含聚污水回注儲(chǔ)層解堵復(fù)合添加劑研發(fā)

許小溪 何文祥

摘 ?????要：為降低含聚合物污水回注地層后對(duì)儲(chǔ)層物性的損傷，借助化學(xué)分析的方法對(duì)含聚污水的成分進(jìn)行了深入的分析，從含聚污水造成堵塞的具體原因出發(fā)，研制了以氧化劑、表活劑和洗油劑為主要成分的降解劑;為了有效防止污染物沉積于孔道壁面及提升解堵劑的解堵性能，研制了孔道防堵劑和潤(rùn)濕劑;為了能夠防堵劑對(duì)管線以及井筒造成腐蝕、避免地層中的粘土礦物與解堵劑發(fā)生反應(yīng)，研制了儲(chǔ)層解堵復(fù)合添加劑。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，配制的含聚污水解堵配方即能夠起到良好的作用，對(duì)于孔道也有著良好的保護(hù)作用，具有一定的推廣意義。

關(guān) ?鍵 ?詞：聚合物驅(qū)油;儲(chǔ)層解堵;污水回注;復(fù)合添加劑

中圖分類號(hào)：TE 357 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）03-0534-05

Abstract： In order to reduce the damage of reservoir physical properties caused by polymer-containing sewage reinjection into formation， the composition of polymer-containing sewage was analyzed in depth by means of chemical analysis method. Starting from the specific causes of blockage caused by polymer-containing sewage， a degrading agent with oxidant， surfactant and oil-washing agent as the main components was developed. In order to effectively prevent pollutants from depositing on the pore wall and enhance the performance of blockage-removing agent， blockage preventing agent and wetting agent were developed. In order to prevent the corrosion of pipelines and wellbore caused by blockage inhibitors and avoid the reaction between clay minerals and blockage removal agents in formation， a composite additive for reservoir blockage removal was developed. The experimental study showed that the plugging removal formula played a good role， and also had good protective effect on the channel.

Key words： Polymer flooding; Reservoir plugging removal; Sewage reinjection; Compound additives

聚驅(qū)工業(yè)隨著規(guī)模的不斷擴(kuò)大、注聚時(shí)間不斷延長(zhǎng)，采出液含聚濃度逐年提升，對(duì)于污水處理設(shè)備也造成了比較大的壓力[1]。由于污水經(jīng)過(guò)處理后仍然含有大量聚合物，同時(shí)含有大量硫化物、細(xì)菌、油等雜質(zhì)，對(duì)地層造成了比較嚴(yán)重的污染，致使油層滲透率下降，聚合物驅(qū)油工業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)注入量下降、注入壓力迅速升高的現(xiàn)象，若用常規(guī)的解聚技術(shù)和酸化技術(shù)處理，所取得了解堵效果十分有限[2-4]。因此，需要對(duì)含聚合物污水的儲(chǔ)層解堵技術(shù)進(jìn)行深入的研究。

當(dāng)前我國(guó)在針對(duì)含聚合物污水儲(chǔ)層解堵方面的研究相對(duì)較少，研究?jī)?nèi)容主要集中在含聚合物污水的處理方面，新形勢(shì)下的研究工作還需要進(jìn)一步加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)研究，對(duì)含聚合物污水的處理技術(shù)進(jìn)行更進(jìn)一步的改進(jìn)與探索[5-8]。含聚污水中含有原油成分，一部分重質(zhì)成分和這些殘余油很容易在近井地帶的孔道附著，進(jìn)而出現(xiàn)堵塞問(wèn)題。這就需要專門(mén)針對(duì)地層中膠質(zhì)瀝青、蠟、原油所造成的堵塞進(jìn)行處理[9，10]。根據(jù)含除污水的性質(zhì)和特殊，本次研究決定在氧化劑和表活劑的基礎(chǔ)上配制解堵劑，使聚合物堵塞問(wèn)題得到有效的解決。

1 ?表面活性劑和氧化劑篩選

表面活性劑能夠減輕聚合物黏度，對(duì)聚合物起到降解作用。因此，對(duì)表面活性劑進(jìn)行了專門(mén)的調(diào)配。

1.1 ?初選表面活性劑

實(shí)驗(yàn)所需要的儀器與藥品：恒溫水裕;旋轉(zhuǎn)攪拌器;電子天平;秒表;品式黏度計(jì);2 500萬(wàn)HPAM;表面活性劑。

1.1.1 ?實(shí)驗(yàn)流程

以2 500 mg/L的質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)為聚丙烯酰胺進(jìn)行配制;取聚丙烯酰胺溶液15 g并將其置于塑料試管中;于塑料試管中加入適量經(jīng)過(guò)配制的表面活性劑;于烘干箱中旋轉(zhuǎn)試管，經(jīng)過(guò)1日的靜置后，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行記錄。

1.1.2 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在聚丙烯酰胺配環(huán)境下，各種不同種類表面活性劑（濃度為0.5%）的降解效果見(jiàn)表1。

1.2 ?優(yōu)選表面活性劑

取含聚污水20 g，將其置于塑料試管中;配制0.5%表活劑，于塑料試管中加入20 g配制好的表面活性劑。1 d后記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。經(jīng)過(guò)PMTN、JH-0910、JH-1203分別作用后，樣本黏度為0.96、5.4、6.25 mPa·s，降解率為91%、32%、21%。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，降解率最高的是PMTN，納入選定。

1.3 ?初選氧化劑

以2 500 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)2 500萬(wàn)聚丙烯酰胺進(jìn)行調(diào)配，于試管中加入聚丙烯酰胺，1 d后記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，雙氧水、Y-1、S-1有著較好的降黏效果，而雙氧水化學(xué)性質(zhì)不夠穩(wěn)定，在光照環(huán)境下容易揮發(fā)，在實(shí)際的使用過(guò)程中會(huì)面臨一定的安全性問(wèn)題，因此排除該試劑。以下借助含聚污水的降解實(shí)驗(yàn)來(lái)優(yōu)選其他氧化劑。

1.4 ?優(yōu)選氧化劑

1.4.1 ?實(shí)驗(yàn)流程

取污水10 g并置入試管;加入氧化劑10 g;1 d后記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。將塑料試管置于烘箱中，經(jīng)過(guò)1 d后，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行記錄。

1.4.2 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)乙酸、硼酸、S-1、Y-1作用后，樣本黏度分別為1.85、1.69、1.71、0.89 mPa·s，降解率分別為76.76%、78.77%、78.52%、88.82%。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，解堵效果最好的是Y-1，聚合物降解率達(dá)到80%。因此，本次研究針對(duì)Y-1進(jìn)行濃度優(yōu)化，對(duì)聚合物環(huán)境下各濃度氧化劑的解堵效果進(jìn)行考察。

1.5 ?氧化劑和表面活性劑濃度的優(yōu)化

1.5.1 ?實(shí)驗(yàn)流程

取污水樣本10 g并置入塑料試管;將各種濃度的Y-1和PMTN置入試管;于烘箱中靜置試管，經(jīng)過(guò)1日的反應(yīng)后，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行記錄。

1.5.2 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了對(duì)各氧化劑的降解效果進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)，通過(guò)品式黏度計(jì)來(lái)測(cè)定降解后的污水樣本黏度。

PMTN各濃度溶液黏度計(jì)系數(shù)均為0.030 51。0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%PMTN分別與污水樣本作用66、59、53、43、40 s后，污水樣本黏度為2.01、1.80、1.42、1.31、1.22 mPa·s，降解率為76%、78%、83%、84%、84%。

Y-1各濃度溶液黏度計(jì)系數(shù)均為0.030 51。0.5%、1%、1.5%、2%、3%Y-1分別與污水樣本作用117、83、77、70、69 s后，污水樣本黏度為3.57、2.35、2.35、2.14、2.11 mPa·s，降解率為57%、70%、72%、74%、75%。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，各濃度Y-1和PMTN有著較高的聚合物降解率水平，能夠降低污水黏度達(dá)50%以上。在氧化劑和表面活性劑濃度不斷提高的過(guò)程中，其降解率也會(huì)隨之相應(yīng)地增加。然而，在PMTN濃度超過(guò)0.3%、Y-1濃度超過(guò)1%的情況下，污水降解率不會(huì)出現(xiàn)更加明顯的增加，出于應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)因素兩方面的考慮，本次研究采用0.3%PMTN+1%Y-1的降解調(diào)配方案。

2 ?巖石粉末溶蝕劑

2.1 ?確定HCl濃度

心粉末樣品;分別取6%、8%、10%、12%的稀鹽酸;碾碎巖心，以10目篩子過(guò)篩;取適量巖心粉，將該質(zhì)量記為m1，各自加入濃度不同的稀鹽酸15 mL，對(duì)巖心粉進(jìn)行均勻攪拌，充分潤(rùn)濕巖心粉，于恒溫箱45 ℃環(huán)境下密封靜置;4 h后，對(duì)其進(jìn)行沖洗處理，至濾液呈中性;將殘留樣本和濾紙置于100 ℃環(huán)境下烘干;將其總質(zhì)量記為m2。以各種不同嘗試的HCl濃度分別進(jìn)行以上實(shí)驗(yàn)，對(duì)所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，相應(yīng)地計(jì)算出腐蝕率，采用溶蝕率=（m1-m2）/m1的計(jì)算方法，可得出如下所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表3）。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，隨著HCl濃度的增加，巖心粉溶蝕率也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)增加，若繼續(xù)提升HCl的濃度，所體現(xiàn)出來(lái)的溶蝕效果則不會(huì)出現(xiàn)明顯的增強(qiáng)因此以8%稀鹽酸為溶蝕解堵液。

2.2 ?確定HF濃度

滲透砂巖地層巖心粉末，HF溶液濃度分別為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，以各種不同濃度的HF溶液分別進(jìn)行以上實(shí)驗(yàn)，得到如下所示的實(shí)驗(yàn)效果（表4）。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，氫氟酸對(duì)于砂巖地層的處理效果更佳，但過(guò)量使用會(huì)對(duì)巖石骨架強(qiáng)度造成弱化。出于應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)因素兩方面的考慮，本次研究決定以1.5%HF為溶蝕解堵解。

3 ?孔道潤(rùn)濕劑

在不斷增加污水注入量的過(guò)程中，會(huì)相應(yīng)地提升注入壓力，堵塞物致密度隨之增加，所造成的堵塞很難清除。傳統(tǒng)的酸化解堵方法難以注入藥劑，堵塞半徑十分有限，難以充分作用于污染區(qū)域，解封效果有著十分明顯的局限性。因此，本次研究從降低解堵藥劑界面張力和黏度的角度出發(fā)，重點(diǎn)提升藥劑作用半徑以及藥劑注入能力，使藥劑能夠與堵塞物核心充分滲入，在進(jìn)行后續(xù)處理之前，先將解堵通道打開(kāi);提升儲(chǔ)層中藥劑的注入深度。針對(duì)儲(chǔ)層滲透較低的這一特性，以實(shí)際巖石作為樣本，對(duì)孔道潤(rùn)濕劑進(jìn)行復(fù)配。

3.1 ?初選孔道潤(rùn)濕劑

將常規(guī)滲透劑配制為不同濃度的溶液;將常規(guī)滲透劑溶液置入燒杯中，將帆布平放在液面上，帆布邊長(zhǎng)為3 cm，對(duì)帆布下沉至底部的時(shí)間記錄下來(lái)，得得沉降時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，沉降時(shí)間最長(zhǎng)的是0.1%常規(guī)滲透劑，降低時(shí)間最短的是0.7%常規(guī)滲透劑，表面活性劑濃度與沉降時(shí)間成反比。因此，本次研究出于應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)因素兩方面的考慮，決定采用0.3%表活劑進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?/p>

4 ?孔道防堵劑

由于低滲透儲(chǔ)層巖石容易形成堵塞，孔隙狹小，若以傳統(tǒng)酸化方法進(jìn)行處理，很容易造成二次孔道堵塞，解封時(shí)效不長(zhǎng)。因此，采用儲(chǔ)層孔道保護(hù)方法，還需要對(duì)孔道防堵劑進(jìn)行調(diào)配，其主要目的在于使解堵處理的有效期進(jìn)一步延長(zhǎng)。

4.1 ?合成巖石孔道防堵劑

本次研究采用無(wú)水乙醚、異丙醇、等原料，借助聚合綜合反應(yīng)，調(diào)配了PPA-A、PPA-B、PPA-C三種巖石孔道防堵劑，均具備陽(yáng)離子表面活性劑的性質(zhì)。三種防堵劑均在50 ℃環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，并且測(cè)定其黏度。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，前兩種均為粘稠狀淡黃色液體，黏度分別為9 200、5 200 mPa·s。第三種為蠟狀淡黃色物體，黏度為4 450 mPa·s。

4.2 ?實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)所需要的儀器與藥品：錐形瓶;天平;巖心顆粒;巖石孔道防堵劑。測(cè)定靜態(tài)吸附規(guī)律。

取塑料瓶4支，分別將其標(biāo)為1～4號(hào)。分別根據(jù)0.30%、0.50%、0.75%、1.00%的濃度進(jìn)行調(diào)配，經(jīng)過(guò)均勻混合后，靜置15 min。

4.3 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果

取塑料瓶4支，分別將其標(biāo)為1～4號(hào)。分別根據(jù)0.30%、0.50%、0.75%、1.00%的濃度進(jìn)行調(diào)配，經(jīng)過(guò)均勻混合后，靜置15 min。不同濃度PPA-A、PPA-B、PPA-C吸附效果實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，溶液濃度與巖樣表面上的巖石孔道防堵劑的吸附量成正比。靜態(tài)吸附效果最好的是PPAA，0.50%PPA-A可以達(dá)到41.80%的吸附率水平。

5 ?室內(nèi)巖心模擬實(shí)驗(yàn)

5.1 ?實(shí)驗(yàn)流程

抽取人造巖中的空氣至真空狀態(tài)，并對(duì)其進(jìn)行烘干處理，獲取其底面積和長(zhǎng)度;設(shè)飽和鹽水測(cè)巖心的水測(cè)滲透率為K1;注模擬結(jié)垢溶液;經(jīng)過(guò)幾次循環(huán)，直至出現(xiàn)過(guò)量趨勢(shì);設(shè)注飽和鹽水測(cè)堵塞后的滲透率為K2。

在第一步、第二步操作完成后，注入巖石孔道防堵劑。于巖心中緩慢注入巖石孔道防堵劑，完全驅(qū)替巖心內(nèi)部的飽和鹽水，停泵，經(jīng)過(guò)12 h的靜置后待測(cè)。設(shè)處理后的滲透率為K3;計(jì)算防堵率與防滲率。

5.2 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7，分析可知效果最好的是0.5%PPA-A，確定其為巖石孔道防堵配方。

6 ?復(fù)合添加劑研發(fā)

6.1 ?實(shí)驗(yàn)流程

將Y-1和1.5%HF+8%HCl調(diào)配成80 mL解堵劑，配制各種質(zhì)量濃度不同的緩蝕劑;取經(jīng)過(guò)清洗的鋼片并進(jìn)行烘干處理，將其質(zhì)量記為m1并進(jìn)行測(cè)量;于容器中放置解堵液并密封，于水浴45 ℃恒溫環(huán)境下靜置10～15 min;于酸液中置入鋼片，經(jīng)歷4 h的反應(yīng);將鋼片取出并進(jìn)行烘干處理，將其質(zhì)量記為m2并進(jìn)行測(cè)量，對(duì)腐蝕率進(jìn)行計(jì)算。

6.2 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2%甲醛腐蝕率為6.05 g·m-2·h-1;0.5%DYHS腐蝕率為2.28 g·m-2·h-1;0.5%HLX腐蝕率為9.14 g·m-2·h-1;0.5%鉆采緩蝕劑腐蝕率為6.88 g·m-2·h-1。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，DYHS緩蝕劑腐蝕率最低，體現(xiàn)出了良好的緩蝕效果。接下來(lái)借助靜態(tài)腐蝕試驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化DYHS的濃度，所得實(shí)驗(yàn)下結(jié)果如表8所示。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，DYHS緩蝕劑的濃度與針對(duì)解堵酸液的緩蝕效果之間成正比。然而，在緩蝕劑濃度超過(guò)0.7%的情況下，增加其濃度，所得到的緩蝕效果并未出現(xiàn)明顯的提升，確定0.7%DYHS為地層顆粒溶蝕劑的緩蝕劑。

7 ?結(jié) 論

經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，本次研究所配制的解堵劑對(duì)于污水達(dá)到了30%以上的解堵率水平，對(duì)于油層有著比較大的傷害，對(duì)巖心達(dá)到85%以上的解堵率水平，體現(xiàn)出了顯著的解堵效果。由此可知，本次研究所配制的含聚污水解堵配方即能夠起到良好的作用，對(duì)于孔道也有著良好的保護(hù)作用，應(yīng)用價(jià)值值得推廣。

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