弱堿三元復合驅采出液特性及處理技術研究

劉煜 安俊睿

摘 ? ? ?要：三元復合驅作為我國各大油田的主要增產促產開發技術，始終存在一定的缺陷。通過實驗研究了弱堿三元復合驅采出液乳化程度及油水分離等相關特性，結合ZetaPALS電位儀、激光粒度儀測定了采出液擴散雙電層電位及懸浮固體粒徑，并進行了不同實驗條件下的破乳劑優選。實驗結果顯示：弱堿三元復合驅采出液的脫水難度大于水驅，因為其乳化嚴重且分散度高;相比于強堿三元復合驅采出液，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，懸浮雜質及油珠粒徑增加。

關 ?鍵 ?詞：三元復合驅;采出液;油水分離;ZetaPALS電位儀;破乳劑

中圖分類號：TE622.1+1 ? ? ? 文獻標識碼： 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，三元復合驅一直作為我國各大油田的主要增產促產開發技術之一，但其始終存在許多缺陷，如采用三元復合驅替開采原油過程中注入體系往往會有一定量的堿、表面活性劑或者聚合物等的存在，其會對原始地層造成非常嚴重的危害[1-4]。因為地層環境等條件會對驅注體系中的堿產生影響使其可能與地層流體或地層沉積物發生一系列物理化學變化，進而影響地層初始的平衡態[5，6]。此外，還會增加pH值及相關離子含量，進而增加采出液的礦化度，致使油井附近嚴重結垢，影響正常生產的進行[7-9]。以上諸多不利因素均顯著限制了三元復合驅在原油開采過程中的應用及創新推廣。

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

1 ?實驗部分

1.1 ?實驗材料及儀器

實驗材料：采出液樣品、正己烷、棉球、去離子水、濾膜、石油醚、汽油。

實驗儀器：顆粒圖像處理儀（OMEC PIP9.0型）、動態界面張力儀、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、乳化機、破乳劑評選儀。

1.2 ?實驗步驟

（1）乳化程度

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

（2）界面張力

通過注射泵上的注射器抽取少許采出液樣品，將其與動態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、電導率及主探頭進行校正，向容器槽加入適量樣品，調節速度開始攪拌，進行雙電層Zeta電位測試[17]。

（4）雜質測定

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。利用濾膜過濾法進行懸浮雜質的測定，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的粒徑分布。

2 ?結果與討論

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合驅采出液的乳化情況，如圖1所示。

將弱堿三元復合驅采出液達的觀測結果與水驅時進行對比，發現前者的粒徑范圍上限略小于后者;復合驅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，均小于水驅采出液，這一現象表明相比水驅采出液，復合驅采出液乳化更為嚴重，分散度高，乳狀液穩定，也就是說其相對更難脫水。

2.2 ?界面張力及強度

通過對五口井取樣測試，發現弱堿復合驅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，僅有極少數大于1.5 mN/m，這一結果與前人實驗結果類似，說明弱堿三元復合驅采出液的界面張力小于強堿復合驅，相比于后者具有更好的驅油效果且界面張力會隨著化學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%。通過圖示可以發現，強堿三元復合驅采出液的界面彈性模量和黏度會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合驅，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致的。強堿復合驅中Na+含量顯然要高于弱堿復合驅，其電解質濃度較高，導致活性劑活度下降，進而會影響界面附近的吸附的分子數目，同時聚合物分子也會因而受到影響，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行稀釋，制備出具有穩定性較高的模擬采出水，分別測定了不同取樣井的Zeta 電位，具體測量結果如表1所示。

從表1可以看出，強堿復合驅采出液具有較高的電位絕對值，其大多都位于50 mV以上;當其中只含有表面活性劑或其與堿同時存在時，隨著表面活性劑濃度的不斷增加，采出液的Zeta 電位均會呈現先降低后升高的趨勢;對于弱堿三元復合驅采出液，其電位絕對值明顯低于強堿復合驅，其值基本處于30～50 mV之間。當Zeta電位絕對值越大，則預示著乳狀液更加穩定，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，進而增厚了其擴散雙電層所致，最終導致Zeta電位增大。

2.3 ?雜質分析

采出液雜質分析實驗結果顯示，采出液中懸浮固體粒徑及累積粒度分布會隨著環境溫度的升高而增大;當加入50 ppm的破乳劑后，0.85 ～5.25μm的懸浮雜質粒徑分布僅有1%，相比于未加破乳劑下降了4%，大顆粒雜質則反而增加，此時約占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的濾除。此外較大濃度的破乳也會增加懸浮雜質的粒徑;乳狀液的穩定性會隨著溫度的升高而下降，會導致油珠合并，粒徑增加，如40 ℃時體積平均粒徑為17.26 μm，不足45 ℃時的1/2，而破乳劑的增加也會增大油珠粒徑。

2.4 ?破乳劑篩選

在進行了一系特性及雜質實驗分析之后，選取五口取樣井進行了不同破乳劑的篩選實驗。實驗過程中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行了多組實驗測試，其中篩選測試了6種破乳劑。實驗結果顯示，當脫水溫度為40 ℃且實驗時間為30 min時，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，應選取T6682或SP破乳劑（濃度為50 ppm）;而當表面活性劑濃度進一步增加且不超過130 ppm時，此時SP破乳劑（濃度為50 ppm）為最佳選擇。

3 ?結論

本文主要針對弱堿Na2CO3三元復合驅采出液的乳化情況、界面張力及雜質特性進行了實驗研究，對比篩選出了不同濃度及環境條件下最佳的破乳劑。主要可以得出以下結論：

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

（2）相比于強堿三元復合驅，弱堿三元復合驅采出液的界面張力較小，且其絕大多數界面張力處于0.1～1 mN/m 之間，也就是其驅油效果更優，同時界面張力會隨著采出液中化學劑含量的增加而降低;

（3）對于弱堿三元復合驅采出液，其電位絕對值明顯低于強堿復合驅，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隨著環境溫度的升高而增大，破乳劑的增加有利于雜質的濾除。

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，懸浮雜質粒徑以及油珠粒徑也同樣增大。

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