三元復(fù)合驅(qū)采出液中防垢劑濃度的檢測方法與應(yīng)用*

黃小會(huì)，王慶國，劉明君，劉紀(jì)瓊，康 燕

（1.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江大慶 163453；2.黑龍江省油氣藏增產(chǎn)增注重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶 163453；3.大慶油田設(shè)計(jì)院有限公司，黑龍江大慶 163453）

0 前言

為解決ASP三元復(fù)合驅(qū)油井的結(jié)垢問題，目前普遍采用添加防垢劑的方法來延緩或避免垢的形成［1-3］。采出液中防垢劑濃度的準(zhǔn)確測定，是現(xiàn)場加藥效果評(píng)價(jià)的前提，是具體加藥量、加藥時(shí)機(jī)、加藥方式選取的關(guān)鍵，對(duì)保證ASP三元復(fù)合驅(qū)采出井防垢效果起著至關(guān)重要作用，但相應(yīng)防垢劑濃度的檢測方法尚屬空白，未見相關(guān)報(bào)道。

當(dāng)前油田開采中普遍采用的防垢劑為含磷類防垢劑，可通過磷元素的檢測來確定防垢劑濃度。常用的檢測磷元素濃度的方法有絡(luò)合-返滴定法、磷鉬藍(lán)分光光度計(jì)法［4-6］、分子熒光檢測法［7］，其中，絡(luò)合-返滴定法的檢測步驟繁瑣，且對(duì)采出液顏色要求較高，滴定終點(diǎn)不易判斷；采用磷鉬藍(lán)分光光度法檢測時(shí)，由于ASP三元復(fù)合驅(qū)采出液里含有的Si離子在測定過程中也生成藍(lán)色絡(luò)合物硅鉬藍(lán)而影響測定結(jié)果；采用分子熒光檢測法檢測時(shí)，由于ASP三元驅(qū)采出液中含有的表面活性劑熒光活性強(qiáng)，對(duì)測定有很大干擾。為此，急切需要尋求一種更快速、準(zhǔn)確的測試方法，以滿足ASP 三元復(fù)合驅(qū)采出液防垢劑濃度測定的要求。本文采用電感耦合等離子體發(fā)射儀（ICP）法［8］檢測ASP 三元復(fù)合驅(qū)采出液防垢劑濃度，分析了ASP三元復(fù)合驅(qū)采出液中聚合物、表面活性劑、堿以及硅離子對(duì)防垢劑濃度檢測的影響，針對(duì)影響較大的組分，采取預(yù)處理技術(shù)將影響程度降到最低，實(shí)現(xiàn)對(duì)防垢劑濃度的準(zhǔn)確測定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

雙氧水、次氯酸鈉，分析純，沈陽市新西試劑廠；硅酸鈉、氫氧化鈉，分析純，沈陽華東試劑廠；聚合物HPAM，相對(duì)分子質(zhì)量1.9×107，水解度26.5%，大慶煉化公司聚合物廠；石油磺酸鹽表面活性劑，大慶油田化工有限公司東昊分公司表活劑廠；有機(jī)磷類防垢劑ZH-01，大慶油田開普化工有限公司。

Aglient 5110 型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP），安捷倫科技（中國）有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

以蒸餾水和過濾后的ASP 三元復(fù)合驅(qū)采出液為基準(zhǔn)溶液，配制防垢劑濃度分別為25、50、100、150 和200 mg/L 的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用ICP 在波長為213.618 nm 下測定不同質(zhì)量濃度的防垢劑溶液的強(qiáng)度，建立防垢劑濃度標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

（2）采出液不同組分對(duì)防垢劑濃度測定的影響

參考ASP 三元復(fù)合驅(qū)現(xiàn)場采出液中的不同組分濃度，在質(zhì)量濃度為50 mg/L 的防垢劑溶液中加入不同濃度聚合物、表面活性劑、堿以及硅酸鈉，采用ICP在波長為213.618 nm下測定防垢劑溶液的強(qiáng)度，由標(biāo)準(zhǔn)工作曲線讀取防垢劑濃度，分析各組分對(duì)防垢劑濃度測定結(jié)果的影響。

（3）采出液預(yù)處理及其對(duì)防垢劑濃度測定的影響

向50 mL 的使用ASP 三元復(fù)合驅(qū)采出液配制的質(zhì)量濃度為50 mg/L 防垢劑溶液中加入1 mL（2%）降解劑雙氧水或NaClO，攪拌均勻放置24 h后，使用ICP測試防垢劑濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的確定

圖1 給出了蒸餾水、過濾后的ASP 三元復(fù)合驅(qū)采出液配制的防垢劑溶液標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。從圖1可知，配液用水為蒸餾水時(shí)，防垢劑濃度與強(qiáng)度有非常好的線性關(guān)系，而配液用水為過濾后的ASP三元復(fù)合驅(qū)采出液時(shí)，防垢劑濃度與強(qiáng)度線性關(guān)系一般，且相比蒸餾水體系，相同防垢劑濃度下的強(qiáng)度整體偏低，隨著防垢劑濃度的升高，偏差逐漸變大。分析原因可能是與蒸餾水體系相比，ASP三元復(fù)合驅(qū)采出液體系中含有聚合物、表面活性劑、堿和硅離子。這些組分導(dǎo)致ASP三元復(fù)合驅(qū)采出液體系防垢劑濃度產(chǎn)生偏差，故此后的防垢劑濃度檢測均以蒸餾水體系為基準(zhǔn)建立防垢劑濃度標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

圖1 不同體系下防垢劑標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

2.2 采出液不同組分對(duì)防垢劑濃度測定的影響

2.2.1 表面活性劑對(duì)防垢劑濃度測定的影響

在50 mg/L的防垢劑溶液中加入一定量的表面活性劑后測試防垢劑濃度，結(jié)果見表1。加入不同質(zhì)量濃度的表面活性劑后，與配制的防垢劑濃度相比，ICP 測試防垢劑濃度平均精度偏差為1.2%，由此可見，表面活性劑含量對(duì)防垢劑濃度的測定影響較小。

表1 表面活性劑含量對(duì)ICP測定防垢劑濃度的影響

2.2.2 聚合物對(duì)防垢劑濃度測定的影響

在50 mg/L的防垢劑溶液中加入一定量的聚合物后測試防垢劑濃度，結(jié)果見表2。由表2 可知，加入聚合物后，與配制的防垢劑濃度相比，ICP測試防垢劑濃度結(jié)果整體偏小，平均精度偏差為-38.9%，因此聚合物含量對(duì)防垢劑濃度的測定有較大影響。分析原因是：在ICP測試過程中，由于進(jìn)樣液體中含有聚合物，溶液黏度變大，ICP儀器的進(jìn)樣量變小，其霧化效率變低，進(jìn)而導(dǎo)致最終測試結(jié)果值偏小。

表2 聚合物含量對(duì)ICP防垢劑濃度測定的影響

2.2.3 堿對(duì)防垢劑濃度測定的影響

在50 mg/L 的防垢劑溶液中加入一定量的堿（NaOH）后測試防垢劑濃度，結(jié)果見表3。由表3 可知，加入不同濃度的堿后，與配制的防垢劑濃度相比，ICP測試防垢劑濃度的平均精度偏差為1.2%，故堿含量對(duì)防垢劑濃度的測定影響較小。

表3 堿含量對(duì)ICP防垢劑濃度測定的影響

2.2.4 硅離子對(duì)防垢劑濃度測定的影響

在50 mg/L的防垢劑溶液中加入一定量的硅酸鈉后測試防垢劑濃度，結(jié)果見表4。由表4 可知，加入不同量硅酸鈉后，與配制的防垢劑濃度相比，ICP測試防垢劑濃度的平均精度偏差為2.6%，故硅離子含量對(duì)防垢劑濃度的測定影響較小。

表4 硅含量對(duì)ICP防垢劑濃度測定的影響

綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ASP 三元復(fù)合驅(qū)采出液中聚合物對(duì)防垢劑濃度測定有較大影響。為了消除三元采出液中聚合物的影響，需對(duì)ASP三元復(fù)合驅(qū)采出液進(jìn)行除過濾外的預(yù)處理。

2.3 ASP三元復(fù)合驅(qū)采出液預(yù)處理

分別向50 mL 的使用ASP 三元復(fù)合驅(qū)采出液配制的質(zhì)量濃度為50 mg/L 的防垢劑溶液中加入2%雙氧水或NaClO，攪拌均勻放置24 h 后，使用ICP測試防垢劑濃度，結(jié)果見表5。

表5 加入降解劑對(duì)防垢劑濃度測試結(jié)果的影響

加入雙氧水處理后，采用ASP三元復(fù)合驅(qū)采出液配制的防垢劑溶液濃度ICP測試值與實(shí)際值偏差高53.1%。通過查閱大量文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)，在制備雙氧水時(shí)，大多使用了磷酸三辛酯為溶劑，使得雙氧水中含有濃度較高的磷元素［9-10］，從而導(dǎo)致加入雙氧水中的三元采出液防垢劑濃度偏高。而加入NaClO處理后，采用ASP三元復(fù)合驅(qū)采出液配制的防垢劑大溶液濃度ICP測試值與實(shí)際值偏差僅0.5%。

配制一系列采用ASP 三元復(fù)合驅(qū)采出液配制的不同濃度的防垢劑溶液，然后加入2%NaClO 處理，攪拌均勻放置24 h 后，使用ICP 測試防垢劑濃度，結(jié)果見表6。與配制的濃度相比，ICP 測試的平均精度偏差僅為0.2%，故采用添加NaClO的方法可消除聚合物對(duì)ICP測定結(jié)果的影響。

表6 加入NaClO對(duì)防垢劑溶液濃度測試結(jié)果的影響

2.4 現(xiàn)場防垢劑濃度檢測應(yīng)用情況

大慶油田某三元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)區(qū)塊有30 口結(jié)垢嚴(yán)重井開展加藥試驗(yàn)，在采用ICP 檢測采出液防垢劑濃度前，有6井與加藥設(shè)計(jì)方案不符，加藥符合率僅為80%，檢泵周期為210 d；在使用ICP 檢測采出液防垢劑濃度后，通過加藥工藝參數(shù)調(diào)整，有1口井與加藥設(shè)計(jì)方案不符，加藥符合率提高到96%，而檢泵周期提高到270 d。以其中一口結(jié)垢嚴(yán)重井A為例，現(xiàn)場采用ICP 檢測方法對(duì)該井的沖擊加藥全過程采出液防垢劑濃度進(jìn)行了實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測，測試結(jié)果見圖2。從測試結(jié)果來看，當(dāng)采出液中防垢劑濃度達(dá)到所設(shè)計(jì)濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%）時(shí)，采出液中鈣鎂離子被絡(luò)合增溶加大，ICP 防垢劑測定濃度值與采出液中鈣鎂濃度變化呈現(xiàn)較好的一致性。

圖2 井A防垢劑濃度實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測結(jié)果

3 結(jié)論

使用ICP 法可以檢測防垢劑濃度，ASP 三元復(fù)合驅(qū)采出液中的聚合物對(duì)防垢劑濃度檢測影響最大，平均精度偏差高達(dá)38.9%，表面活性劑、堿和硅離子對(duì)防垢劑濃度檢測影響較小，平均精度偏差最高僅為2.6%。

向采用ASP 三元復(fù)合驅(qū)出液配制的防垢劑溶液中加入NaClO 可消除三元采出液中聚合物的影響，防垢劑濃度測試平均精度偏差降為0.2%。

使用ICP法對(duì)大慶油田某三元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)區(qū)塊30口三元油井進(jìn)行了防垢劑濃度檢測現(xiàn)場試驗(yàn)，藥劑方案符合率由檢測前的80%提高到了96%，檢泵周期從210 d提高到了270 d。