李躍華

大慶油田有限責(zé)任公司

聚合物驅(qū)油的機(jī)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(huì)造成聚合物溶液黏度降低、黏度損失，對(duì)原油采收率造成很大影響。為了提高開發(fā)效益，聚驅(qū)黏損調(diào)查和治理工作勢(shì)在必行。

1 單井黏損的關(guān)鍵因素

1.1 單井管線黏損分布規(guī)律

聚合物溶液的黏度是聚合物在油田應(yīng)用中的重要指標(biāo)，從多次聚驅(qū)黏損調(diào)查數(shù)據(jù)看，單井管線的黏損在5%～15%之間，平均黏損9.8%。針對(duì)地域相近的幾座注入站的單井管線，根據(jù)其不同材質(zhì)、管徑及運(yùn)行時(shí)間，對(duì)單井管線黏損情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表1）。

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

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以得出以下規(guī)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(zhǎng)度的增加而增大；隨著運(yùn)行年限的增加，碳鋼材質(zhì)管線的黏損略有增加，玻璃鋼材質(zhì)管線的黏損變化不明顯；管徑對(duì)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(zhì)的管線，采用清水對(duì)單井管線進(jìn)行沖洗，沖出大量膠狀物及條帶狀物質(zhì)。

對(duì)比分析進(jìn)、出口水樣，發(fā)現(xiàn)Fe 離子含量明顯增加（表2）。其中：玻璃鋼材質(zhì)管線沖洗前后，鐵離子含量變化不大；碳鋼材質(zhì)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(nèi)配制的聚合物溶液中，與標(biāo)準(zhǔn)樣一起進(jìn)行定期檢測(cè)并對(duì)比黏度值，發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，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(duì)聚合物溶液黏度影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.3 Experimental data of influence of gel on viscosity of polymer solution

根據(jù)化驗(yàn)結(jié)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(jī)理

針對(duì)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(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證其在無氧和有氧條件下對(duì)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(duì)聚合物黏度影響的方法。

2.1 無氧條件下Fe2+對(duì)聚合物溶液黏度的影響

在敞開體系中，F(xiàn)e2+極易被空氣氧化成Fe3+，不能完全反映出Fe2+對(duì)聚合物黏度的影響。為此，在實(shí)驗(yàn)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(wěn)定一段時(shí)間后，測(cè)量其黏度值（表4）。

表4 隔絕氧條件下二價(jià)鐵離子對(duì)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(dāng)Fe2+濃度低于10 mg/L 時(shí)，對(duì)聚合物溶液黏度變化影響小于10%。

2.2 有氧條件下Fe2+對(duì)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(shí)，大多是在敞開體系中進(jìn)行的，F(xiàn)e2+極易被空氣中的氧氣氧化成Fe3+。盡管部分地區(qū)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(dú)作用，也不同于無氧條件下Fe2+的作用。

在實(shí)驗(yàn)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(cè)量其黏度（表5）。

從表5 可以看出，F(xiàn)e2+氧化成Fe3+過程對(duì)聚合物溶液黏度的傷害極大，F(xiàn)e2+濃度為1 mg/L 時(shí)，已經(jīng)造成溶液1/4 的黏損。

表5 敞開體系中二價(jià)鐵對(duì)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(duì)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(fā)現(xiàn)，隨著Fe3+的加入，聚合物溶液黏度波動(dòng)不大（表6）。

表6 三價(jià)鐵離子對(duì)聚合物黏度影響Tab.6 Influence of trivalent iron ions on polymer viscosity

2.4 鐵離子對(duì)聚合物黏損的影響機(jī)理

經(jīng)研究，F(xiàn)e2+是氧降解聚合物的催化劑，是迄今發(fā)現(xiàn)唯一能在數(shù)秒內(nèi)將聚合物溶液黏度降低到與水黏度相近的物質(zhì)。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(dāng)穩(wěn)定。但在實(shí)際生產(chǎn)及運(yùn)行過程中，大量的溶解氧與鐵離子會(huì)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(cè)曝氧前后水中Fe2+的含量變化（表7）。實(shí)驗(yàn)表明，適當(dāng)提高污水中的含氧量可有效遏制各種菌類對(duì)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，F(xiàn)e2+的含量均能降低至1 mg/L以下，達(dá)到了曝氧的目的。

3.2 沖洗管線

采用多種方式?jīng)_洗單井管線可避免管線中膠狀物等還原性物質(zhì)造成聚合物黏損，同時(shí)降低含油、懸浮物及各種離子對(duì)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(nèi)已建的洗井流程，采用稀釋水高速?zèng)_洗注入管線，這種方式操作簡(jiǎn)單，但效果一般，只能小幅度降低黏損。因此，對(duì)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(shí)，為確保沖洗效果，首先對(duì)站內(nèi)流程進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)能夠外接水泥車，用60℃清水進(jìn)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(jié)果見表8。

表8 沖洗前后管線黏損對(duì)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(shí)際生產(chǎn)中，清水沖洗需要水泥車?yán)\(yùn)清水，工作量大且沖洗速度慢，不能滿足大規(guī)模沖洗管線的要求。因此，應(yīng)利用現(xiàn)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(shù)是一項(xiàng)新型的清潔技術(shù)，應(yīng)用于油田管線除垢，可快速清洗管線，對(duì)于油水井管道的除垢顯著效果。

（1）空穴射流機(jī)理?？昭ㄉ淞魇沁\(yùn)用物理流體力學(xué)中的“空穴效應(yīng)”原理（圖1），清洗器在壓力水流作用下，引導(dǎo)水流在管線中形成連續(xù)移動(dòng)的低壓區(qū)，由此產(chǎn)生的微氣泡迅速被壓縮至崩裂，瞬時(shí)射出強(qiáng)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(qū)單井管線目前已大規(guī)模利用空穴射流技術(shù)清洗污垢及膠狀物，清洗后污垢及膠狀物去除率達(dá)到98%，可使黏損降低7%～15%。

從2014 年起，三采系統(tǒng)開展管線沖洗試驗(yàn)、清管器研制（圖2）和流程改造。2018 年，某采油廠開始成立專業(yè)化注入管線清洗隊(duì)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(jié)約成本230.5 萬(wàn)元。

圖2 自主研制清管器Fig.2 Self-developed pig

圖3 專業(yè)化隊(duì)伍自主清洗Fig.3 Self-cleaning by professional teams

4 結(jié)論

管線材質(zhì)、長(zhǎng)度、運(yùn)行時(shí)間等因素均對(duì)聚合物黏度損失有直接影響；地面配注流程中應(yīng)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(zhì)對(duì)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。