紅18井區采出水水質對聚丙烯酰胺成膠性能影響試驗研究

羅 躍,趙素娟,劉清云 (長江大學化學與環境工程學院,湖北荊州434023)

楊治東,粱愛國 (新疆油田分公司采油一廠,新疆克拉瑪依834000)

李 思 (江漢石油管理局鉆井公司,湖北潛江4331 21)

利用油田采出水配制聚合物,不僅節約了淡水資源,而且減少了污水外排對環境的污染,在大多數油田已廣泛應用。盧祥國等[1]通過利用大慶油田采出水配聚并進行了驅油試驗,結果表明采出水直接回注或用于配制聚合物驅油溶液都是可行的;于洪江等[2]認為通過加入助劑對污水進行改性可以改善污水與聚合物的兼容性和提高保粘率;蘇延昌等[3]研究大慶喇嘛甸油田污水配制聚合物時發現污水聚合物體系與油層配伍性好,在油層中有更高的工作粘度,且吸水剖面在注入污水聚合物體系過程中得到較好的調整,污水配制聚合物在室內和礦場完全可行;趙勁毅、馬一玫[4-5]認為通過適當增加聚合物濃度或提高聚合物相對分子質量和用電滲析方法處理高礦化度污水,均可以改善污水聚合物驅的增油效果。

筆者對新疆克拉瑪依紅山嘴油田紅18井區采出水進行了調研分析,發現采出水鈣鎂離子含量越來越高,甚至達到2000mg/L以上,凝膠成膠困難,膠體穩定性差,甚至不成膠,嚴重影響井組整體調驅的效果。區塊地質條件要求調驅劑濃度低、易注入、穩定性好,高礦化度條件下聚合物粘度損失嚴重。由于紅18井區水源緊缺,那么如何經濟有效地處理注入水,改善水質穩定性、防止結垢堵塞并解決Ca2+等高價離子對聚合物成膠的影響以增進注水效率,已是必須解決的重要課題。因此,根據紅山嘴油田改善注水效果、三次采油的需要,筆者研究礦化度、鈣離子、pH值對聚丙烯酰胺 (HPAM)成膠性能影響,提出解決注采問題的強效措施。

1 試驗部分

1.1 試驗儀器與藥品

1)儀器 美國黎曼公司SpceⅠ-ICP-AES;Brookfield粘度計 (美國)。

2)藥品 部分水解聚丙烯酰胺:分子量分別為1600、2000、2400萬,水解度20%,工業品;有機鉻交聯劑:JJ-2,實驗室自制;HCl溶液、NaOH溶液;氯化鈉、氯化鈣、氫氧化鈉、鹽酸均為分析純。

1.2 油田采出水化學分析和儀器分析

選用標準SY/T5523-2006規定的相應方法對采出水進行化學成分分析,其中陽離子主要采用SY-T6404-1999沉積巖中金屬元素的電感耦合等離子體原子發射光譜進行分析,分析結果見表1、2。

表1 紅山嘴紅18井區注入水化學分析結果

從表1可以看出,儀器分析結果與化學分析基本吻合,由于取樣方式和分析時間的差異,有些許誤差,對Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、K+等離子含量進行化學與電感耦合等離子體原子發射光譜雙重分析,有助于確定水樣的成垢離子含量及水型特點。從表2可看出,注入水Ca2+、Mg2+離子含量高,水樣 2鈣離子含量達2421.0mg/L,紅18井區水體中富含K+,其含量在200mg/L以上。鈣鎂離子高不僅使得水質不穩定、易結垢,也是影響聚丙烯酰胺的性能的關鍵因素。

1.3 試驗過程

表2 電感耦合等離子體原子發射光譜分析結果

參照SYT6576-2003標準,用不同礦化度、不同鈣離子濃度、不同pH值的水配制2‰HPAM聚合物母液,加0.5%鉻交聯劑,在溫度 60℃的水浴中恒溫24h,考察單個因素對HPAM成膠性能的影響。為了考察污水水質對HPAM成膠性能的影響,利用4因素3水平正交試驗 (見表 3)綜合考慮HPAM分子量、礦化度、鈣離子濃度、pH值對HPAM成膠時間的影響,根據正交試驗分別配制200ml 9種HPAM溶液。測定9種HPAM溶液空白粘度,然后分別加1ml鉻交聯劑于HPAM溶液,攪拌均勻,逢蓋好,放入60℃恒溫箱中,然后每隔2、4、6、12、24、36、48h測定其表觀粘度,記下數據。

表3 4因素3水平正交試驗表

2 結果與討論

2.1 單個因素對HPAM成膠粘度的影響

分別考察不同礦化度、不同pH值、不同鈣離子濃度對聚合物粘度的影響,如圖1～3所示。從圖1～3可以看出隨著礦化度的增加,聚合物黏度在不斷下降,隨著pH值的增加,聚合物粘度在不斷緩慢上升,油田水質pH值大多在6～7.5之間,因此水體pH值對聚合物粘度影響不大。隨著鈣離子濃度的增加,聚合物粘度在不斷下降,鈣離子濃度對聚合物粘度影響較大。

2.2 多個因素對HPAM成膠性能的影響

4因素 (分子量 A、礦化度B、鈣離子濃度C、pH值D)對聚合物凝膠的綜合影響的正交試驗結果如表4,從極差分析上可看出HPAM分子量、礦化度、鈣離子濃度、pH值對 HPAM成膠時間均有影響,其影響大小順序為:鈣離子濃度＞分子量＞礦化度＞pH值;鈣離子濃度對聚合物的成膠性能影響最大,同一礦化度下,鈣離子濃度可降低成膠時間,使粘度短時間內增加,但鈣離子濃度越大,成膠極不穩定,粘度迅速下降。因此注入水中的鈣離子濃度應在200mg/L以下,聚丙烯酰胺分子量越大,越易成膠,粘度越大;pH值對其粘度影響不大。

圖1 礦化度對聚合物粘度的影響

圖2 pH值對聚合物粘度的影響

圖3 鈣離子對聚合物粘度的影響

表4 正交試驗結果

3 結 語

水質中的礦化度、鈣離子濃度、水體pH值對其成膠性能都有影響,隨著礦化度的增加,HPAM的粘度越來越小,甚至不成膠;隨污水pH值的增大,HPAM凝膠的強度先變強后略微下降,由于在紅18采出水的pH值范圍為7～7.5內,變化小,對成膠沒有什么影響;鈣離子濃度對凝膠體系的影響最大,鈣離子濃度越大,成膠極不穩定,鈣離子會使凝膠早期粘度增高,成膠不均勻,這是因為聚合物中羧基離子的電斥力受到抑制,分子線團卷曲,表觀尺寸減小,從而使HPAM分子發生去水化作用,分子鏈收縮,導致HPAM溶液粘度大大降低,甚至從溶液中沉淀出來[6]。

針對油田污水配制聚合物溶液存在溶液粘度損失嚴重及穩定性差的問題,而且據現場調查,紅18井區注入水高含Ca2+、Mg2+、SO2-4等成垢離子,因水型不配伍和自身的化學熱力學不穩定性而在注水系統管線及井筒全程結垢,腐蝕產物的沉積往往會使結垢更加嚴重,所以對采出水進行必要的水處理,不僅可改善注水效果,而且水質更適合用于配制聚合物。

[1]盧祥國,高振環,閆文化,等.大慶油田聚合物驅采出水配制的聚合物溶液驅油效果研究[J].油田化學,1996,13(4):361-363.

[2]于洪江,劉祥,史俊,等.污水配制聚合物驅油體系可行性研究 [J].西安石油學院學報 (自然科學版),2000,15(1):27-29.

[3]蘇延昌,高峰,舒方春,等.污水配制聚合物研究 [J].大慶石油地質與開發,2003,22(6):44-48.

[4]趙勁毅.污水聚合物驅油效果評價及機理分析 [J].油氣田地面工程,2006,25(8):17-18.

[5]馬一玫.聚驅高礦化度采出污水配制聚合物溶液方法研究 [J].科學技術與工程,2010,10(23):5637-5643.

[6]Fernandez I J.Evaluation of Cationic Water-Soluble Polymer With Improved T hermal Stability[J].SPE 93 003,2005.