曹廣勝，張先強(qiáng)，李春成

（東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318）

聚合物絮凝沉淀影響因素研究*

曹廣勝，張先強(qiáng)，李春成

（東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318）

本文針對(duì)大慶油田聚合物驅(qū)造成地層堵塞的問題，采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)方法，研究各種無機(jī)離子對(duì)聚合物絮凝沉淀的影響，結(jié)果表明，鐵離子與聚合物溶液產(chǎn)生絮凝物的臨界濃度為0.007%，F(xiàn)e2+與聚合物溶液產(chǎn)生絮凝物的臨界濃度為0.009%，其他離子對(duì)聚合物絮凝影響不明顯，需要控制相應(yīng)的離子濃度，以減輕地層堵塞。

聚合物驅(qū)；堵塞；無機(jī)離子；絮凝；臨界濃度

大慶油田已經(jīng)進(jìn)入特高含水期開發(fā)階段，各區(qū)塊逐年開始運(yùn)用三次采油技術(shù)進(jìn)行油氣開采，主要采用聚合物驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)等方法，然而所使用的驅(qū)油聚合物經(jīng)常造成儲(chǔ)層堵塞，對(duì)生產(chǎn)造成不必要的麻煩，影響驅(qū)油效果及油田產(chǎn)量[1-3]。

國內(nèi)很多專家學(xué)者研究分析表明，聚合物與無機(jī)離子的絮凝會(huì)造成地層堵塞[4-8]，本文主要研究Fe3+、Fe2+、S2-等無機(jī)離子與聚合物的絮凝沉淀，分析造成絮凝的離子臨界濃度，為油田生產(chǎn)提供相應(yīng)的理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

（1）無機(jī)鹽：FeCl3、FeCl2、Na2S、CaCl2和 MgCl2；

（2）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的聚合物。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）分別配制濃度為0.001%，0.003%，0.005%，0.007% ，0.009% ，0.01% ，0.03% ，0.05% ，0.07% ，0.09% ，0.1% 、0.3% 、0.5% 、0.7% 、0.9% 、1% 、2% 、3%、4%、5%的無機(jī)鹽溶液100mL，置于燒杯中；

（2）取適量現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的聚合物，配制成濃度為1000mg·L-1的聚合物溶液；

（3）將不同濃度的無機(jī)鹽溶液與聚合物溶液按體積比1∶1混合，用攪拌器攪拌10min使其混合均勻；

（4）將混合溶液貼好標(biāo)簽，密封，置于45℃恒溫箱中保存，觀察聚合物絮凝情況；

（5）將混合物過濾烘干，測(cè)量絮狀物質(zhì)量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 鐵離子對(duì)聚合物絮凝的影響聚合物溶液中加入不同濃度的Fe3+24h后絮凝狀況見圖1。

圖1 聚合物溶液加入不同濃度的Fe3+24h后現(xiàn)象Fig.1 Phenomenon of polymer solution added different concentrations of Fe3+after 24h

產(chǎn)生的絮凝物質(zhì)量隨FeCl3濃度的變化曲線如見2。

圖2 絮狀物質(zhì)量隨Fe3+濃度變化曲線Fig.2 Curve of floc mass changes with the concentration of Fe3+

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，0.007%Fe3+與聚合物溶液接觸后開始發(fā)生反應(yīng)，生成橘黃色絮狀沉淀，而且Fe3+濃度越高，絮狀沉淀越明顯。當(dāng)Fe3+濃度大于1%時(shí)，隨著Fe3+濃度的增加，絮狀物質(zhì)量增加較快，當(dāng)Fe3+濃度達(dá)到4%～5%時(shí)，曲線變平緩，說明此時(shí)聚合物幾乎全部絮凝。Fe3+與聚合物溶液產(chǎn)生絮凝物的臨界濃度為0.007%。

2.2 Fe2+對(duì)聚合物絮凝的影響

聚合物溶液中加入不同濃度的Fe2+，24h后絮凝狀況見圖3。

圖3 聚合物溶液加入不同濃度的Fe2+24h后現(xiàn)象Fig.3 Phenomenon of polymer solution added different concentrations of Fe2+after 24h

產(chǎn)生的絮凝物質(zhì)量隨FeCl2濃度的變化曲線見圖3。

圖4 絮狀物質(zhì)量隨Fe2+濃度變化曲線Fig.4 Curve of floc mass changes with the concentration of Fe2+

由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以看出Fe2+對(duì)聚合物溶液絮凝響較大，生成淡黃色絮狀沉淀，最終變成紅棕色，是由于部分Fe2+被氧化成Fe3+。而且Fe2+離子含量越多，絮狀沉淀越明顯。Fe2+對(duì)聚合物溶液產(chǎn)生絮凝物的臨界濃度為0.009%。實(shí)驗(yàn)過程中，相同質(zhì)量含量的兩種溶液中Fe2+濃度比Fe3+濃度大，所以，同樣濃度下的FeCl2形成絮狀物的質(zhì)量較氯化大。

3 S2-對(duì)聚合物絮凝的影響

在聚合物溶液中加入5%的Na2S后，初始現(xiàn)象鐵2.24h后現(xiàn)象見圖5。

圖5 聚合物溶液中加入5%Na2S初始現(xiàn)象及24h后現(xiàn)象Fig.3 Initial phenomenon and phenomenon after 24h of polymer solution added 5%sodium sulfide

實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，S2-對(duì)聚合物絮凝影響不明顯，實(shí)驗(yàn)24h之內(nèi)混合溶液無絮狀物產(chǎn)生。

2.4 其他離子對(duì)聚合物絮凝的影響

水 中 常 見 的 金 屬 離 子 為 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe3+，而K+、Na+為低價(jià)離子，對(duì)聚合物分子的絮凝幾乎沒有影響。因此，需要考察Ca2+、Mg2+對(duì)聚合物絮凝的影響。

實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，Ca2+、Mg2+對(duì)聚合物絮凝影響不明顯，實(shí)驗(yàn)24h之內(nèi)混合溶液無絮狀物產(chǎn)生。

3 結(jié)論

（1）Fe3+與聚合物溶液接觸后開始發(fā)生反應(yīng)，生成橘黃色絮狀沉淀，臨界濃度為0.007%；

（2）Fe2+對(duì)聚合物溶液絮凝影響較大，生成淡黃色絮狀沉淀，最終變成紅棕色，臨界濃度為0.009%；

（3）S2-、Ca2+、Mg2+對(duì)聚合物絮凝影響不明顯；

（4）在聚合物驅(qū)生產(chǎn)過程中，需控制相應(yīng)的離子濃度，以減輕地層堵塞。

［1］ 張光焰,王志勇,劉延濤，等.國內(nèi)注聚井堵塞及化學(xué)解堵技術(shù)研究進(jìn)展［J］.油田化學(xué)，2006,23（4）:386-388.

［2］ 李君,楊希志.注聚井用JY 1解堵劑的研制及性能評(píng)價(jià)［J］.化學(xué)工程師，2004，（7）:11-12.

［3］ 周萬富,趙敏,王鑫,等.注聚井堵塞原因［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2004,28（2）:42-43.

［4］ 鄭俊德,張英志,任華,等.注聚合物井堵塞機(jī)理分析及解堵劑研究［J］.石油勘探與開發(fā),2004,31（6）:108-111.

［5］ 孟向麗,趙立強(qiáng),徐昆,等.注聚合物井堵塞原因和解堵技術(shù)［J］.石油鉆采工藝,2011,33（3）:70-73.

［6］ 盧祥國,陳會(huì)軍,單明濤.大慶油田北二區(qū)西部注聚井堵塞原因及預(yù)防措施［J］.油田化學(xué)，2002,19（3）:258-259.

［7］ 謝朝陽,李國,王鑫,等.大慶油田注聚井解堵增注技術(shù)［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2003,22（6）:57-58.

［8］ 宋愛莉,孫林,朱洪慶,等.SZ36-1油田締合聚合物驅(qū)堵塞物形成機(jī)理分析［J］.石油鉆采工藝,2011,33（1）:83-87.

Study on factors influencing polymer flocculation and sedimentation*

CAO Guang-sheng，ZHANG Xian-qiang，LIChun-cheng
（Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China）

In this paper,aiming at the blockage problem caused by polymer flooding in Daqing oilfield,the method of laboratory experimentare used to study the effect of inorganic ions on polymer flocculation and sedimentation.The results show that the critical concentration of iron ions which make polymer solutions produce flocculation is 0.007%,the critical concentration of ferrous ions which make the polymer solution produce the flocculation is 0.009%,and the effect of other ions on the polymer flocculation is not obvious.The concentration of corresponding ion needs to be controlled in order to alleviate formation blockage.

polymer flooding;blockage;inorganic ions;flocculation;critical concentration

TE39

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170434

2016-12-19

黑龍江省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“活性原油在非均質(zhì)儲(chǔ)層中的自適應(yīng)控水增油機(jī)理”（51574089）

曹廣勝（1966-），男，博士，教授，主要從事石油工程專業(yè)教學(xué)與科研工作。