含聚污水回注储层解堵复合添加剂研发

    许小溪 何文祥

    

    

    

    摘 ?????要：为降低含聚合物污水回注地层后对储层物性的损伤，借助化学分析的方法对含聚污水的成分进行了深入的分析，从含聚污水造成堵塞的具体原因出发，研制了以氧化剂、表活剂和洗油剂为主要成分的降解剂;为了有效防止污染物沉积于孔道壁面及提升解堵剂的解堵性能，研制了孔道防堵剂和润湿剂;为了能够防堵剂对管线以及井筒造成腐蚀、避免地层中的粘土矿物与解堵剂发生反应，研制了储层解堵复合添加剂。经实验研究发现，配制的含聚污水解堵配方即能够起到良好的作用，对于孔道也有着良好的保护作用，具有一定的推广意义。

    关 ?键 ?词：聚合物驱油;储层解堵;污水回注;复合添加剂

    中图分类号：TE 357 ??????文獻标识码： A ??????文章编号： 1671-0460（2019）03-0534-05

    Abstract： In order to reduce the damage of reservoir physical properties caused by polymer-containing sewage reinjection into formation， the composition of polymer-containing sewage was analyzed in depth by means of chemical analysis method. Starting from the specific causes of blockage caused by polymer-containing sewage， a degrading agent with oxidant， surfactant and oil-washing agent as the main components was developed. In order to effectively prevent pollutants from depositing on the pore wall and enhance the performance of blockage-removing agent， blockage preventing agent and wetting agent were developed. In order to prevent the corrosion of pipelines and wellbore caused by blockage inhibitors and avoid the reaction between clay minerals and blockage removal agents in formation， a composite additive for reservoir blockage removal was developed. The experimental study showed that the plugging removal formula played a good role， and also had good protective effect on the channel.

    Key words： Polymer flooding; Reservoir plugging removal; Sewage reinjection; Compound additives

    聚驱工业随着规模的不断扩大、注聚时间不断延长，采出液含聚浓度逐年提升，对于污水处理设备也造成了比较大的压力[1]。由于污水经过处理后仍然含有大量聚合物，同时含有大量硫化物、细菌、油等杂质，对地层造成了比较严重的污染，致使油层渗透率下降，聚合物驱油工业经常出现注入量下降、注入压力迅速升高的现象，若用常规的解聚技术和酸化技术处理，所取得了解堵效果十分有限[2-4]。因此，需要对含聚合物污水的储层解堵技术进行深入的研究。

    当前我国在针对含聚合物污水储层解堵方面的研究相对较少，研究内容主要集中在含聚合物污水的处理方面，新形势下的研究工作还需要进一步加强现场试验和室内研究，对含聚合物污水的处理技术进行更进一步的改进与探索[5-8]。含聚污水中含有原油成分，一部分重质成分和这些残余油很容易在近井地带的孔道附着，进而出现堵塞问题。这就需要专门针对地层中胶质沥青、蜡、原油所造成的堵塞进行处理[9，10]。根据含除污水的性质和特殊，本次研究决定在氧化剂和表活剂的基础上配制解堵剂，使聚合物堵塞问题得到有效的解决。

    1 ?表面活性剂和氧化剂筛选

    表面活性剂能够减轻聚合物黏度，对聚合物起到降解作用。因此，对表面活性剂进行了专门的调配。

    1.1 ?初选表面活性剂

    实验所需要的仪器与药品：恒温水裕;旋转搅拌器;电子天平;秒表;品式黏度计;2 500万HPAM;表面活性剂。

    1.1.1 ?实验流程

    以2 500 mg/L的质量浓度标准为聚丙烯酰胺进行配制;取聚丙烯酰胺溶液15 g并将其置于塑料试管中;于塑料试管中加入适量经过配制的表面活性剂;于烘干箱中旋转试管，经过1日的静置后，对实验结果进行记录。

    1.1.2 ?实验结果

    在聚丙烯酰胺配环境下，各种不同种类表面活性剂（浓度为0.5%）的降解效果见表1。

    1.2 ?优选表面活性剂

    取含聚污水20 g，将其置于塑料试管中;配制0.5%表活剂，于塑料试管中加入20 g配制好的表面活性剂。1 d后记录实验结果。经过PMTN、JH-0910、JH-1203分别作用后，样本黏度为0.96、5.4、6.25 mPa·s，降解率为91%、32%、21%。经实验研究发现，降解率最高的是PMTN，纳入选定。

    1.3 ?初选氧化剂

    以2 500 mg/L的标准对2 500万聚丙烯酰胺进行调配，于试管中加入聚丙烯酰胺，1 d后记录实验结果见表2。

    经实验研究发现，双氧水、Y-1、S-1有着较好的降黏效果，而双氧水化学性质不够稳定，在光照环境下容易挥发，在实际的使用过程中会面临一定的安全性问题，因此排除该试剂。以下借助含聚污水的降解实验来优选其他氧化剂。

    1.4 ?优选氧化剂

    1.4.1 ?实验流程

    取污水10 g并置入试管;加入氧化剂10 g;1 d后记录实验结果。将塑料试管置于烘箱中，经过1 d后，对实验结果进行记录。

    1.4.2 ?实验结果

    经过乙酸、硼酸、S-1、Y-1作用后，样本黏度分别为1.85、1.69、1.71、0.89 mPa·s，降解率分别为76.76%、78.77%、78.52%、88.82%。

    经实验研究发现，解堵效果最好的是Y-1，聚合物降解率达到80%。因此，本次研究针对Y-1进行浓度优化，对聚合物环境下各浓度氧化剂的解堵效果进行考察。

    1.5 ?氧化剂和表面活性剂浓度的优化

    1.5.1 ?实验流程

    取污水样本10 g并置入塑料试管;将各种浓度的Y-1和PMTN置入试管;于烘箱中静置试管，经过1日的反应后，对实验结果进行记录。

    1.5.2 ?实验结果

    为了对各氧化剂的降解效果进行进一步的确认，通过品式黏度计来测定降解后的污水样本黏度。

    PMTN各浓度溶液黏度计系数均为0.030 51。0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%PMTN分别与污水样本作用66、59、53、43、40 s后，污水样本黏度为2.01、1.80、1.42、1.31、1.22 mPa·s，降解率为76%、78%、83%、84%、84%。

    Y-1各浓度溶液黏度计系数均为0.030 51。0.5%、1%、1.5%、2%、3%Y-1分别与污水样本作用117、83、77、70、69 s后，污水样本黏度为3.57、2.35、2.35、2.14、2.11 mPa·s，降解率为57%、70%、72%、74%、75%。

    经实验研究发现，各浓度Y-1和PMTN有着较高的聚合物降解率水平，能够降低污水黏度达50%以上。在氧化剂和表面活性剂浓度不断提高的过程中，其降解率也会随之相应地增加。然而，在PMTN浓度超过0.3%、Y-1浓度超过1%的情况下，污水降解率不会出现更加明显的增加，出于应用效果和经济因素两方面的考虑，本次研究采用0.3%PMTN+1%Y-1的降解调配方案。

    2 ?岩石粉末溶蚀剂

    2.1 ?确定HCl浓度

    心粉末样品;分别取6%、8%、10%、12%的稀盐酸;碾碎岩心，以10目筛子过筛;取适量岩心粉，将该质量记为m1，各自加入濃度不同的稀盐酸15 mL，对岩心粉进行均匀搅拌，充分润湿岩心粉，于恒温箱45 ℃环境下密封静置;4 h后，对其进行冲洗处理，至滤液呈中性;将残留样本和滤纸置于100 ℃环境下烘干;将其总质量记为m2。以各种不同尝试的HCl浓度分别进行以上实验，对所得到的实验数据进行记录，相应地计算出腐蚀率，采用溶蚀率=（m1-m2）/m1的计算方法，可得出如下所示的实验结果（表3）。

    经实验研究发现，随着HCl浓度的增加，岩心粉溶蚀率也会出现相应增加，若继续提升HCl的浓度，所体现出来的溶蚀效果则不会出现明显的增强因此以8%稀盐酸为溶蚀解堵液。

    2.2 ?确定HF浓度

    渗透砂岩地层岩心粉末，HF溶液浓度分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，以各种不同浓度的HF溶液分别进行以上实验，得到如下所示的实验效果（表4）。

    经实验研究发现，氢氟酸对于砂岩地层的处理效果更佳，但过量使用会对岩石骨架强度造成弱化。出于应用效果和经济因素两方面的考虑，本次研究决定以1.5%HF为溶蚀解堵解。

    3 ?孔道润湿剂

    在不断增加污水注入量的过程中，会相应地提升注入压力，堵塞物致密度随之增加，所造成的堵塞很难清除。传统的酸化解堵方法难以注入药剂，堵塞半径十分有限，难以充分作用于污染区域，解封效果有着十分明显的局限性。因此，本次研究从降低解堵药剂界面张力和黏度的角度出发，重点提升药剂作用半径以及药剂注入能力，使药剂能够与堵塞物核心充分渗入，在进行后续处理之前，先将解堵通道打开;提升储层中药剂的注入深度。针对储层渗透较低的这一特性，以实际岩石作为样本，对孔道润湿剂进行复配。

    3.1 ?初选孔道润湿剂

    将常规渗透剂配制为不同浓度的溶液;将常规渗透剂溶液置入烧杯中，将帆布平放在液面上，帆布边长为3 cm，对帆布下沉至底部的时间记录下来，得得沉降时间。实验结果见表5。

    经实验研究发现，沉降时间最长的是0.1%常规渗透剂，降低时间最短的是0.7%常规渗透剂，表面活性剂浓度与沉降时间成反比。因此，本次研究出于应用效果和经济因素两方面的考虑，决定采用0.3%表活剂进行横向对比。

    4 ?孔道防堵剂

    由于低渗透储层岩石容易形成堵塞，孔隙狭小，若以传统酸化方法进行处理，很容易造成二次孔道堵塞，解封时效不长。因此，采用储层孔道保护方法，还需要对孔道防堵剂进行调配，其主要目的在于使解堵处理的有效期进一步延长。

    4.1 ?合成岩石孔道防堵剂

    本次研究采用无水乙醚、异丙醇、等原料，借助聚合综合反应，调配了PPA-A、PPA-B、PPA-C三种岩石孔道防堵剂，均具备阳离子表面活性剂的性质。三种防堵剂均在50 ℃环境下进行测试，并且测定其黏度。经实验研究发现，前两种均为粘稠状淡黄色液体，黏度分别为9 200、5 200 mPa·s。第三种为蜡状淡黄色物体，黏度为4 450 mPa·s。

    4.2 ?实验流程

    实验所需要的仪器与药品：锥形瓶;天平;岩心颗粒;岩石孔道防堵剂。测定静态吸附规律。

    取塑料瓶4支，分别将其标为1～4号。分别根据0.30%、0.50%、0.75%、1.00%的浓度进行调配，经过均匀混合后，静置15 min。

    4.3 ?实验结果

    取塑料瓶4支，分别将其标为1～4号。分别根据0.30%、0.50%、0.75%、1.00%的浓度进行调配，经过均匀混合后，静置15 min。不同浓度PPA-A、PPA-B、PPA-C吸附效果实验结果见表6。

    经实验研究发现，溶液浓度与岩样表面上的岩石孔道防堵剂的吸附量成正比。静态吸附效果最好的是PPAA，0.50%PPA-A可以达到41.80%的吸附率水平。

    5 ?室内岩心模拟实验

    5.1 ?实验流程

    抽取人造岩中的空气至真空状态，并对其进行烘干处理，获取其底面积和长度;设饱和盐水测岩心的水测渗透率为K1;注模拟结垢溶液;经过几次循环，直至出现过量趋势;设注饱和盐水测堵塞后的渗透率为K2。

    在第一步、第二步操作完成后，注入岩石孔道防堵剂。于岩心中缓慢注入岩石孔道防堵剂，完全驱替岩心内部的饱和盐水，停泵，经过12 h的静置后待测。设处理后的渗透率为K3;计算防堵率与防渗率。

    5.2 ?实验结果

    实验结果见表7，分析可知效果最好的是0.5%PPA-A，确定其为岩石孔道防堵配方。

    6 ?复合添加剂研发

    6.1 ?实验流程

    将Y-1和1.5%HF+8%HCl调配成80 mL解堵剂，配制各种质量浓度不同的缓蚀剂;取经过清洗的钢片并进行烘干处理，将其质量记为m1并进行测量;于容器中放置解堵液并密封，于水浴45 ℃恒温环境下静置10～15 min;于酸液中置入钢片，经历4 h的反应;将钢片取出并进行烘干处理，将其质量记为m2并进行测量，对腐蚀率进行计算。

    6.2 ?实验结果

    2%甲醛腐蚀率为6.05 g·m-2·h-1;0.5%DYHS腐蚀率为2.28 g·m-2·h-1;0.5%HLX腐蚀率为9.14 g·m-2·h-1;0.5%钻采缓蚀剂腐蚀率为6.88 g·m-2·h-1。

    经实验研究發现，DYHS缓蚀剂腐蚀率最低，体现出了良好的缓蚀效果。接下来借助静态腐蚀试验来进一步优化DYHS的浓度，所得实验下结果如表8所示。

    经实验研究发现，DYHS缓蚀剂的浓度与针对解堵酸液的缓蚀效果之间成正比。然而，在缓蚀剂浓度超过0.7%的情况下，增加其浓度，所得到的缓蚀效果并未出现明显的提升，确定0.7%DYHS为地层颗粒溶蚀剂的缓蚀剂。

    7 ?结 论

    经实验研究发现，本次研究所配制的解堵剂对于污水达到了30%以上的解堵率水平，对于油层有着比较大的伤害，对岩心达到85%以上的解堵率水平，体现出了显著的解堵效果。由此可知，本次研究所配制的含聚污水解堵配方即能够起到良好的作用，对于孔道也有着良好的保护作用，应用价值值得推广。

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