弱堿三元復合驅注入端加藥防垢技術研究

蔣政

大慶油田有限責任公司

室內研究和礦場試驗表明，弱堿三元復合驅油技術作為提高原油采收率的重要技術手段，可比水驅提高采收率20%以上[1-5]。但三元復合驅堿的注入會使油井結垢[6]，采用強堿采出端結垢嚴重，采用弱堿結垢部位主要集中在注入端[7-8]。目前防垢措施主要集中使用在采出端，采用計量間集中加藥和井口點滴加藥兩種方式[9-10]。注入站內的除垢方式主要為化學酸洗除垢，該方式的投入費用較高，且除垢劑多為酸類，會對管線造成一定的腐蝕。因此，將化學防垢應用于注入站內，研究弱堿注入端加藥防垢技術十分必要。

試驗選取杏二中三類油層復合驅礦場試驗弱堿區塊，該區塊采用29 注35 采五點法面積井網，注采井距125 m。該試驗區塊自2009 年8 月開始空白水驅階段，2017年5月前置聚階段，2018年1月正式開始進入三元主段塞階段，目前處于三元主段塞階段。該區塊的注入站始建于2012年5月，地面工藝采用“高壓二元、低壓二元、單泵單井”注入流程，所需聚合物母液自行配制，堿、表面活性劑外拉至站內稀釋。該注入站整合了二次曝氧、聚合物配制、二元調配以及三元注入功能，具有一定代表性。從站內靜態混合器及注入管線運行情況來看，站內設施已出現不同程度的結垢情況，目前主要依靠酸洗及清洗過濾器進行除垢，在時效性、經濟性上均不符合現場管理，因此在該站內開展注入端加藥防垢技術研究，研究注入端加藥防垢技術可行性。

1 室內實驗及結果

取注入端所用的防垢劑，室內檢測其不同加藥濃度下的防垢率，依據防垢率指導現場加藥濃度，將防垢劑加入到注入體系中，檢測加入前后體系黏度、界面張力的變化情況，研究防垢劑與注入體系的配伍性。

1.1 實驗藥劑及儀器

EDTA，分析純，天津市永大化學試劑有限公司；氨水，分析純，哈爾濱市試劑化工廠；鈣試劑，分析純，天津市大茂化學儀器供應站；鉻黑T，分析純，天津市科密歐化學試劑開發中心；氯化銨，分析純，天津市永大化學試劑有限公司；氫氧化鈉，分析純，天津市永大化學試劑有限公司；氧化鋅，分析純，天津市科密歐化學試劑開發中心；三乙醇胺，分析純，沈陽市華東試劑廠；ML3002電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；XS204 電子天平，瑞士梅特勒-托利多公司；BD240恒溫箱，德國賓得公司；LVDV-Ⅱ布氏黏度計，美國博力飛公司；TX-500C旋轉滴界面張力儀，上海地學儀器研究所。

1.2 垢樣分析檢測

選取弱堿注入端、采出端垢樣進行分析，檢測結果表明：弱堿垢樣主要以碳酸鹽垢為主，比例達80%左右，硅鋁酸鹽含量1.5%左右。詳細垢樣組分見表1。

表1 弱堿垢質成分統計Tab.1 Statistics of scale composition of weak alkali 質量分數/%

1.3 防垢劑原理

所用的緩蝕阻垢劑GZG 是一種綠色環保產品，外觀為淡黃色液體，易溶于水，固體含量≥30%，pH值呈中性，主要成分為螯合劑、分散劑及調節劑，對碳酸鹽垢防垢率達到85%以上；防垢機理主要是物理吸附、化學吸附、靜電吸附作用。

1.4 防垢率檢測

實驗以鈣鎂離子加入防垢劑前后的濃度變化作為成垢的考察指標，防垢率的計算方法如下：

式中：F為防垢率，%；N0為原溶液中鈣鎂離子濃度，mg/L；N1為未加防垢劑溶液反應后鈣鎂離子濃度，即空白溶液的濃度，mg/L；N2為加入防垢劑溶液反應后鈣鎂離子濃度，mg/L。

取井口采出液，用濾紙過濾掉雜質，檢測原溶液中鈣鎂離子濃度，之后取不同濃度的防垢劑加到采出液中，將空白溶液以及加不同防垢劑濃度的采出液放置在45 ℃的烘箱中恒溫48 h，檢測其鈣鎂離子濃度。通過防垢率室內實驗數據可知，隨著防垢劑濃度的升高，防垢率升高（圖1），為保障防垢率在85%以上，確定加藥濃度為200 mg/L[11]。

圖1 防垢率隨防垢劑濃度變化曲線Fig.1 Anti-scaling rate curve changes with anti-scaling agent concentration

1.5 防垢劑與體系的配伍性

分析防垢劑對弱堿三元體系界面張力以及黏度的影響。取注入井井口三元水樣，加入200 mg/L的防垢劑，用儀器測定其界面張力與黏度，檢測結果見表2。由數據可知，黏度誤差為1.9%，誤差較小，都可產生超低界面張力，因此防垢劑與注入體系配伍性較好[12]。

表2 體系配伍情況檢測結果統計Tab.2 Statistics of system compatibility test results

2 現場試驗分析及評價

2.1 注入端加藥現場試驗

現場試驗采取“4 注1 采”的布井模式，加藥濃度選擇200 mg/L，加藥裝置選擇晟威加藥箱，加藥點選擇在柱塞泵前，利用加藥箱隔膜泵將藥劑打入到管線內，與注入體系混合，從注入端運移到采出端，實現注入-采出全過程防垢的目的。

2.2 注入端加藥效果跟蹤

X2-11-S3E9 井采出端停止加藥后對該井進行高壓熱洗，清除近井地帶及井筒內防垢劑后，注入端開始加藥，7個月后檢測該井采出液防垢劑濃度為28.47 mg/L，表明注入端投加的防垢劑已運移到采出端，加藥時率較高（圖2），始終保持在99%左右。

圖2 注入端加藥時率Fig.2 Dosing time rate at injection end

中心井X2-11-S3E9 各項離子數據平穩，未出現較大波動，與X1-41-3E10 采出端加藥對比井相比，變化趨勢基本一致。隨著弱堿碳酸鈉的注入，碳酸根離子濃度升高（圖3），碳酸根水解后生成碳酸氫根和氫氧根（圖4、圖5），碳酸氫根離子濃度、pH 值升高，鈣鎂離子與碳酸根結合生產碳酸鹽垢（圖6），鈣鎂離子濃度下降。同時，注入端加藥后，中心井X2-11-S3E9 井作業3 次，均未見垢，表明注入端加藥效果有效，可抑制垢的形成，延緩結垢時間。

圖3 碳酸根隨時間變化曲線Fig.3 Curve of carbonate changes with time

圖4 pH隨時間變化曲線Fig.4 Curve of pH changes with time

圖5 碳酸氫根隨時間變化曲線Fig.5 Curve of bicarbonate changes with time

圖6 鈣鎂離子和隨時間變化曲線Fig.6 Curve of calcium and magnesium changes with time

3 結論

弱堿三元復合驅垢質成分主要以碳酸鹽為主，占80%左右，所用GZG 防垢劑加藥濃度200 mg/L時，對碳酸鹽防垢率達85%以上。防垢劑與注入體系配伍性好，當加藥濃度為200 mg/L時，黏度誤差1.9%，且都可產生超低界面張力。

注入端投加的藥劑可運移到采出端，但由于地層的復雜性，運移到采出端后剩余藥劑濃度較低；注入端加藥與采出端加藥效果對比，碳酸根、碳酸氫根、鈣鎂離子和、pH 值變化規律基本一致；注入端加藥后采出井作業未見垢，說明注入端加藥有效，可抑制垢的形成，延緩結垢時間。