曹廣勝， 李建曄， 祝 健， 王培倫， 李世寧， 何 奇

(東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

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改善牛心坨油田調(diào)剖劑成膠效果除氧劑優(yōu)選

曹廣勝， 李建曄， 祝 健， 王培倫， 李世寧， 何 奇

(東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

牛心坨油田20年注水開(kāi)發(fā)，平面和層間的注水矛盾突出，急需進(jìn)行吸水剖面調(diào)整，尤其是深度調(diào)剖。利用現(xiàn)有的調(diào)剖劑體系進(jìn)行調(diào)剖改善，成膠效果差，調(diào)剖效果不理想。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)調(diào)剖劑中溶解氧的存在是破壞調(diào)剖成膠效果的主要因素。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)提供的聚合物、交聯(lián)劑和水樣品，利用油田常用除氧劑對(duì)牛心坨油田調(diào)剖劑成膠改善效果開(kāi)展了一系列室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，苯甲酸鈉和硫代硫酸鈉對(duì)于改善調(diào)剖劑成膠有一定的效果。

牛心坨油田； 調(diào)剖劑； 除氧劑； 影響因素； 實(shí)驗(yàn)分析

隨著我國(guó)東部油田的日益開(kāi)采，油田含水率逐步上升，采出液含水率逐年遞增，導(dǎo)致污水處理量增加較快，且處理難度越來(lái)越大，給油田生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)帶來(lái)極大困難。同時(shí)，由于三次采油應(yīng)用規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，配制聚合物溶液的淡水資源日趨緊張，而油田污水又不能完全回注油層，這不僅造成資源浪費(fèi)，還增加油田操作成本。因此，利用油田采出污水配制聚合物溶液就顯得越來(lái)越重要。但是，由于油田污水中含有大量厭氧細(xì)菌，如硫酸鹽還原菌SRB、腐生菌TGB 等，這些細(xì)菌對(duì)聚合物溶液有分解作用，使聚合物溶液黏度降低，因此，現(xiàn)場(chǎng)采用污水曝氧處理方法以減少或消除硫酸鹽還原菌等厭氧細(xì)菌對(duì)污水聚合物溶液的影響。盡管污水曝氧處理具有較好的抑制和殺菌作用，但曝氧過(guò)量又會(huì)導(dǎo)致聚合物分子鏈斷裂，影響聚合物溶液黏度。聚合物溶液中含氧量越高，其長(zhǎng)期穩(wěn)定性就越差[1-3]。因此，使用合適的曝氧量是污水曝氧處理技術(shù)成功應(yīng)用的關(guān)鍵。尤其是當(dāng)溶液中存在活性雜質(zhì)時(shí)，微量氧也會(huì)對(duì)聚合物成膠產(chǎn)生一定破壞，進(jìn)而導(dǎo)致其黏度下降，驅(qū)油效果變差[4-8]。因此，優(yōu)選出能夠改善牛心坨油田調(diào)剖劑成膠效果的除氧劑以及合理的用量是本文的關(guān)鍵。針對(duì)牛心坨油田的流體特征，以凝膠體系黏度、成膠有效期、成膠穩(wěn)定性為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)控制變量法優(yōu)選出最優(yōu)的油田除氧劑，以改善油田調(diào)剖劑的成膠效果。

1 牛心坨油田的污水水質(zhì)

對(duì)牛心坨油田的現(xiàn)場(chǎng)過(guò)濾污水水質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 牛心坨油田的污水水質(zhì)分析

從表1可以看出，牛心坨油田現(xiàn)場(chǎng)過(guò)濾污水總礦化度及溶解氧質(zhì)量濃度較高，含有一定量的細(xì)菌，成分相對(duì)復(fù)雜，污水成分和性質(zhì)變化很大。在溶解氧質(zhì)量濃度較高的環(huán)境下，溶解氧雖然會(huì)抑制厭氧菌的活性，但是也會(huì)氧化分解調(diào)剖劑[9]。另外，污水中厭氧菌硫酸鹽還原菌含量較高，其在過(guò)低的氧的環(huán)境下也會(huì)對(duì)聚合物產(chǎn)生明顯的降解作用[10-12]，因此溶解氧質(zhì)量濃度過(guò)高或者過(guò)低，都會(huì)對(duì)聚合物的成膠造成傷害。利用除氧劑把水中的溶解氧質(zhì)量濃度控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)是改善調(diào)剖劑成膠效果的關(guān)鍵。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)藥品

無(wú)水亞硫酸鈉(Na2SO3)，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司；硫代硫酸鈉(Na2S2O35H2O)、苯甲酸鈉(C6H5COONa)，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；二甲基酮肟((CH3)2C=NOH)，鄭州亞中化工產(chǎn)品有限公司；硫脲(CH4N2S)，哈爾濱市新達(dá)化工廠；聚合物(HPAM，相對(duì)分子質(zhì)量1 900萬(wàn))、交聯(lián)劑(C6H9O6Cr)，山東海瀾化學(xué)工業(yè)有限公司。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

Mettler Toledo高精度天平，梅特勒托利多儀器(上海)有限公司；BROOKFIELD DV-ⅡPro數(shù)顯黏度計(jì)，美國(guó)Brookfield 公司；雷磁DZS-708 多參數(shù)分析儀，上海儀電科學(xué)儀器有限公司；JB200-SH 型數(shù)顯恒速電動(dòng)攪拌器，上海精密儀器儀表有限公司。

3 結(jié)果與討論

3.1 硫代硫酸鈉改善成膠效果

在油田現(xiàn)場(chǎng)過(guò)濾污水中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硫代硫酸鈉，使水樣中硫代硫酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)成梯度排列，加入調(diào)剖劑后，放入65 ℃的恒溫箱中，進(jìn)行黏度測(cè)量。實(shí)驗(yàn)中，聚合物與交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比為2∶1。圖1為除氧劑硫代硫酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)與調(diào)剖劑成膠天數(shù)的關(guān)系。

圖1 除氧劑硫代硫酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)與調(diào)剖劑成膠天數(shù)的關(guān)系

從圖1中可以看出，除氧劑硫代硫酸鈉對(duì)提高調(diào)剖劑成膠有很好的效果，能夠大幅度地延長(zhǎng)成膠時(shí)間，其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.50%的硫代硫酸鈉，調(diào)剖劑成膠天數(shù)達(dá)到160 d。與未加入除氧劑相比，改善率達(dá)到167%。

表2為加入硫代硫酸鈉后調(diào)剖劑黏度與成膠天數(shù)的關(guān)系數(shù)據(jù)及方差比較。

表2 加入硫代硫酸鈉后調(diào)剖劑黏度與成膠天數(shù)的關(guān)系數(shù)據(jù)及方差比較

由表2可知，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.20%的硫代硫酸鈉配制的調(diào)剖劑穩(wěn)定性最好，成膠穩(wěn)定性改善效率為42.05%。因此，硫代硫酸鈉能夠改善調(diào)剖劑的成膠效果。

3.2 苯甲酸鈉改善成膠效果

苯甲酸鈉可作防腐劑，具有殺菌、抑菌作用，也可作除氧劑。實(shí)驗(yàn)考察苯甲酸鈉對(duì)于改善調(diào)剖劑成膠效果，結(jié)果見(jiàn)圖2和表3。

從圖2中可以看出，苯甲酸鈉能夠大幅度地延長(zhǎng)成膠天數(shù)，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.50%的苯甲酸鈉，與未加入相比，延長(zhǎng)成膠天數(shù)125 d，改善幅度為189%，大大地提高了成膠的效果。

圖2 除氧劑苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)與調(diào)剖劑成膠天數(shù)的關(guān)系 表3 加入苯甲酸鈉后調(diào)剖劑黏度與成膠天數(shù)的關(guān)系數(shù)據(jù)及方差比較

成膠天數(shù)黏度/(mPa·s)0.05%0.10%0.20%0.30%0.50%1382003770042300400004240020120001240013000210001000040350045007000900053006032004000560090006000802300230055008500300010012001800280050001900120600600110025001200140340240880130015001600030060026001800000600成膠穩(wěn)定性方差5669.685634.606430.246874.985458.86穩(wěn)定性迭代計(jì)算結(jié)果2539.592807.353252.504762.502355.56成膠穩(wěn)定性改善效率/%46.6841.0531.71050.54

由表3可知，苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，調(diào)剖劑成膠穩(wěn)定性越強(qiáng)，最大改善幅度達(dá)到50.54%。從延長(zhǎng)調(diào)剖劑成膠有效期效果綜合考慮，苯甲酸鈉具備改善調(diào)剖劑成膠效果的能力。

3.3 亞硫酸鈉改善成膠效果

亞硫酸鈉是一種廣泛應(yīng)用的低成本除氧劑，美國(guó)于1935年首次將亞硫酸鈉用作脫氧劑并廣泛使用[13]。圖3為除氧劑亞硫酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)與調(diào)剖劑成膠天數(shù)的關(guān)系。

圖3 除氧劑亞硫酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)與調(diào)剖劑成膠天數(shù)的關(guān)系

表4為加入亞硫酸鈉后調(diào)剖劑黏度與成膠天數(shù)的關(guān)系。

由表4和圖3可知，亞硫酸鈉對(duì)于改善調(diào)剖劑成膠沒(méi)有明顯的效果，反而影響其成膠黏度，隨著亞硫酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，調(diào)剖劑的黏度反而下降。亞硫酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，其成膠天數(shù)越短，成膠效果越差，這是因?yàn)楦哔|(zhì)量分?jǐn)?shù)的亞硫酸鈉除氧迅速，提高了厭氧菌硫酸鹽還原菌的活性，加快了對(duì)聚合物的分解作用。

利用多參數(shù)分析儀，研究亞硫酸鈉的除氧能力。表5為亞硫酸鈉與氧進(jìn)行3 min反應(yīng)前后對(duì)比。由表5可知，亞硫酸鈉與氧反應(yīng)的能力強(qiáng)、速度快，除氧效果徹底，在3 min內(nèi)1.5 g亞硫酸鈉在100 mL的蒸餾水中除氧率可達(dá)99.0%。因此亞硫酸鈉可以單獨(dú)地作為和氧反應(yīng)的化學(xué)藥劑，但是作為改善調(diào)剖劑成膠效果的添加劑明顯不合適。

表4 加入亞硫酸鈉后調(diào)剖劑黏度與成膠天數(shù)的關(guān)系

表5 亞硫酸鈉與氧進(jìn)行3 min反應(yīng)前后對(duì)比

3.4 復(fù)合型亞硫酸鈉+二甲基酮肟改善成膠效果

二甲基酮肟具有較強(qiáng)的還原性，因此很容易與水中溶解氧反應(yīng)，除氧較完全[14]。但是二甲基酮肟作為一種新型的除氧劑，由于價(jià)格較高和國(guó)內(nèi)研究較少等原因還沒(méi)有在油田大范圍應(yīng)用[15]，考慮到價(jià)格因素以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的可行性，本次研究采用實(shí)驗(yàn)配方為質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%亞硫酸鈉+質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%二甲基酮肟。圖4為復(fù)合型除氧劑黏度隨時(shí)間的變化曲線。

圖4 復(fù)合型除氧劑黏度隨時(shí)間變化曲線

從圖4中可以看出，隨著調(diào)剖劑中復(fù)合型除氧劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，無(wú)論是調(diào)剖劑的初始黏度還是成膠有效期均有所增加。雖然復(fù)合型除氧劑對(duì)提高調(diào)剖劑的成膠效果有一定的作用，但是與其他高效除氧劑相比，復(fù)合型除氧劑改善效果仍然有限。

圖5為復(fù)合型除氧劑、亞硫酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)與調(diào)剖劑成膠天數(shù)的關(guān)系。由圖5可知，復(fù)合型除氧劑對(duì)提高調(diào)剖劑成膠效果有一定的作用，但是與其他高效除氧劑相比復(fù)合型除氧劑改善效果仍然有限。復(fù)合型除氧劑與單一亞硫酸鈉相比，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.20%時(shí)，二甲基丙酮肟的開(kāi)始發(fā)揮作用，復(fù)合型成膠天數(shù)有明顯的提高，最高提高效率為58%。

圖5 復(fù)合型除氧劑、亞硫酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)與 調(diào)剖劑成膠天數(shù)的關(guān)系

4 結(jié) 論

(1)除氧劑苯甲酸鈉和硫代硫酸鈉對(duì)于改善調(diào)剖劑成膠有明顯的效果，可以作為除氧劑適當(dāng)?shù)募尤氲秸{(diào)剖劑中。

(2)綜合考慮，基于牛心坨油田流體狀況以及從促進(jìn)聚合物分子間的交聯(lián)反應(yīng)、延長(zhǎng)調(diào)剖劑成膠天數(shù)效果來(lái)看，優(yōu)選為苯甲酸鈉，最優(yōu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.50%。

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(編輯 宋官龍)

Deoxidant Selection for Improving Gelling Effect of Profile-Control Agent in Niuxintuo Oilfield

Cao Guangsheng, Li Jianye, Zhu Jian, Wang Peilun, Li Shining, He Qi

(SchoolofPetroleumEngineering,NortheastPetroleumUniversity,DaqingHeilongjiang163318,China)

In the 20 years of waterflood development in the Niuxintuo oilfield, the contradiction between water injection in plane and interlayer is prominent, so it is urgent to adjust the injectivity profile, especially for depth profile control. Using the existing profile control agent system to improve the profile control, the effect of gel formation is poor, and the profile control effect is not satisfactory. It has been found that the presence of dissolved oxygen in the profile control agent is the main factor affecting the effect of profile modification. The site provides the polymer, crosslinking agent and water samples, the use of commonly uses deoxidant on Niuxintuo oilfield profile control agent to improve the effect to carry out a series of laboratory experiments.The results show that sodium benzoate and hyposulphite for improving the effect of gumforming compound have certain effect.

Niuxintuo oilfield; Profile control agent; Deoxidant; Influence factors; Experimental analysis

1672-6952(2017)04-0039-05

2016-09-07

2016-10-13

曹廣勝(1966-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事采油采氣工藝?yán)碚撆c技術(shù)研究；E-mail：caoguangsheng@163.com。

TE

Adoi:10.3969/j.issn.1672-6952.2017.04.009

投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn