酸化返排液中無機離子對電導率的影響

劉 洋，胡紅福，王春林，榮新明，黃志明

中海油田服務股份有限公司油田生產事業部，天津300459

酸化作為油田常規的增產措施在各大油田被廣泛應用，但酸化返排液往往會對油、氣、水處理流程帶來很大沖擊［1］。油水井酸化作業返排液成分復雜，處理難度大［2］。不同階段的返排液，其特點也不盡相同。初始階段，返排液含油量低、pH低、礦化度高、濁度高、色度高，無法直接排放或直接注入地層；而見油后，返排液含有大量游離水、乳化水、泥質以及各種離子，通過電脫水裝置時會引起跳閘斷電，造成整個處理流程中斷［3-4］。

本文通過測定酸化初期、中期和后期返排液中無機離子的種類及含量，考察Ca2+、Mg2+和Fe3+這3種特征離子濃度對返排液電導率的影響，得出返排液受其組成及濃度的影響規律，為后續返排液的處理提供理論依據，保證油田正常生產。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器及試劑

CaCl2、MgCl2、FeCl3（分析純），國藥集團化學試劑有限公司。

X 線熒光光譜儀，德國Bruker 公司；DDSJ-308F 型電導率儀、PHBJ-260 型便攜式酸度計，上海雷磁儀器有限公司；HH-600 型恒溫水浴鍋，上海啟前電子科技有限公司。

1.2 返排液無機物種類及含量測定

水溶液中的離子種類及離子含量是影響其電導率的重要因素之一。為了確定酸化返排液中無機離子種類、含量與返排液電導率之間的關系，實驗選取了渤海油田4 口油井酸化后返排液樣品進行研究。取一定量的返排液樣品，將其水相進行蒸干、灼燒，再進行X 線熒光光譜（XRF）全元素掃描［5］，對各井返排液水相中的元素種類進行分析。并采用上海雷磁DDSJ-308F 型電導率儀對返排液的水相在25 ℃時的電導率以及總溶解固體含量（TDS）進行測試［6-7］。

1.3 離子含量對返排液電導率的影響

為考察返排液中Ca2+、Mg2+和Fe3+這3 種特征離子的含量與返排液電導率的關系［8］，實驗以渤海油田4口油井前期、中期和后期3個時間段的返排液水相作為研究對象，向3 種返排液水相中加入一定量的CaCl2、MgCl2以及FeCl3晶體，從而改變3 種離子（按照相應離子的氯化物鹽的摩爾質量計算）含量，測試離子質量濃度為50～1 000 mg/L時的水相電導率。

2 結果與討論

2.1 返排液中無機物種類及電導率

表1 是渤海油田4 口油井酸化返排液樣品的離子種類、含量及電導率。由表1 可知：各區塊油井酸化返排液中所含無機離子的種類大致相同。水溶液中的離子總含量與其電導率大小呈正相關，即總溶解無機鹽含量越高，水相電導率相應越大。其中，#2 油井酸化返排液中TDS 最高為42.8 g/L，其對應的水相電導率為85.8 mS/cm。4 口油井酸化返排液中Na、K 和Cl 等元素含量的差別可能與各區塊地下水種類、礦化度大小以及酸化時鹽酸用量有關。特別地，返排液中含量高的F、B等元素大概率是因為返排液中含有一定量的HF以及HBF4殘酸所致。

表1 渤海油田4口油井酸化返排液樣品的元素種類、含量及電導率

2.2 離子含量對返排液電導率的影響

表2～4是Ca2+、Mg2+和Fe3+這3種離子濃度對#4油田返排液電導率的影響。由表2～4 可知：返排液的電導率隨著CaCl2、MgCl2和FeCl3這3 種鹽的濃度升高而增大，且前期返排液電導率的升高幅度明顯高于中期、后期返排液，三者的主要區別在于pH 的大小，說明低pH 溶液導電粒子的活性更強。

表2 Ca2+質量濃度對返排液電導率的影響mS·cm-1

表3 Mg2+質量濃度對返排液電導率的影響mS·cm-1

表4 Fe3+質量濃度對返排液電導率的影響mS·cm-1

在相同條件下，Fe3+對前期返排液電導率的提升幅度是Ca2+、Mg2+的2～3倍，可能是Fe3+的電荷數比Mg2+和Ca2+要高許多，因此能夠顯著提升液體的電導率［9］。同時，前期返排液的酸性條件使得Fe3+在水相中穩定存在。因此，推斷返排液中高導電能力的Fe3+可能是導致油田生產現場電脫水裝置易發生跳電的主要原因。

對于偏中性的后期返排液樣品，隨著Ca2+、Mg2+和Fe3+離子濃度增加，這3 種離子對返排液電導率的增加幅度相同，即使在離子質量濃度為1 000 mg/L 下，3 種返排液的電導率分別為57.8、55.4 和59.7 mS/cm。這可能是在pH 相對較高的返排液中，Fe3+無法繼續以游離態穩定存在，基本上以氫氧化物的沉淀形式析出，致使Fe3+對偏中性的后期返排液電導率的影響程度降低。同時，這也說明中期、后期返排液中存在的固相懸浮物可能為高價金屬的氧化物或氫氧化物沉淀。

3 結論

1）油井酸化返排液中所含無機離子的種類大致相同，水溶液中的離子總含量越高，其相應的水相電導率越大。

2）隨著Ca2+、Mg2+和Fe3+這3 種特征離子濃度的升高，返排液的電導率逐漸增大，且Fe3+對前期返排液電導率的提升能力約為同濃度下Ca2+、Mg2+的2～3倍，說明返排液中Fe3+含量較高是導致油田生產流程中電脫水裝置發生跳電的主要原因。

3）對于偏中性的后期返排液樣品，離子質量濃度為1 000 mg/L時，3種返排液的電導率分別為57.8、55.4 和59.7 mS/cm，隨著3 種離子濃度增加，對返排液電導率的增加幅度相同。