海上油田聚表二元復(fù)合體系組成快速檢測(cè)技術(shù)

李強(qiáng) 呂鑫 梁守成 王大威 胡科

1.海洋石油高效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2.中海油研究總院

聚表二元復(fù)合驅(qū)技術(shù)已經(jīng)在渤海A油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用，現(xiàn)已形成8口注入井，22口受效井的規(guī)模，成為海上油田穩(wěn)油控水的重要技術(shù)之一[1]。二元復(fù)合體系注采實(shí)施過(guò)程中，由于注入流體和地層自身性質(zhì)，不可避免地會(huì)產(chǎn)出聚合物和表面活性劑，其組分質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)是生產(chǎn)管理及科研工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)于油藏方案調(diào)整、動(dòng)態(tài)跟蹤評(píng)價(jià)、驅(qū)油效果分析、采出液處理方案制定及藥劑篩選，甚至后續(xù)驅(qū)油體系的設(shè)計(jì)優(yōu)化具有非常重要的意義[2-5]。

傳統(tǒng)的淀粉-碘化鎘質(zhì)量濃度檢測(cè)方法只能檢測(cè)溶液中聚合物的質(zhì)量濃度，無(wú)法檢測(cè)二元復(fù)合體系中表面活性劑的質(zhì)量濃度[6-10]。國(guó)內(nèi)勝利油田可采用色譜分離法檢測(cè)聚表二元復(fù)合驅(qū)油體系各組分質(zhì)量濃度，但是由于使用液相色譜儀設(shè)備龐大、費(fèi)用高、分析測(cè)試周期長(zhǎng)，大規(guī)模適用受到限制，在海上油田不具備適用性。其他方法(如黏度法、濁度法、超濾濃縮薄膜干燥法等)的采出液中聚合物質(zhì)量濃度檢測(cè)誤差大[11-13]、重現(xiàn)性差，而且傳統(tǒng)質(zhì)量濃度檢測(cè)從取樣-測(cè)試-動(dòng)態(tài)跟蹤調(diào)整的循環(huán)周期約需1～2個(gè)月時(shí)間，時(shí)間成本高，時(shí)效性不能保證，與生產(chǎn)的緊迫需求相矛盾。因此，迫切需要建立一種聚表二元復(fù)合驅(qū)油體系質(zhì)量濃度快速檢測(cè)技術(shù)方法，對(duì)持續(xù)保證二元復(fù)合驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施質(zhì)量和降本增效具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 技術(shù)原理

COD(化學(xué)需氧量)法可作為有機(jī)物質(zhì)(聚合物、表面活性劑等)相對(duì)含量的一項(xiàng)綜合性指標(biāo)。因此,通過(guò)COD值可以檢測(cè)水樣中有機(jī)物質(zhì)包括聚合物和表面活性劑等的總化學(xué)需氧量。

采用定氮法測(cè)定聚表二元復(fù)合驅(qū)油體系中聚合物質(zhì)量濃度。通過(guò)采用微濾膜的截污過(guò)聚方法，去除了對(duì)質(zhì)量濃度檢測(cè)影響最大的乳化油，將聚合物中的酰胺基轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，利用雙波長(zhǎng)法扣減其他有機(jī)物的吸收，得到含氮量，根據(jù)水解度計(jì)算出聚合物質(zhì)量濃度，原理示意圖見(jiàn)圖1。

通過(guò)對(duì)聚表二元體系采出液中聚合物和表面活性劑質(zhì)量濃度與COD值建立函數(shù)相關(guān)性，將二元復(fù)合驅(qū)油體系的總COD值扣除水樣中的背景COD值，再減去聚合物所占的COD值，剩余COD值為表面活性劑的COD值，最后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線函數(shù)便可將表面活性劑的COD值轉(zhuǎn)換為質(zhì)量濃度值。

1.2 藥劑和儀器

A油田注入污水、 HPAM(相對(duì)分子質(zhì)量約為1 200萬(wàn)，水解度約為25%)、表面活性劑HDS(有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%)。

WTW公司6100 VIS型分光光度計(jì)、CR3200型消解儀、Spectroquant公司的25～1 500 mg/L COD值測(cè)量管(14541)、10～150 mg/L總氮測(cè)量管(14763)及其附帶藥品N-1K、N-2K和N-3K。

1.3 基本步驟

(1) 用帶有長(zhǎng)針頭的注射器吸取待測(cè)樣品中間溶液，采用0.45 μm核孔濾膜過(guò)濾。

(2) 測(cè)試二元復(fù)合體系溶液樣品中總的COD總。

(3) 測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)水樣的COD背景。

(4) 通過(guò)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線將聚合物的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換成COD聚。

(5) 表面活性劑的COD表=COD總-COD背景-COD聚。

(6) 將COD表轉(zhuǎn)換為表面活性劑質(zhì)量濃度。

1.4 背景值

(1) COD值。注采系統(tǒng)溶液中的微生物、采出液處理流程中的添加藥劑等有機(jī)物質(zhì)會(huì)對(duì)COD值產(chǎn)生較大影響，計(jì)算時(shí)作為背景值應(yīng)予以扣除。

(2) 總氮值。注入水或產(chǎn)出液處理流程中添加的藥劑等有機(jī)氮類化合物、溶液中含有的無(wú)機(jī)氮(硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨鹽)等化合物會(huì)對(duì)聚合物總氮值產(chǎn)生較大影響，計(jì)算時(shí)應(yīng)予以扣除。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 檢測(cè)精度分析

采用A油田現(xiàn)場(chǎng)注入污水、注入藥劑(SNF3640C聚合物、表面活性劑)，配制3組已知質(zhì)量濃度的二元復(fù)合體系溶液，采用COD-定氮聯(lián)作法檢測(cè)每個(gè)樣品組分質(zhì)量濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 COD?定氮聯(lián)作方法檢測(cè)結(jié)果對(duì)比Table1 ComparisonofdetectionresultsofCOD?fixednitrogencombinedapproachg/m3編號(hào)配制已知質(zhì)量濃度溶液COD?定氮聯(lián)作方法檢測(cè)ρ(聚合物)ρ(表面活性劑)ρ(聚合物)ρ(表面活性劑)150010004871026210002000102821831500300014773083

由表1可知，通過(guò)與室內(nèi)預(yù)先配制一定濃度的目的液進(jìn)行比對(duì)，運(yùn)用該方法檢測(cè)得到的聚合物和表面活性劑質(zhì)量濃度測(cè)定結(jié)果與所配制質(zhì)量濃度基本一致，檢測(cè)精度較高，誤差可控制在3%以內(nèi)。

2.2 聚合物與表面活性劑標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

通過(guò)設(shè)計(jì)一系列純聚合物和純表面活性劑質(zhì)量濃度梯度溶液，測(cè)量其COD值，研究聚合物質(zhì)量濃度和表面活性劑質(zhì)量濃度與測(cè)量出的COD值之間相對(duì)變化關(guān)系，運(yùn)用數(shù)學(xué)手段數(shù)據(jù)分析，獲得聚合物質(zhì)量濃度-COD值關(guān)系曲線(y=1.023x)，與表面活性劑質(zhì)量濃度-COD值關(guān)系曲線(y=0.592x)，分別見(jiàn)圖2、圖3。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在海上平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)取樣后，用5 mL注射器抽取樣品4 mL，手推注射通過(guò)0.45 μm濾膜針式過(guò)濾器，獲得一定量透明清液。微濾膜針式過(guò)濾器起到了純化采出液的作用，平臺(tái)采出液經(jīng)處理后，顏色由黑色渾濁變得澄清透明，肉眼看不到任何油類及固體懸浮類雜質(zhì)。通過(guò)運(yùn)用COD-定氮聯(lián)作方法檢測(cè)二元復(fù)合體系的組分質(zhì)量濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

3.1 注入端

在二元復(fù)合驅(qū)注入井采油樹(shù)位置取樣，獲取約100 mL樣品，通過(guò)一系列樣品處理、檢測(cè)，獲得二元復(fù)合體系組分質(zhì)量濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)注入方案中二元復(fù)合體系質(zhì)量濃度對(duì)比，采用COD-定氮聯(lián)作方法檢測(cè)計(jì)算的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際注入質(zhì)量濃度基本一致。

表2 A油田平臺(tái)二元復(fù)合體系注入端樣品檢測(cè)結(jié)果Table2 Testresultsoftheinjectionendsamplesofthepolymer/surfactantcompoundsysteminanoilfieldg/m3取樣點(diǎn)總COD值ρ(總氮)聚合物COD值ρ(聚合物)ρ(表面活性劑)Z?1547067115410652446Z?2605085143613512744Z?3587073124911612751Z?4515074126311762017Z?5567780137212722535

3.2 采出端

在二元復(fù)合驅(qū)受效生產(chǎn)井井口取樣，檢測(cè)得到采出端樣品的組分質(zhì)量濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)可知，上述生產(chǎn)井均有聚合物和表面活性劑產(chǎn)出，且質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)存在差異，說(shuō)明二元復(fù)合體系在多孔介質(zhì)運(yùn)移過(guò)程中，受地層非均質(zhì)性或大孔道影響，受效井見(jiàn)聚時(shí)間和質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)差別較大。因此，二元復(fù)合驅(qū)生產(chǎn)過(guò)程中要對(duì)產(chǎn)出質(zhì)量濃度及時(shí)跟蹤、對(duì)增產(chǎn)措施(調(diào)剖、解堵等)要合理配套，從而保證更好的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果。

表3 A油田二元復(fù)合體系生產(chǎn)端樣品檢測(cè)結(jié)果Table3 Testresultsoftheproductendsamplesofthepolymer/surfactantcompoundsysteminanoilfieldg/m3取樣點(diǎn)總COD值ρ(總氮)聚合物COD值表面活性劑COD值ρ(聚合物)ρ(表面活性劑)C?12230341541076133966C?2185054374476324427C?318108470410660995C?4128032132148114133C?5214068528612457549C?6138032132248114223

3.3 處理流程

在生產(chǎn)流程中各節(jié)點(diǎn)取樣，檢測(cè)流程中重要節(jié)點(diǎn)的組分質(zhì)量濃度，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 A油田采出端處理流程樣品檢測(cè)結(jié)果Table4 Testresultsoftheprocessflowofthepolymer/surfactantcompoundsysteminanoilfieldg/m3取樣點(diǎn)總COD值ρ(總氮)聚合物COD值表面活性劑COD值ρ(聚合物)ρ(表面活性劑)西區(qū)綜合油樣193046286644248578V?1油相出口19403011083095745V?2水相出口185074594256514230V?3水相出口1410244436638329V?4水相出口157035165405143364V?5入口143038198232171208V?6出口153040220310190278二期污水186042242618210555

由檢測(cè)結(jié)果可知，原油/污水處理流程中均有一定質(zhì)量濃度的聚合物和表面活性劑，目前生產(chǎn)流程運(yùn)行平穩(wěn)，通過(guò)對(duì)處理流程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)，可及時(shí)獲知原油/污水處理流程中聚合物和表面活性劑的產(chǎn)出質(zhì)量濃度和處理水平，生產(chǎn)技術(shù)人員據(jù)此可科學(xué)有效地指導(dǎo)動(dòng)態(tài)跟蹤調(diào)整和采出液處理。

4 應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)效益

COD-定氮聯(lián)作檢測(cè)方法已經(jīng)在A油田成功應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該測(cè)試方法簡(jiǎn)單可靠、占用空間小、成本相對(duì)低廉，適合海上油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。與傳統(tǒng)檢測(cè)方法相比，其優(yōu)勢(shì)如表5所列。

表5 COD?定氮聯(lián)作檢測(cè)方法與傳統(tǒng)方法對(duì)比Table5 ComparisonoftraditionalmethodandCOD?fixednitrogencombinedapproach項(xiàng)目COD?定氮聯(lián)作法傳統(tǒng)淀粉?碘化鎘法檢測(cè)內(nèi)容同時(shí)檢測(cè)聚合物和表面活性劑只能檢測(cè)聚合物檢測(cè)時(shí)間2h，25個(gè)/人次2h，1個(gè)/人次儀器藥品標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試試管大量燒杯，錐形瓶測(cè)試精度誤差<3%誤差約為20%成本160元/個(gè)(聚合物+表面活性劑)600元/個(gè)(僅聚合物)安全性酸類，無(wú)揮發(fā)性有害藥品溴水，揮發(fā)有害；碘化鎘，污染環(huán)境

采用COD-定氮聯(lián)作聚表二元體系溶液組分質(zhì)量濃度快速檢測(cè)方法已應(yīng)用于A油田全部注入井(8口)、受效井(22口)產(chǎn)出液以及西平臺(tái)生產(chǎn)流程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)流體組分質(zhì)量濃度檢測(cè)。截至2016年4月25日，累計(jì)檢測(cè)注入流體組分質(zhì)量濃度312組，產(chǎn)出液組分質(zhì)量濃度檢測(cè)250組，生產(chǎn)流程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)流體質(zhì)量濃度在線檢測(cè)8組。從2015年1月開(kāi)始，該技術(shù)已在渤海油田推廣應(yīng)用，隨著海上化學(xué)驅(qū)規(guī)模不斷擴(kuò)大和在海外油田的實(shí)施，該技術(shù)將在更大范圍內(nèi)應(yīng)用。

5 結(jié) 論

(1) 采用COD-定氮聯(lián)作法，能夠同時(shí)測(cè)定注入流體和采出液中聚合物和表面活性劑的質(zhì)量濃度，可在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)注入端流體質(zhì)量和采出端流體組分質(zhì)量濃度檢測(cè)。

(2) 通過(guò)與室內(nèi)預(yù)先配制一定濃度的目的液進(jìn)行比對(duì)，運(yùn)用該方法檢測(cè)得到的聚合物和表面活性劑質(zhì)量濃度測(cè)定結(jié)果與所配制質(zhì)量濃度基本一致，誤差可以控制在3%以內(nèi)。

(3) 該方法簡(jiǎn)單可靠、使用成本相對(duì)低廉，可在平臺(tái)直接測(cè)量，已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中進(jìn)行應(yīng)用，能夠在平臺(tái)上就地檢測(cè)聚合物與表面活性劑質(zhì)量濃度，具有很強(qiáng)的推廣應(yīng)用意義。

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