弱堿三元復(fù)合驅(qū)采出液特性及處理技術(shù)研究

劉煜 安俊睿

摘 ? ? ?要：三元復(fù)合驅(qū)作為我國各大油田的主要增產(chǎn)促產(chǎn)開發(fā)技術(shù)，始終存在一定的缺陷。通過實(shí)驗(yàn)研究了弱堿三元復(fù)合驅(qū)采出液乳化程度及油水分離等相關(guān)特性，結(jié)合ZetaPALS電位儀、激光粒度儀測定了采出液擴(kuò)散雙電層電位及懸浮固體粒徑，并進(jìn)行了不同實(shí)驗(yàn)條件下的破乳劑優(yōu)選。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：弱堿三元復(fù)合驅(qū)采出液的脫水難度大于水驅(qū)，因?yàn)槠淙榛瘒?yán)重且分散度高;相比于強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)采出液，其采出液的電位絕對值降低，基本位于30～50 mV之間;隨著采出液溫度的增加，懸浮雜質(zhì)及油珠粒徑增加。

關(guān) ?鍵 ?詞：三元復(fù)合驅(qū);采出液;油水分離;ZetaPALS電位儀;破乳劑

中圖分類號：TE622.1+1 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2020）05-0782-05

Abstract： ASP flooding， as the main stimulation and development technology of major oilfields in China， always has some defects. In this paper， the emulsification degree and oil-water separation characteristics of the produced liquid in weak alkali ASP flooding were studied experimentally. The diffusion double layer potential and suspended solid particle size of the produced liquid were measured by ZetaPALS potentiometer and laser particle size analyzer， and the demulsifiers were screened under different experimental conditions. The experimental results showed that the dehydration of weak alkali ASP flooding produced fluid was more difficult than that of water flooding because of its serious emulsification and high dispersion. Compared with strong alkali ASP flooding produced fluid， the absolute potential value of produced fluid was lower， and basically was between 30 and 50 mV. With the increase of temperature of produced fluid， the suspended impurities and the particle size of oil beads increased.

Key words： ASP flooding; Produced fluid; Oil-water separation; Zeta PALS potentiometer; Demulsifier

多年來，三元復(fù)合驅(qū)一直作為我國各大油田的主要增產(chǎn)促產(chǎn)開發(fā)技術(shù)之一，但其始終存在許多缺陷，如采用三元復(fù)合驅(qū)替開采原油過程中注入體系往往會(huì)有一定量的堿、表面活性劑或者聚合物等的存在，其會(huì)對原始地層造成非常嚴(yán)重的危害[1-4]。因?yàn)榈貙迎h(huán)境等條件會(huì)對驅(qū)注體系中的堿產(chǎn)生影響使其可能與地層流體或地層沉積物發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，進(jìn)而影響地層初始的平衡態(tài)[5，6]。此外，還會(huì)增加pH值及相關(guān)離子含量，進(jìn)而增加采出液的礦化度，致使油井附近嚴(yán)重結(jié)垢，影響正常生產(chǎn)的進(jìn)行[7-9]。以上諸多不利因素均顯著限制了三元復(fù)合驅(qū)在原油開采過程中的應(yīng)用及創(chuàng)新推廣。

相比于NaOH強(qiáng)堿驅(qū)注體系，弱堿Na2CO3三元復(fù)合驅(qū)注體系不僅僅在效果作用上略強(qiáng)，在乳化能力、注采能力及采油速度等方面均強(qiáng)于前者，更重要的是在結(jié)垢方面明顯減弱[10-13]。除此之外，弱堿Na2CO3三元復(fù)合驅(qū)注體系還具有較小的腐蝕性，有利于保護(hù)油藏，其基本彌補(bǔ)了強(qiáng)堿驅(qū)注體系的不足之處，因此弱堿Na2CO3三元復(fù)合驅(qū)已經(jīng)被應(yīng)用于我國大慶油田[14，15]。盡管如此，該種技術(shù)還是不可避免地會(huì)殘留部分堿、表面活性劑和聚合物，可能會(huì)影響乳化特性及油水分離[16]。因此，本文針對弱堿Na2CO3三元復(fù)合驅(qū)采出液的乳化程度及油水分離等相關(guān)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，分析不同開采條件對采出液特性的影響，進(jìn)而為三元復(fù)合驅(qū)注原油開采提供一定的參考。

1 ?實(shí)驗(yàn)部分

1.1 ?實(shí)驗(yàn)材料及儀器

實(shí)驗(yàn)材料：采出液樣品、正己烷、棉球、去離子水、濾膜、石油醚、汽油。

實(shí)驗(yàn)儀器：顆粒圖像處理儀（OMEC PIP9.0型）、動(dòng)態(tài)界面張力儀、界面流變儀（DHR-2）、電位儀（ZetaPALS），電子天平（JJ223BC）、激光粒度分析儀（BT-9300H）、分光光度計(jì)、乳化機(jī)、破乳劑評選儀。

1.2 ?實(shí)驗(yàn)步驟

（1）乳化程度

選取5口油井進(jìn)行取樣編號，結(jié)合顆粒圖像處理儀分析評估采出液樣品的乳化程度及內(nèi)相顆粒分布狀況。

（2）界面張力

通過注射泵上的注射器抽取少許采出液樣品，將其與動(dòng)態(tài)界面張力儀底部連接;排空注射泵，清潔擦拭張力儀底部毛細(xì)管;向張力儀樣品管中加入10 mL去離子水，恒溫水浴10 min;啟動(dòng)控制程序測定界面張力。

（3）雙電層Zeta電位

首選依次對pH探針、電導(dǎo)率及主探頭進(jìn)行校正，向容器槽加入適量樣品，調(diào)節(jié)速度開始攪拌，進(jìn)行雙電層Zeta電位測試[17]。

（4）雜質(zhì)測定

井口取樣通過定溫加藥沉降分離污水，隨后萃取出原油的方式。利用濾膜過濾法進(jìn)行懸浮雜質(zhì)的測定，其中濾膜采取0.45μm的纖維素脂微孔膜[18];隨后通過激光粒度儀測定懸浮雜質(zhì)的粒徑分布。

2 ?結(jié)果與討論

2.1 ?乳化特性分析

利用顆粒圖像處理儀觀察了LMQ-1至LMQ-5五口井弱堿三元復(fù)合驅(qū)采出液的乳化情況，如圖1所示。

將弱堿三元復(fù)合驅(qū)采出液達(dá)的觀測結(jié)果與水驅(qū)時(shí)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)前者的粒徑范圍上限略小于后者;復(fù)合驅(qū)采出液的體積平均粒徑在18.96 ～35.88μm，顆粒平均粒徑6.12 ～7.33μm之間，均小于水驅(qū)采出液，這一現(xiàn)象表明相比水驅(qū)采出液，復(fù)合驅(qū)采出液乳化更為嚴(yán)重，分散度高，乳狀液穩(wěn)定，也就是說其相對更難脫水。

2.2 ?界面張力及強(qiáng)度

通過對五口井取樣測試，發(fā)現(xiàn)弱堿復(fù)合驅(qū)采出液的界面張力較低，其整體取值在0.01～1.5 mN/m之間，但有很大一部分取值相對更小，基本小于1 mN/m，僅有極少數(shù)大于1.5 mN/m，這一結(jié)果與前人實(shí)驗(yàn)結(jié)果類似，說明弱堿三元復(fù)合驅(qū)采出液的界面張力小于強(qiáng)堿復(fù)合驅(qū)，相比于后者具有更好的驅(qū)油效果且界面張力會(huì)隨著化學(xué)劑含量的增加而降低（圖2）。

利用界面流變儀分別測定了五口取樣井的彈性模量、黏性模量、復(fù)合模量及界面黏度，如圖2（2a-2d）所示，其中測定聚合物濃度為1 000 mg/L，表面活性劑濃度為0.2%。通過圖示可以發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)采出液的界面彈性模量和黏度會(huì)隨著堿濃度的增大而減小，且其彈性模量值明顯大于弱堿三元復(fù)合驅(qū)，而界面黏度則相對有所降低，這主要是由于所采用的堿、聚合物及表面活性劑等差異導(dǎo)致的。強(qiáng)堿復(fù)合驅(qū)中Na+含量顯然要高于弱堿復(fù)合驅(qū)，其電解質(zhì)濃度較高，導(dǎo)致活性劑活度下降，進(jìn)而會(huì)影響界面附近的吸附的分子數(shù)目，同時(shí)聚合物分子也會(huì)因而受到影響，最終降低界面黏度[19]。

隨后取適量高濃度采出液的乳狀液對其進(jìn)行稀釋，制備出具有穩(wěn)定性較高的模擬采出水，分別測定了不同取樣井的Zeta 電位，具體測量結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，強(qiáng)堿復(fù)合驅(qū)采出液具有較高的電位絕對值，其大多都位于50 mV以上;當(dāng)其中只含有表面活性劑或其與堿同時(shí)存在時(shí)，隨著表面活性劑濃度的不斷增加，采出液的Zeta 電位均會(huì)呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢;對于弱堿三元復(fù)合驅(qū)采出液，其電位絕對值明顯低于強(qiáng)堿復(fù)合驅(qū)，其值基本處于30～50 mV之間。當(dāng)Zeta電位絕對值越大，則預(yù)示著乳狀液更加穩(wěn)定，越難脫水。其中非離子表面活性劑以及其在界面上的替代和吸附現(xiàn)象是影響Zeta 電位的主要原因，而聚合物則主要是由于其在油水界面的吸附，進(jìn)而增厚了其擴(kuò)散雙電層所致，最終導(dǎo)致Zeta電位增大。

2.3 ?雜質(zhì)分析

采出液雜質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，采出液中懸浮固體粒徑及累積粒度分布會(huì)隨著環(huán)境溫度的升高而增大;當(dāng)加入50 ppm的破乳劑后，0.85 ～5.25μm的懸浮雜質(zhì)粒徑分布僅有1%，相比于未加破乳劑下降了4%，大顆粒雜質(zhì)則反而增加，此時(shí)約占7%，幾乎為未加破乳劑的2倍，表明破乳劑的增加有利于雜質(zhì)的濾除。此外較大濃度的破乳也會(huì)增加懸浮雜質(zhì)的粒徑;乳狀液的穩(wěn)定性會(huì)隨著溫度的升高而下降，會(huì)導(dǎo)致油珠合并，粒徑增加，如40 ℃時(shí)體積平均粒徑為17.26 μm，不足45 ℃時(shí)的1/2，而破乳劑的增加也會(huì)增大油珠粒徑。

2.4 ?破乳劑篩選

在進(jìn)行了一系特性及雜質(zhì)實(shí)驗(yàn)分析之后，選取五口取樣井進(jìn)行了不同破乳劑的篩選實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中LMQ-1及LMQ-2被視為同一組，分別針對不同破乳劑、適宜溫度及濃度共進(jìn)行了多組實(shí)驗(yàn)測試，其中篩選測試了6種破乳劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)脫水溫度為40 ℃且實(shí)驗(yàn)時(shí)間為30 min時(shí)，PT6682B破乳劑（濃度為50 ppm）適宜于未添加表面活性劑的情況;添加表面活性劑后且其濃度不超過50 ppm時(shí)，應(yīng)選取T6682或SP破乳劑（濃度為50 ppm）;而當(dāng)表面活性劑濃度進(jìn)一步增加且不超過130 ppm時(shí)，此時(shí)SP破乳劑（濃度為50 ppm）為最佳選擇。

3 ?結(jié)論

本文主要針對弱堿Na2CO3三元復(fù)合驅(qū)采出液的乳化情況、界面張力及雜質(zhì)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，對比篩選出了不同濃度及環(huán)境條件下最佳的破乳劑。主要可以得出以下結(jié)論：

（1）乳化特性分析顯示，弱堿Na2CO3三元復(fù)合驅(qū)采出液乳化程度及分散度較高、不利于脫水的實(shí)現(xiàn);

（2）相比于強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)，弱堿三元復(fù)合驅(qū)采出液的界面張力較小，且其絕大多數(shù)界面張力處于0.1～1 mN/m 之間，也就是其驅(qū)油效果更優(yōu)，同時(shí)界面張力會(huì)隨著采出液中化學(xué)劑含量的增加而降低;

（3）對于弱堿三元復(fù)合驅(qū)采出液，其電位絕對值明顯低于強(qiáng)堿復(fù)合驅(qū)，其值基本處于30～50 mV之間;

（4）采出液中懸浮固體粒徑及累積粒度分布會(huì)隨著環(huán)境溫度的升高而增大，破乳劑的增加有利于雜質(zhì)的濾除。

隨著溫度升高懸浮固體粒徑，油珠粒徑均增大;破乳劑濃度越大，懸浮雜質(zhì)粒徑以及油珠粒徑也同樣增大。

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