聚驅注入管道黏損原因及治理方法

李躍華

大慶油田有限責任公司

聚合物驅油的機理在于利用聚合物增加水的黏度，從而更有效地提高原油采收率。在聚合物的配制、注入過程中，由于各種原因會造成聚合物溶液黏度降低、黏度損失，對原油采收率造成很大影響。為了提高開發效益，聚驅黏損調查和治理工作勢在必行。

1 單井黏損的關鍵因素

1.1 單井管線黏損分布規律

聚合物溶液的黏度是聚合物在油田應用中的重要指標，從多次聚驅黏損調查數據看，單井管線的黏損在5%～15%之間，平均黏損9.8%。針對地域相近的幾座注入站的單井管線，根據其不同材質、管徑及運行時間，對單井管線黏損情況進行統計（表1）。

表1 相同管徑不同長度的單井管線黏損統計Tab.1 Statistics of viscosity damage of single well with the same pipe diameter and different lengths

根據統計結果可以得出以下規律：相同條件下，碳鋼管線比玻璃鋼管線的黏損高2%～3%；管線的黏損均隨著管線長度的增加而增大；隨著運行年限的增加，碳鋼材質管線的黏損略有增加，玻璃鋼材質管線的黏損變化不明顯；管徑對管線黏損沒有太大影響[1-7]。

1.2 單井管線黏損原因

為了查找造成管線黏損的原因，選取不同材質的管線，采用清水對單井管線進行沖洗，沖出大量膠狀物及條帶狀物質。

對比分析進、出口水樣，發現Fe 離子含量明顯增加（表2）。其中：玻璃鋼材質管線沖洗前后，鐵離子含量變化不大；碳鋼材質管線沖洗前后，鐵離子增幅較大。

表2 管線沖洗前后鐵離子含量Tab.2 Iron ion content before and after pipeline flushing

將從管線中提取的膠狀物及沖出水樣放入室內配制的聚合物溶液中，與標準樣一起進行定期檢測并對比黏度值，發現隨著時間的延長，含有膠狀物和沖出水的溶液黏損降低非常迅速（表3）。

表3 膠狀物對聚合物溶液黏度影響實驗數據Tab.3 Experimental data of influence of gel on viscosity of polymer solution

根據化驗結果分析，殘留在聚合物溶液中的鐵離子和膠狀物是造成黏度損失的主要原因[8]。

2 鐵離子降解機理

針對管線中的鐵離子造成聚合物黏度損失較大的情況開展室內實驗研究，驗證其在無氧和有氧條件下對聚合物的影響，了解鐵離子如何降低聚合物的黏度，找到減小鐵離子對聚合物黏度影響的方法。

2.1 無氧條件下Fe2+對聚合物溶液黏度的影響

在敞開體系中，Fe2+極易被空氣氧化成Fe3+，不能完全反映出Fe2+對聚合物黏度的影響。為此，在實驗室用模擬水配制濃度為1 000 mg/L 的聚合物溶液，在無氧條件下加入FeSO4，穩定一段時間后，測量其黏度值（表4）。

表4 隔絕氧條件下二價鐵離子對聚合物溶液黏度的影響Tab.4 Influence of iron divalent ions on the viscosity of polymer solution under oxygen isolation condition

從表4 可以看出，在密閉無氧條件下，當Fe2+濃度低于10 mg/L 時，對聚合物溶液黏度變化影響小于10%。

2.2 有氧條件下Fe2+對聚合物溶液黏度的影響

在油田三次采油工藝中配制聚合物溶液時，大多是在敞開體系中進行的，Fe2+極易被空氣中的氧氣氧化成Fe3+。盡管部分地區采取密閉措施，仍可能有氧氣融入溶液，從而使Fe2+逐漸氧化成Fe3+，這種影響不同于Fe3+的單獨作用，也不同于無氧條件下Fe2+的作用。

在實驗室敞開體系中，用模擬水配制濃度1 000 mg/L 的聚合物溶液，加入FeSO4，靜置3 h，測量其黏度（表5）。

從表5 可以看出，Fe2+氧化成Fe3+過程對聚合物溶液黏度的傷害極大，Fe2+濃度為1 mg/L 時，已經造成溶液1/4 的黏損。

表5 敞開體系中二價鐵對聚合物溶液黏度的影響Tab.5 Influence of iron divalent on the viscosity of polymer solution in open system

2.3 Fe3+對聚合物黏度的影響

在聚合物溶液中添加Fe2（SO4）3，通過觀察發現，隨著Fe3+的加入，聚合物溶液黏度波動不大（表6）。

表6 三價鐵離子對聚合物黏度影響Tab.6 Influence of trivalent iron ions on polymer viscosity

2.4 鐵離子對聚合物黏損的影響機理

經研究，Fe2+是氧降解聚合物的催化劑，是迄今發現唯一能在數秒內將聚合物溶液黏度降低到與水黏度相近的物質。而Fe2+氧化成Fe3+引起的大分子降解，是溶液黏度降低的最主要原因[9]。在密封很好和無氧條件下，即使有Fe2+和FeS 存在，聚丙烯酰胺溶液也相當穩定。但在實際生產及運行過程中，大量的溶解氧與鐵離子會引起聚合物溶液黏度的下降。

3 降低管線黏損的方法

3.1 曝氧

為了使稀釋水中的Fe2+在與聚合物混合前變成Fe3+，在注水站加裝曝氧裝置以檢測曝氧前后水中Fe2+的含量變化（表7）。實驗表明，適當提高污水中的含氧量可有效遏制各種菌類對污水稀釋聚合物體系黏度造成的不利影響。

表7 污水曝氧前后Fe2+含量變化情況Tab.7 Changes of Fe2+ content in sewage before and after aeration

從曝氧效果看，Fe2+的含量均能降低至1 mg/L以下，達到了曝氧的目的。

3.2 沖洗管線

采用多種方式沖洗單井管線可避免管線中膠狀物等還原性物質造成聚合物黏損，同時降低含油、懸浮物及各種離子對聚合物溶液黏度的影響。注入站為了方便操作及減少資金投入，利用注入站內已建的洗井流程，采用稀釋水高速沖洗注入管線，這種方式操作簡單，但效果一般，只能小幅度降低黏損。因此，對黏損大于10%的單井管線，需要更有效的沖洗方式。

3.2.1 清水沖洗

在沖洗管線時，為確保沖洗效果，首先對站內流程進行改造，實現能夠外接水泥車，用60℃清水進行沖洗。在沖洗方式上，分別采用加助洗劑恒壓沖洗、變壓沖洗和恒壓沖洗三種。沖洗效果分析結果見表8。

表8 沖洗前后管線黏損對比Tab.8 Comparison of pipeline viscosity loss before and after flushing

從沖洗效果來看，清水加助洗劑沖洗效果最好，清水變壓沖洗效果次之。在實際生產中，清水沖洗需要水泥車拉運清水，工作量大且沖洗速度慢，不能滿足大規模沖洗管線的要求。因此，應利用現有的洗井流程，采用稀釋污水，通過前期逐漸升壓、放大排量的方法沖洗管線，沖洗后黏損可大幅降低。

3.2.2 空穴射流沖洗

空穴射流清洗技術是一項新型的清潔技術，應用于油田管線除垢，可快速清洗管線，對于油水井管道的除垢顯著效果。

（1）空穴射流機理?？昭ㄉ淞魇沁\用物理流體力學中的“空穴效應”原理（圖1），清洗器在壓力水流作用下，引導水流在管線中形成連續移動的低壓區，由此產生的微氣泡迅速被壓縮至崩裂，瞬時射出強力的微射流，從而清洗污垢[10]。

圖1 空穴射流沖洗示意圖Fig.1 Schematic diagram of cavitation jet flushing

（2）空穴射流沖洗效果。油田聚驅單井管線目前已大規模利用空穴射流技術清洗污垢及膠狀物，清洗后污垢及膠狀物去除率達到98%，可使黏損降低7%～15%。

從2014 年起，三采系統開展管線沖洗試驗、清管器研制（圖2）和流程改造。2018 年，某采油廠開始成立專業化注入管線清洗隊伍（圖3），年均完成230 口井的注入管道清洗，管線平均黏損下降7%，年節約成本230.5 萬元。

圖2 自主研制清管器Fig.2 Self-developed pig

圖3 專業化隊伍自主清洗Fig.3 Self-cleaning by professional teams

4 結論

管線材質、長度、運行時間等因素均對聚合物黏度損失有直接影響；地面配注流程中應采取充分曝氧等方式減少Fe2+的存在；可采用定期管線沖洗的方式減少管線中膠狀物等雜質對聚合物黏度的影響，黏損較小的管線可采用“高溫清水+助洗劑”沖洗，黏損較大、污垢較多的管線可采用空穴射流方法沖洗。