調剖劑對采出液穩(wěn)定性影響的實驗研究

曾志強，趙偉，靖波，華朝，尹先清

(1.長江大學 化學與環(huán)境工程學院，湖北 荊州 434023； 2.中海油研究總院 海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室，北京 100028)

提高油田開發(fā)效率的常用工藝措施是通過調剖作業(yè)封堵水流優(yōu)勢通道，以降低采出液含水率；但調剖工藝往往存在著采出液穩(wěn)定性強、脫水困難等問題[1-3]。國內外學者大多研究調剖劑的合成[4-6]以及其性能評價[7]，對于調剖劑與采出液穩(wěn)定性的關系以及現場最優(yōu)加量關注較少[8]，但是采出液中殘余藥劑對后續(xù)采出液破乳、污水處理有著極其重要的意義[9-10]。基于此，本文研究了不同溫度下、不同調剖劑殘余量對采出液穩(wěn)定性的影響，以油中含水率、水中含油率、表面張力以及ζ電位作為評價指標，評價其穩(wěn)定性，確定最優(yōu)設計量，用于指導現場調剖工藝設計。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

CCl4，色譜級；二甲苯、鹽酸均為分析純；油井采出水、采出原油(含水19.2%)、調剖劑等取自于某油田現場，調剖劑由聚合物(HPAM分子量 1 000 萬)、交聯劑(硼酸酯類)、助劑(烷基硫酸類)、顆粒調剖劑(TJ-1)組成。

JC-0IL-6型紅外測油儀；XGRL-4A型恒溫滾子爐；FA300型高速乳化機；JS94H型ζ電位儀；TX-500C旋轉滴界面張力儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 采出液配制 模擬原油和井水在地層的乳化狀態(tài)(井口油層溫度為60 ℃)，將定量井水與原油60 ℃、4 000 r/min下用高速乳化機乳化30～40 min，乳化后含水量為50.02%。按照聚合物1.4%、交聯劑0.4%、助劑0.2%、顆粒調剖劑0.5%的加樣順序，設置殘余藥劑梯度0，10%，20%，30%，40%，50%，60%，分別加到乳化完成的液體中。

1.2.2 穩(wěn)定性實驗 模擬采出液在地層下的狀態(tài)，將樣品在恒溫滾子爐中，轉速50 r/min，恒溫滾動168 h，模擬不同地層溫度梯度70，80，90，100，110 ℃，滾動完全后取出，60 ℃下靜置2 h，待油水分層，分別取出油相和水相，測其油水率。

1.2.3 穩(wěn)定性評價指標 取油相和水相用旋轉滴界面張力儀測界面張力；取上層油相共沸精餾測定油中含水；取下層水相萃取后用紅外測油儀測水中含油；取下層水樣用ζ電位儀測ζ電位。

原油含水和水中含油測定按照GB/T 260—2016《石油產品水含量的測定 蒸餾法》和HJ 637—2018《水質 石油類和動植物油類的測定 紅外分光光度法》，ζ電位以及界面張力測定按照GB/T 32668—2016《膠體顆粒Zeta電位分析電泳法通則》和SY/T 5370—2018《表面及界面張力測試方法》。

2 結果與討論

2.1 殘余藥劑量對采出液油水分離效果的影響

分別用空白和6種不同殘余藥量進行穩(wěn)定性實驗，測定采出液的水中含油率和油中含水率，結果見圖1、圖2。

圖1 殘余藥劑量與采出液中水中含油變化趨勢Fig.1 The relationship between the residual drug dose and the oil content in water of produced liquid

由圖1和圖2可知，當溫度一定時，隨著調剖劑殘余量的升高，水中含油率和油中含水率均呈上升趨勢。油中含水率隨調剖劑殘余藥劑量增大是因為隨著殘余藥劑量加大，吸附在原油表面的藥劑增多，使得采出液親水性增加，破乳難度增大。同時采出液熱力學穩(wěn)定性提高，形成油水均勻混合物，不易形成連續(xù)易分離的水相，導致油中含水量升高。對水中含油而言，殘余藥劑量升高，藥劑與水互溶后，水相黏度增加，加大了油珠聚集為大顆粒油珠的難度，油水分離困難，水中含油率隨著調剖劑量增加而上升。當殘余藥劑量在30%內，油水率增長速度快，30%以后增長緩慢，達到限值。殘余藥劑量30%以內，油中含水率和水中含油率均<50%，采收效率較高，因此調剖劑注入設計量應控制在殘余藥劑量30%以內為宜。

圖2 殘余藥劑量與采出液中油中含水變化趨勢Fig.2 The relationship between the residual drug dose and the water content in oil of produced fluid

2.2 溫度對采出液油水分離效果的影響

5種不同溫度下殘余藥劑量的穩(wěn)定性實驗，測定處理后采出液的水中含油率和油中含水率，結果見圖3、圖4。

圖3 溫度與采出液中水中含油關系Fig.3 The relationship between temperature and oil content in water of the produced fluid

圖4 溫度與采出液中油中含水關系Fig.4 The relationship between temperature and water content in oil of the produced fluid

由圖3、圖4可知，調剖劑殘余藥量一定時，隨著溫度的升高，水中含油率和油中含水率均呈下降趨勢。采出液溫度升高，加快了采出液油水分子的熱運動，油相黏度下降，水在連續(xù)相中的流動性增強，水珠在油連續(xù)相中碰撞幾率變大而更容易聚并，形成水連續(xù)相從油相中分離出來，油中含水量降低。同時，溫度上升導致水滴與油滴黏合性下降，油滴更容易與水滴分離，油滴碰撞結合形成連續(xù)流動的油相從水相中分離出來，因此采出液的水中含油率下降。當溫度≥100 ℃時，油中含水率和水中含油率均<30%。油中含水率低，開發(fā)效率提高，利于地面油水分離，因此調剖劑注入設計量應控制在殘余藥劑量30%以內為宜。

2.3 殘余藥劑量對ζ電位絕對值影響

測定穩(wěn)定性實驗后，分離后的含油污水ζ電位變化分析其穩(wěn)定性，結果見圖5。

圖5 殘余藥劑量與采出液ζ電位絕對值關系Fig.5 The relationship between the residual drug dose and produced fluid Zeta potential

由圖5可知，隨著殘余藥劑量的增加，采出液穩(wěn)定性呈緩慢上升趨勢，ζ電位絕對值表現為小幅振蕩變化，相較于殘余藥劑量>30%時，30%內ζ電位絕對值在5.2 mV上下小幅振蕩，明顯較低。油水分離后含油污水穩(wěn)定性較弱，容易破乳，降低了油水分離難度。因此在殘余藥量的控制方面，從采出液分離出污水穩(wěn)定性看，調剖劑注入設計量控制在殘余量30%以內較優(yōu)。

2.4 不同殘余藥量的油水界面張力

分別測定10%，30%和50%三種殘余藥量在不同時間實驗后的油水界面張力值，結果見圖6。

由圖6可知，三種不同殘余藥劑量穩(wěn)定后，油水界面張力隨著穩(wěn)定時間的延長而小幅振蕩，保持在平穩(wěn)狀態(tài)；但隨著藥劑殘余量增大，界面張力明顯變小，在殘余藥量>30%時油水界面張力快速下降；就界面張力而言，相同的界面面積，當界面張力較大時，油水界面更易自發(fā)縮小，采出液體系油水平衡更容易打破，較低的油水界面張力表現為采出液體系穩(wěn)定不易脫水。因此調剖劑殘余量應控制在30%內為宜，利于地面工程的油水分離處理。

圖6 不同采出液油水界面張力變化趨勢Fig.6 Variation trend of oil-water interfacial tension of different produced fluid

3 結論

(1)溫度一定時，隨著調剖劑殘余量的升高，水中含油率和油中含水率均出現上升趨勢；殘余藥劑量≤30%，上升較為迅速，30%后緩慢上升，殘余藥劑量≤30%時油中含水率與水中含油率均≤50%。調剖劑殘余藥劑量一定時，隨著溫度的升高，水中含油率和油中含水率均下降，在110 ℃殘余藥劑量10%時，油中含水率21.11%，水中含油率24.77%。

(2)殘余藥劑量的增加，采出液中的油水穩(wěn)定性增加，含油污水ζ電位值呈小幅振蕩變化；相較于殘余藥劑量>30%，30%內ζ電位絕對值在 5.2 mV 上下振動，明顯較低，采出液穩(wěn)定性較弱，更容易破乳。

(3)相同殘余藥劑量下油水界面張力隨著穩(wěn)定時間的延長變化較小，保持在平穩(wěn)狀態(tài)。隨著藥劑殘余量增大，界面張力明顯變小，殘余藥量30%時油水界面張力在2.2 mN/m波動，但隨殘余藥劑量增加界面張力快速下降，采出液體系穩(wěn)定性增大，加大采出液脫水難度。

(4)采出液中調剖劑殘余藥劑量，控制在30%內較優(yōu)，采出液熱力學平衡易打破，利于采出液脫水。