸除垢破乳凈化劑研制

為達(dá)到生成鹽酸的目的，實(shí)驗(yàn)對(duì)比了3種反應(yīng)類型，分別是：

1）烴的氯代衍生物水解形成醇和鹽酸：

2）酰氯化合物水解產(chǎn)生鹽酸和有機(jī)酸：

3）羰基化合物與金屬鹽的反應(yīng)：

考慮到藥劑成本 （羰合物1300元/t、銨鹽1200元/t）、生成鹽酸的質(zhì)量以及反應(yīng)控制難度等方面的因素，最終確定選擇羰基化合物與金屬鹽反應(yīng)的模式。羰合物A與銨鹽體系產(chǎn)酸終質(zhì)量分?jǐn)?shù)近20%，且原材料價(jià)格較低，具有實(shí)際應(yīng)用的可行性（見表1）。

表1 羰合物A與銨鹽反應(yīng)情況

2 藥劑性能評(píng)價(jià)

藥劑體系表面張力值僅為26.86 N/m，能夠降低殘酸在碳酸鹽巖表面鋪展程度和層內(nèi)滲流阻力。

藥劑可在井筒或近井帶持續(xù)生酸，凈化反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。常規(guī)酸與巖石反應(yīng)于15 min內(nèi)結(jié)束，自生酸藥劑反應(yīng)時(shí)間是1 h 40 min。由圖1可見，自生酸產(chǎn)生的鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)慢慢升高，說(shuō)明自生酸藥劑可以有效作用于儲(chǔ)層裂縫深處。常規(guī)酸液反應(yīng)速度過(guò)快的原因是體系本身具有的H+擴(kuò)散太快，自生酸反應(yīng)慢的原因是體系內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生H+后才擴(kuò)散。

圖1 鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化情況

自生酸藥劑生成鹽酸初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，且呈現(xiàn)飽和性，其對(duì)管柱的腐蝕性僅為常規(guī)鹽酸的25%；自生酸藥劑具有持續(xù)生酸能力，低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的自生酸就可以達(dá)到常規(guī)高濃度鹽酸的解堵效果。另外，生成鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)可調(diào)，最高可達(dá)20%（見圖2）。

自生酸藥劑與地層液體配伍性好，不會(huì)產(chǎn)生沉淀現(xiàn)象；藥劑進(jìn)入儲(chǔ)層內(nèi)，可使裂縫或孔隙內(nèi)乳化堵塞物破乳，破乳率可達(dá)95%，達(dá)到凈化目的。

圖2 儲(chǔ)層裂縫中鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

一般來(lái)說(shuō)，起泡和破乳是一對(duì)矛盾體，因此井底泡排劑乳化的難題一直難以解決。但采用自生酸藥劑體系后，能夠較好地實(shí)現(xiàn)破乳，破乳后，再次泡排效果良好。而且，破乳后的液體再次加注泡排劑XHY-4K后，其起泡性能與破乳前相比，降低較小。泡沫到達(dá)模擬井筒裝置上部出口時(shí)計(jì)時(shí)，測(cè)量10 min后泡沫帶出的攜液量，記錄泡沫高度衰減一半的時(shí)間即為半衰期t1/2（見表2）。

表2 自生酸藥劑對(duì)102-3井積液動(dòng)態(tài)攜液影響

自生酸凈化藥劑屬弱酸性體系［5-7］，能緩慢釋放出H+，H+可與污染物反應(yīng)，達(dá)到凈化井底的作用。為降低對(duì)管柱的腐蝕程度，該弱酸體系釋放出的H+質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于3%。

3 自生酸與泡排劑配伍性實(shí)驗(yàn)

目前已有解水鎖藥劑、泡排劑［8］、除垢劑及井底凈化藥劑，主要是對(duì)自生酸凈化藥劑的配伍性進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要是其攜水性能。評(píng)價(jià)方法采用SY/T 6465—2000《泡沫排水采氣用起泡劑評(píng)價(jià)方法》中的動(dòng)態(tài)攜液評(píng)價(jià)方法。

具體操作方法：配制200 mL待測(cè)樣品溶液，恒溫至指定溫度；向帶有刻度的泡沫管柱內(nèi)緩慢注入樣品溶液，以20.95 mL/s的氮?dú)饬髁窟M(jìn)行測(cè)定，泡沫柱內(nèi)形成的泡沫被氣流帶出。攜液率=泡沫攜帶出液體體積/試樣總體積×100%。

由圖3可知，自生酸藥劑與FA-2的復(fù)配藥劑，半衰期可達(dá)100 s，而攜液率也提高至40%以上。

圖3 凈化藥劑與泡排劑配伍實(shí)驗(yàn)

4 復(fù)配藥劑近井儲(chǔ)層凈化性能評(píng)價(jià)

采用巖心驅(qū)替法，具體操作步驟如下。

1）在同一塊取心樣上鉆取多塊巖心，切成長(zhǎng)度大致相同的巖樣，將巖樣放在烘箱中105℃下烘24 h后置于干燥皿中待用，中間容器盛裝井底污染物，凈化時(shí)盛裝復(fù)配藥劑。

2）巖樣建立初始飽和度并裝入巖心夾持器，加上10.0MPa的圍壓，利用減壓閥緩慢調(diào)整輸入的氮?dú)鈮毫Γ考訅?.5MPa觀察5 min），直到皂沫流量計(jì)中有氮?dú)饬鞒觥４藭r(shí)的氮?dú)鈮毫槌跏己柡投认聨r心的啟動(dòng)壓力，調(diào)整一定的測(cè)試壓力，用皂沫流量計(jì)記錄氮?dú)饬髁?，?jì)算巖樣的初始滲透率K0：

式中：K0為巖心初始滲透率，μm2；Q0為在大氣壓 p0下氣體的體積流量，m3/s；μ為通過(guò)巖心的氣體的黏度，mPa·s；L為巖心長(zhǎng)度，cm；A為巖心截面積，cm2；p1為巖心入口壓力，MPa；p2為巖心出口壓力，MPa。

3）用污染液在一定驅(qū)替壓力、圍壓下反向污染巖心2 h。

4）正向驅(qū)氮?dú)猓脺p壓閥緩慢調(diào)整輸入的氮?dú)鈮毫Γ考訅?.5MPa觀察5 min），直到皂沫流量計(jì)中有氮?dú)饬鞒?，測(cè)定巖樣水鎖后滲透率K1，計(jì)算巖心傷害率為。

5）采用復(fù)配藥劑浸泡污染巖心2 h后，反向測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)鹽水滲透率K2，與初始滲透率對(duì)比，測(cè)定其巖心滲透率恢復(fù)率為。

將長(zhǎng)度為4.22 cm，直徑為2.53 cm的巖心進(jìn)行復(fù)配藥劑巖心滲透率、恢復(fù)率測(cè)定實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。對(duì)加注凈化藥劑前后的地層采出水進(jìn)行對(duì)比，外觀上來(lái)看，可將乳狀液酸洗至澄清狀態(tài)。

表3 凈化藥劑與泡排劑復(fù)配后巖心滲透率、恢復(fù)率

5 結(jié)論

1）研制出了自生酸井底凈化藥劑，該藥劑兼具除垢和解除泡排劑乳化的功能，且與泡排劑配伍性良好，可實(shí)現(xiàn)泡排劑破乳后的二次起泡。

2）研制的自生酸破乳除垢藥劑，具有良好的破乳、除垢性能，并且在破乳后再次加入泡排劑后，起泡效果較好。

3）室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明自生酸具有良好的除垢、破乳及破乳后繼續(xù)泡排的性能，凈化藥劑由于能不斷生成H+，H+持續(xù)與污染物反應(yīng)，因此，其凈化作用效果最好，可填補(bǔ)目前凈化藥劑中的空缺。

［1］田軍.原油破乳劑的研究應(yīng)用與發(fā)展方向探析［J］.中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2017，24（4）：83-84.

［2］劉敬平，劉煒，沈愉，等.硫酸鍶垢除垢劑的影響因素研究［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2012，29（2）：19-21.

［3］李峰，張冬冬.姬塬油田油層結(jié)垢技術(shù)處理研究［J］.遼寧化工，2015，44（6）：694-698，701.

［4］顏明，梁玉凱，宋立志，等.潿洲11-1N油田管柱結(jié)垢機(jī)理及除垢劑性能評(píng)價(jià)［J］.油氣田地面工程，2015，34（1）：14-15.

［5］王洋，袁清蕓，李立.塔河油田碳酸鹽巖儲(chǔ)層自生酸深穿透酸壓技術(shù)［J］.石油鉆探技術(shù)，2016，44（5）：90-93.

［6］孫駿，伊向藝，戴亞婷，等．酸液濃度對(duì)酸壓改造效果影響實(shí)驗(yàn)研究：以膠凝酸為例［J］．科學(xué)技術(shù)與工程，2014，14（33）：196-200，206.

［7］方裕燕，張燁，楊方政，等．一種高溫就地自生酸酸液體系的性能評(píng)價(jià)［J］．油田化學(xué)，2014，31（2）：191-194，198.

［8］周默.抗油抗鹽型自生氣泡排棒研制及性能評(píng)價(jià)［D］.荊州：長(zhǎng)江大學(xué)，2015.

（編輯 孫薇）

Performance and experimental evaluation of self-generating acid agent for descaling,demulsification and cleaning acid

WANG Mian1,CHEN Jun2,ZHAO Zhejun3
(1.School of Graduate,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,China;2.School of Oil and Natural Gas Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,China;3.Engineering Technology Research Institute,Southwest Oil and Gas Company,SINOPEC,Deyang 618000,China)

Considering the deficit and imperfect of recent cleaning drugs in some ways of wellbore descaling and demulsification,this paper researches the self-generating acid of cleaning drug and demonstrates the compatibility of cleaning drug and foaming agent.Based on the above,a new cleaning drug was prepared and the cleaning effect was evaluated through indoor experiments.The drug has the function of descaling and removing the demulsification of foaming agent,and also has good compatibility with the foaming agent,which can realize the agent′s second foaming after agent′s demulsification.Indoor experiment shows the descaling effect can achieve 100%and the permeability recovery rate is up to 87.7%.Since the cleaning drug can continuously produce H+and react with pollutants,it shows better cleaning effect than common drugs.

self-acid agent;descaling;demulsification;compatibility;purification and cleaning agent

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“產(chǎn)水氣井井下節(jié)流攜液機(jī)理研究”（51104125）

TE357

A

10.6056/dkyqt201706024

2017-05-30；改回日期：2017-09-20。

王綿，女，1991年生，在讀碩士研究生，主要從事油氣田開發(fā)方面的科研工作。E-mail：1197855171@qq.com。

王綿，陳軍，趙哲軍.自生酸除垢破乳凈化劑工藝性能及實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)［J］.斷塊油氣田，2017，24（6）：844-846.

WANG Mian，CHEN Jun，ZHAO Zhejun.Performance and experimental evaluation of self-generating acid agent for descaling，demulsification and cleaning agent［J］.Fault-Block Oilamp;Gas Field，2017，24（6）：844-846.