簡述三元復合驅鈣鎂硅鋇成垢特征

趙原青

摘? 要：三元復合驅當中含有大量的堿，這種堿會對儲層礦物進行溶蝕，就會導致巖石礦物進入儲層流體當中，然后就會形成垢。三元復合驅垢主要是由硅酸鹽以及碳酸鹽構成的，想要減少結垢問題的產生就要對三元復合驅鈣鎂硅鋇成垢特征進行深入分析，因此本文將簡述三元復合驅鈣鎂硅鋇成垢特征。

關鍵詞：三元復合驅;鈣鎂硅鋇;成垢特征

前言：

隨著石油行業的迅速發展，三次采油技術也得到了廣泛的應用，其中三元復合驅是近年來使用效果比較好的一種采油技術。三元復合驅是由堿、聚合物以及表面活性劑等物質共同構成的驅油體系，可以有效提高原油的采收率，但是造成了嚴重的成垢問題，對油井的生產工作造成了嚴重影響，因此需要對三元復合驅鈣鎂硅鋇成垢特征進行分析，從而預防成垢。

1.具體實驗

1.1實驗儀器與材料

本次實驗會用到多種儀器與藥品，主要儀器有等離子發射光譜儀、熱重綜合分析儀、X-射線多晶衍射儀、自動電位滴定儀以及X-射線熒光光譜儀;主要藥品有氯化鈉、氯化鋇、三氯甲烷、碳酸鈉、無水氯化鈣、九水偏硅酸鈉、六水氯化鎂以及碳酸氫鈉，除此之外還需要用超純水當做分析試劑。

1.2實驗條件、離子測定

根據三元復合驅的實際情況，可以將本次實驗的溫度確定為50℃，而離子測定的結果為鈉離子3300、氯離子1500、鈣離子0-65、鋇離子0-65、鎂離子0-20、硅離子400-2500、碳酸根離子0-3000、碳酸氫根離子0-1000.

1.3實驗過程

整個實驗就是模擬在動態情況下，結垢具有怎樣的特征，因此需要在50℃的溫度中持續震蕩模擬結垢體系，大概在四十八小時之后停止。再利用0.45微米的濾膜對模擬結垢體系進行過濾，并測定其中的氫離子濃度指數以及鈣離子、鎂離子、硅離子、鋇離子等各種離子的含量。最后利用自動電位滴定儀以及等離子發射光譜儀測定其中陽離子以及陰離子的含量。

1.4三元復合驅垢樣分析

實驗人員選取了一部分礦場垢樣，并利用簡單工具將其粉碎，將粉碎之后的垢樣放置在三氯甲烷這種溶劑當中，利用超聲波萃取器對其進行清洗和吸附，然后再利用專業儀器對其進行干燥處理并放置一旁。然后取一部分垢樣，分別利用熱重綜合分析儀、X-射線多晶衍射儀以及X-射線熒光光譜儀測定垢樣的化學成分;對另一部分垢樣進行微波消解，然后再利用等離子發射光譜儀測定垢樣的離子含量，最終確定垢樣的具體組成成分。

2.實驗結果

2.1三元復合驅垢的組成

由表一：三元復合驅垢無機物組成所示，三元復合驅垢主要是由碳酸鋇、氧化鐵、二氧化硅、碳酸鎂、碳酸鈣、氧化鋁等無機物構成，而且碳酸鋇、碳酸鎂、碳酸鈣以及二氧化硅是主要成分^【1】。垢樣的pH值不同，其中所含的無機物含量也不同，隨著pH值的升高，SiO₂的含量也在不斷增加，而碳酸鹽的含量相對下降。pH值達到10.70時，Si0₂的含量為59.61%，因此鈣離子、硅離子、鋇離子、鎂離子以及碳酸根離子還有溫度、pH值是影響結垢組成的主要因素。

2.2 pH值對硅酸體系結垢的影響

利用硅酸鈉配置濃度不同的硅酸體系，并觀察其在不同pH值時的成垢規律。在整個實驗過程中，pH值=9時，溶液靜置四十八小時之后出現了很多膠狀物，基本上沒有液體;pH=10時，溶液當中出現了一些液體和膠狀物;pH=11/12時，溶液當中沒有出現膠狀物。從圖一：不同濃度硅酸鈉溶液中的硅離子隨pH值變化的規律當中我們可以看出當pH值≤10.70時，硅酸沉淀較多;當pH值>10.70時，pH值越高、硅酸沉淀就越少。因此我們可以得出結論：pH值小于等于10.70時，硅離子比較容易形成硅酸沉積，而pH值大于10.70時，硅酸沉積的速度比較慢。

2.3其他離子對成垢的影響

在不改變模擬體系當中的鈣、鎂、硅、鋇的離子含量，改變碳酸根離子含量時，就能夠發現如果碳酸根的含量>680毫克每升時，就會形成大量的碳酸鹽沉淀。在不改變鈣離子、鎂離子以及碳酸根離子的含量、改變硅離子的含量時可以發現硅離子在0-500毫克每升時，鈣離子沉積就會比較多，也就是形成了大量的鈣鹽垢，硅離子在500毫克每升時，成垢量是最大的。在不改變硅離子、碳酸氫根離子的含量、改變陽離子含量時可以發現如果陽離子含量增加，鈣、鎂等離子的含量也會增加，且逐漸形成沉積，其中鈣沉積和鋇沉積比鎂沉積要多很多。

2.4結論

根據實驗結果我們可以得出以下結論：（1）硅酸鹽以及碳酸鹽是結垢的主要成分，且隨著pH值的不斷增加，硅酸鹽會變多，碳酸鹽會減少。（2）pH值增加時硅離子的平衡濃度也會增大，且pH值小于等于10.70時，硅酸沉積的速度比較快。（3）碳酸根影響著結垢成分，碳酸根較多時會產生碳酸鹽垢、碳酸根較少時會產生硅酸鹽垢^【2】。（4）陽離子是結垢的主要影響因素，相關人士應該根據實驗結果和結論通過有效措施預防成垢。

結語：

根據實驗可知，硅酸鹽以及碳酸鹽是成垢的主要成分。其中碳酸根是影響結垢種類的主要因素，如果碳酸根的含量比較高的話就會形成顆粒狀的碳酸鹽垢，如果碳酸根的含量比較低的話就會形成膠片狀的硅酸鹽垢。硅離子影響著結構的速度以及程度，而陽離子是影響結構的主要因素，也就是說如果陽離子穩定的話就能夠降低結垢幾率，因此應該通過穩定陽離子預防結垢。

參考文獻

[1]? 趙曉非，張曉陽，范蕾，等. 弱堿三元復合驅鈣鎂硅混合成垢的微觀考察[J]. 硅酸鹽通報，2016，35（7）：2264-2269.

[2]? 程杰成[1]，王慶國[2]，王俊[3]，等. 強堿三元復合驅鈣、硅垢沉積模型及結垢預測[J]. 石油學報，2016，37（5）：653-659.