注入管線黏度損失原因分析及治理對策研究

周鋼

大慶油田有限責任公司聚合物驅項目經理部

大慶油田葡北地區窄薄砂體井網加密及提高采收率現場試驗應用的聚合物類型為中低分抗鹽聚合物[1-2]，配注體系采用的是污配污稀方式[3-5]。試驗初期發現，配制的母液及井口稀釋后目的液黏度指標普遍偏低，存在一定程度降解及剪切問題[6-7]，導致黏度損失，造成聚合物干粉浪費，影響區塊開發效果。針對上述問題，開展技術攻關，確定污水中各因子對聚合物溶液黏度影響規律，分析注入管線黏損原因，并且制定治理對策。

1 單項因子對聚合物黏度的影響

通過對葡北聚驅現場配注污水水質指標進行11輪次連續取樣跟蹤，確定各項因子的日常波動范圍（表1）。

根據現場配注水單項因子波動范圍，確定室內各項因子評價濃度梯度，室內采用去離子水配制濃度為5 000 mg/L聚合物母液，再用去離子水將母液分別稀釋至1 000和700 mg/L兩種濃度，分析評價單項因子對三種濃度聚合物黏度的影響程度及變化規律。實驗結果表明，聚合物黏度影響因子由大到小依次是：Fe2+、硫酸鹽還原菌、Cl-1、腐生菌、礦化度、鹽度、鐵細菌、硫化物、懸浮物。

1.1 實驗方法

（1）在隔氧裝置內配制一定量除氧后的蒸餾水，并將一定質量的藥劑（培養的細菌）加入蒸餾水中。

表1 配注水各項因子日常波動范圍統計Tab.1 Daily fluctuation range statistics of water injection and allocation factors mg/L

（2）用氮氣吹掃5 min后，稱量一定的HPAM干粉，啟動攪拌器，將干粉緩慢加入含有藥劑的蒸餾水中，配制聚合物濃度為5 000 mg/L的母液。

（3）攪拌4 h后，取出聚合物母液，待用。

（4）稱取一定量含有藥劑的蒸餾水和母液，利用磁力攪拌器將母液分別稀釋成濃度為1 000和700 mg/L的聚合物溶液，開展實驗。

1.2 實驗結果

從實驗結果可知，3種細菌及還原性物質對聚合物溶液黏度的影響較大，且3種濃度聚合物均表現出同樣的特性，因此本文主要介紹3種細菌及還原性物質對濃度1 000 mg/L聚合物溶液的影響。

（1）Fe2+。由表1可見，Fe2+波動范圍為0.3～1.1 mg/L，室內設計0～10 mg/L等6個濃度梯度，選取0～48 h共5個時間點進行化驗，分別檢測黏度變化規律（圖1）。

圖1 Fe2+對1 000 mg/L聚合物黏度的影響Fig.1 Effect of Fe2+on the viscosity of 1 000 mg/L polymer

如圖1所示，在0 h時配制不同濃度的Fe2+溶液直接的黏度損耗為88.65%；其中1 mg/L的Fe2+溶液48 h后的黏度損耗為19.13%，10 mg/L的Fe2+溶液48 h后的黏度損耗為89.41%，Fe2+對聚合物黏度的損耗比較迅速，表現出快速瞬間的降黏和持續降黏的特性。現場Fe2+溶液的濃度為1.0 mg/L，此時最大的黏損率為46.23%。

（2）硫酸鹽還原菌。由表1可見，硫酸鹽還原菌波動范圍為5～4 500 mL-1，室內設計0～1×105mL-1等6個濃度梯度，分析黏度變化規律，選取0～48 h共5個時間點進行化驗檢測。

如圖2所示，在0 h時配制的不同濃度硫酸鹽還原菌溶液直接的黏度損耗為73.29%，硫酸鹽還原菌對聚合物溶液黏度的影響為隨著濃度的增大聚合物發生著瞬間的降黏，而且黏損率較高；其中濃度為1×103mL-1的硫酸鹽還原菌溶液48 h后的黏度損耗為41.00%；105mL-1的硫酸鹽還原菌溶液48 h后的黏度損耗為64.27%，表現為持續的嚴重降黏。表1顯示的水中現場硫酸鹽還原菌波動范圍其最大黏損率為40.81%。

圖2 硫酸鹽還原菌對1 000 mg/L聚合物黏度的影響Fig.2 Effect of sulfate-reducing bacteria on the viscosity of 1 000 mg/L polymer

（3）腐生菌。由表1可見，腐生菌波動范圍為200～25 000 mL-1，室內設計 0～1×105mL-1等 6 個濃度梯度，分析黏度變化規律，選取0～48 h共5個時間點進行化驗檢測（圖3）。

圖3 腐生菌對1 000 mg/L聚合物黏度的影響Fig.3 Effect of saprophytic bacteria on the viscosity of 1 000 mg/L polymer

如圖3所示，在0 h時不同濃度的腐生菌溶液直接的黏度損耗為56.02%，腐生菌對聚合物的黏度影響為隨著濃度的增大聚合物發生著瞬間的降黏，而且黏損率較高；其中濃度為1×103mL-1的腐生菌溶液48 h后的黏度損耗為43.68%，1×105mL-1的腐生菌溶液48 h后的黏度損耗為72.21%，表現為持續的嚴重降黏。表1顯示的現場腐生菌波動范圍其最大黏損率為31.91%。

（4）鐵細菌。由表1可見，鐵細菌波動范圍為50～1 500 mL-1，室內設計0～1×105mL-1等6個濃度梯度，分析黏度變化規律，選取0～48 h共5個時間點進行化驗檢測（圖4）。

如圖4所示，在0 h時不同濃度的鐵細菌溶液直接的黏度損耗為61.97%，鐵細菌對聚合物的黏度影響為隨著濃度的增大聚合物發生著瞬間的降黏，而且黏損率較高；其中濃度為1×103mL-1鐵細菌溶液48 h后的黏度損耗為49.89%，1×105mL-1的鐵細菌溶液48 h后的黏度損耗為68.73%，表現為持續的嚴重降黏。表1顯示的現場鐵細菌波動范圍其最大黏損率為25.67%。

圖4 鐵細菌對1 000 mg/L聚合物黏度的影響Fig.4 Effectofiron bacteriaon theviscosityof1 000 mg/L polymer

（5）硫化物。由表1可見，硫化物波動范圍為0.4～4.1 mg/L，室內設計 0～15 mg/L 等 9個濃度梯度，分析黏度變化規律，選取0～48 h共5個時間點進行化驗檢測（圖5）。

圖5 硫化物對1 000 mg/L聚合物黏度的影響Fig.5 Effect of sulfide on the viscosity of 1 000 mg/L polymer

如圖5所示，在0 h時不同濃度的硫化物溶液直接的黏度損耗為57.67%，硫化物對聚合物的黏度影響為隨著濃度的增大聚合物發生著瞬間的降黏，而且黏損率較高；其中2 mg/L硫化物溶液48 h后的黏度損耗為40.72%，15 mg/L的硫化物溶液48 h后的黏度損耗為62.31%，表現為持續的嚴重降黏。另外兩種濃度也均表現出同樣的特性。表1顯示的現場硫化物的波動范圍其最大黏損率為21.04%。

2 注入管線降黏原因及治理對策

2.1 降黏分析

根據現場注入井口黏度較低的現象，跟蹤典型的4口注入管線黏度損失較大的注入井，通過對靜混器及井口進行取樣化驗，確定注入管線始、末端還原性物質和3種細菌的含量變化（表2）。

表2 注入管線始、末端還原性物質含量變化情況Tab.2 Changes of reducing substance content at the beginning and end of the injection line

從表2可見，黏度損失較大的注入井管線始、末端3種細菌及硫化物滋生問題嚴重，結合室內評價的單項因子對聚合物黏度的影響結論，確定注入管線黏度損失的主要原因為長期注入過程中，細菌及硫化物等還原性物質大量滋生造成生物降黏。

2.2 清洗注入管線降低黏損

（1）高壓污水清洗。在沖洗中，采取大排量、變壓式沖洗，每5 min進行一次排量由大到小再到大的調節，直至出口水與沖洗水水質一致為止，保證清洗效果（表3）。從表3可看出，實施高壓污水清洗后，三種細菌及硫化物含量大幅降低，注入管線黏損降低10.05%，治理效果明顯。高壓污水清洗可以直接將管壁上粘連的聚合物以及部分掛在管壁上的生物膜等進行有效的沖刷。

表3 高壓污水清洗前后黏度及成分含量變化Tab.3 Changes of viscosity and factor content before and after high pressure sewage cleaning

（2）化學清洗。室內采用0.08%（質量分數，下同）雙氧水對污水軟化處理10 min后，再進行清洗劑清洗的組合處理方案，跟蹤清洗效果（圖6）。組合的清洗方式清洗效果較好，能夠清除大部分附著物。由于試驗對象為井口過濾器，在過濾的作用下附著物比需要清洗的注入管線嚴重很多，為此，最終確定雙氧水與化學清洗劑的組合清洗方式。

圖6 0.08%雙氧水與0.3%清洗劑組合清洗效果Fig.6 Combination cleaning effect of 0.08%hydrogen peroxide and 0.3%cleaning agent

3 建議

3.1 改善進站污水水質

（1）進站污水可以通過膜過濾技術去除懸浮物、部分硫化物并降低3種細菌的含量以及含油量。

（2）進站污水可以通過高效氣浮技術[8-9]降低懸浮物和含油量，對硫化物以及Fe2+等具有較好的氧化作用。

（3）如果要徹底去除硫化物和二價鐵離子，可以通過添加臭氧處理設備或者投加氧化劑等方法將其有效去除，但處理成本較高。

3.2 硫酸鹽還原菌、鐵細菌以及腐生菌的殺滅和抑制

（1）可以通過提高殺菌劑的濃度改善殺菌的效果。

（2）在進站污水和管線部位增設殺菌系統，可以是紫外殺菌、等離子殺菌或者催化氧化殺菌裝置[10]，有效地殺滅和控制細菌的滋生。

（3）針對精濾罐和熟化罐中產生的細菌，添加生態抑制劑進行控制，在控制細菌的同時可以減少硫化物產生并降低腐蝕速率。