酸洗作业对三元复合驱采出液油水分离特性的影响

赵珊王宝辉薛强吴迪

（1.东北石油大学化学化工学院；2.大庆油田工程有限公司）

酸洗作业对三元复合驱采出液油水分离特性的影响

赵珊1王宝辉1薛强2吴迪2

（1.东北石油大学化学化工学院；2.大庆油田工程有限公司）

采用现场三元复合驱采出液，以及室内制备的模拟采出液和采出液为介质，研究了酸洗液添加剂和酸洗作业油井投产初期产出水中的沉淀物形成离子对北二西试验区三元复合驱采出液油水分离特性的影响，确定井筒酸洗作业油井投产初期产出液造成北二西试验区三元复合驱采出液油水分离效果恶化的主要原因是其水相中含有大量Fe2＋，其与地面掺水中的S2－作用产生硫化亚铁微粒，后者吸附在油珠表面上形成阻碍油珠间相互聚并的空间位阻。

三元复合驱；采出液；油水分离特性；油井；酸洗

0 引 言

三元复合驱注入液中加入的碱剂造成采出液中碱土金属碳酸盐等无机矿物过饱和并在油井井筒中结垢，致使部分油井频繁出现卡泵和断杆等故障［1-3］，需要频繁对其进行井筒酸洗除垢作业。2008年以来，大庆油田在北二西试验区开展了工业化规模石油磺酸盐表面活性剂弱碱体系三元复合驱现场试验，期间暴露出井筒酸洗作业油井投产后，北二西试验站分离采出液和回注采出液含油量大幅度升高的问题。文章采用现场三元复合驱采出液，以及室内制备的模拟采出液为介质，研究了酸洗添加剂、井筒酸洗作业油井投产初期产出液中的沉淀物形成离子对北二西试验区三元复合驱采出液油水分离特性的影响。

1 材料和方法

1.1 试验材料

采出液：大庆油田北二西试验站油岗沉降罐放水；

油样：北二西试验站外输脱水脱气原油（水含量＜0.3%）；

酸洗添加剂：助排剂、缓蚀剂、阳离子型表面活性剂、铁离子稳定剂（均为大庆油田采油工艺研究院提供的工业品，使用前用蒸馏水配制成浓度为10%的水溶液）；

化学试剂：Na2CO3·10 H2O，Na HCO3，KCl，Na2SO4，NaCl，CaCl2，MgCl2·6H2O，NaF，AlCl3·6H2O， MnCl2·4H2O，FeCl2·4H2O，浓度为37.5%的浓盐酸，以上试剂均为分析纯；

聚合物：部分水解聚丙烯酰胺，大庆炼化公司产品，有效物含量为90%，相对分子质量为2.5×107，水解度为25%，为北二西试验区注入的聚合物；

表面活性剂：北二西试验区注入用表面活性剂，大庆炼化公司产品，主要活性物为石油磺酸盐，有效物含量约为30%。

1.2 试验方法

1.2.1 现场采出液油水分离特性评价方法

用容量为160 m L的具盖玻璃配方瓶现场接取100 m L北二西试验站分离缓冲游离水脱除器（三合一）进液，置于40℃的水浴中静置，30 min后取出，上下颠倒2次，置于室温下静置1 min，用注射器从瓶底抽取20～30 m L水样，参照石油行业标准SY／T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》［4］中的测试步骤测定其含油量，记作水相乳化油量［5］；用注射器将配方瓶底部剩余的水层和油水过渡层全部抽出，剩余的油层混匀后称取约10 g，参照GB／T 8929《原油水含量测定法（蒸馏法）》［6］测定其水含量。

1.2.2 酸洗除垢添加剂对采出液油水分离特性的影响

油井酸洗除垢作业中除添加酸剂外，还添加阳离子型表面活性剂、铁离子稳定剂、助排剂和缓蚀剂。试验步骤为：取5个容量为160m L的具盖玻璃配方瓶，其中一瓶中不投加酸洗添加剂作为空白，其余各瓶中分别加入表3中规定浓度的一种酸洗添加剂；用上述配方瓶现场接取100 m L北二西试验站三合一进液，上下手振100次后置于40℃的水浴中静置30 min，按1.2.1中的步骤取样测定水相乳化油量和油相水含量。

取5个容量为3 000 m L玻璃细口瓶，其中一瓶中不投加酸洗添加剂作为空白，其余各瓶中分别加入表4中规定浓度的一种酸洗添加剂。用上述玻璃细口瓶在现场接取2 500 m L北二西试验站油岗沉降罐出水，上下手振100次后置于40℃的水浴中静置，分别在0，4，8，16，24 h时用注射器从水层中部抽取30 m L水样测定其含油量。

1.2.3 模拟产出水对采出液油水分离特性影响评价

按文献［7］中的步骤在容量为160 m L的具盖配方瓶中制备90 m L掺有不同比例模拟酸洗作业油井投产初期产出水的模拟三元复合驱采出液，加入10 m L油样，将配方瓶置于40℃的水浴中静置，120 min后将配方瓶从水浴中取出，上下手振100次使油水乳化后将其放回到水浴中静置，30 min后按1.2.1中的步骤取样测定水相乳化油量和油相水含量。

按文献［8］中的步骤制备含油量为50%的油珠母液。参照文献［7］中的步骤在容量为5 000 m L的塑料桶中制备1 000 m L模拟北二西试验区三元复合驱采出液；将塑料桶置于40℃的水浴预热1 h后向其中加入10 g油珠母液，上下振荡20次使油珠在水样中分散均匀形成含油量为5 000 mg／L的模拟采出液样。在若干个容量为300 m L的具盖塑料瓶中加入按文献［7］制备的模拟酸洗作业油井投产初期产出水和模拟北二西试验区三元复合驱采出液（两种水样体积合计为5 m L），再加入95 m L上面制备的含油量为1 000 m L的模拟采出液样95 m L；将塑料瓶上下手振荡20次后置于40℃烘箱中静置。3 h后将塑料瓶从烘箱中取出，颠倒2次，置于室温下静置1 min后用注射器从其底部抽取40～50 m L水样测定其含油量，记作残余乳化油量；将塑料瓶放回到烘箱中静置，1 h后将其从烘箱中取出，用玻璃棒粘取少许水面上的浮油涂在载玻片上，将玻片置于LEICA RMP型光学显微镜下观察浮油的显微结构。

2 结果和讨论

2.1 酸洗作业前后采出液油水分离效果

2011年8月，监测了北2-361-E64井酸洗作业后投产对北二西试验站采出液油水分离效果影响，监测结果见表1。

表1 北二西试验站采出液处理效果

由表1中可见，酸洗油井投产初期产出液对北二西试验站电脱水器进油和出油水含量的影响均不显著；酸洗作业油井投产后的第二天油岗沉降罐出水含油量大幅度增加，从前一天的1 323 mg／L突增到18 504 mg／L，直到作业油井投产3 d后才恢复到投产前的水平，故可以初步确定酸洗作业油井投产初期产出液对采出液处理的影响周期为4 d左右。由于游离水脱除器内采出液的停留时间短，酸洗作业油井投产初期产出液对其油水分离效果的影响周期相对较短，没有监测到游离水脱除器放水时含油量的大幅度变化。

北二西试验区北2-361-E64井酸洗除垢作业投产前后三元复合驱采出液除油效果的现场监测数据见表2。

由表2中可见，酸洗油井投产初期采出液进入北二西试验站后，水处理设施内各工艺点水样的含油量出现大幅增加。作业油井投产后的第二天，水处理设施进水的含油量从投产前的1 323 mg／L突增到18 504 mg／L；作业油井投产后的第四天，外输水含油量从前一天的160 mg／L突增到308 mg／L，到作业油井投产后第15天才恢复到作业井投产前的水平。综合上述数据，酸洗油井投产初期产出液对北二西试验站采出液处理系统的影响周期为15 d，远大于其对采出液处理系统的影响周期，其原因一是水处理设施中采出液的停留时间较长，二是过滤器反冲洗排水回掺到一次沉降罐进水中，造成污染物在采出液处理系统中的恶性循环。

表2 北二西试验站采出液的处理效果

2.2 酸洗添加剂对采出液油水分离特性的影响

酸洗助剂对北二西试验站三合一进液和油岗沉降罐出水油水分离特性的影响评价数据见表3和表4。

表3 三合一进液油水分离特性的影响

从表3中可以看出，掺有助排剂、缓蚀剂、阳离子表面活性剂三合一进液中加入500 mg／L铁离子稳定剂后其油相水含量和水相乳化油量均有增大趋势，但并不显著。

表4 油岗沉降罐出水油水分离特性的影响

由表4中可见，加入不同酸洗添加剂的油岗沉降罐出水其含油量均随沉降时间的推移而逐渐降低；添加各种助酸洗添加剂的水样其残余含油量与空白水样相比没有明显的变化，表明上述4种酸洗添加剂对北二西试验区三元复合驱采出液油水分离特性的影响均不显著。

2.3 酸洗作业油井投产初期产出水的成垢离子对

采出液油水分离特性的影响

模拟酸洗作业油井投产初期产出水中的酸和各种阳离子对模拟北二西试验区三元复合驱采出液静置沉降30 min后水相乳化油量的影响见表5和表6。

表5 30 min静置沉降后油相水含量的影响

由表5中可见，在模拟三元复合驱采出液中掺入1%～5%模拟酸洗作业油井投产初期产出水，其静置沉降30 min后的油相水含量没有显著变化。这与酸洗作业油井投产后电脱水器进油和出油水含量基本不受影响的现象是一致的。

如表6所示，模拟三元复合驱采出液中加入0.25%～1%的含有全部阳离子的模拟酸洗作业油井投产初期产出水，主要表现为水相乳化油量增大8.3～14.2倍，与酸洗作业油井投产后油岗沉降罐放水含油量大幅度增高的现象一致。而当模拟酸洗作业油井投产初期产出水掺入量达到2%以上时，模拟三元复合驱采出液静置30 min后的水相乳化油量则随模拟产出水加量增大逐渐降低。模拟三元复合驱采出液中加入1%～5%分别只含有酸＋钠＋钙、酸＋钠＋镁、酸＋钠＋铝、酸＋钠＋锰、酸＋钠成分的模拟酸洗作业油井投产初期产出水，其经过30 min静置沉降后的水相乳化油量没有显著升高，而模拟三元复合驱采出液中加入0.25%～2%的只含有酸、Na＋和Fe2＋的成分不全的模拟酸洗作业油井投产初期产出水，其经过30 min静置沉降后的水相乳化油量则增大4.9～11.9倍。上述现象表明，酸洗作业油井投产初期产出液中的大量Fe2＋（3 993 mg／L）是造成酸洗作业油井投产后北二西试验站三元复合驱采出液油水分离效果急剧恶化的主要原因。为证实上述说法，比较了含有S2－和不含S2－的模拟三元复合驱采出液中掺不同比例只含有酸、Na＋和Fe2＋成分的模拟酸洗作业油井投产初期产出水后，其油水分离特性的变化情况见图1。

表6 酸和各种阳离子对模拟北二西试验区三元复合驱采出液静置沉降30 min后水相乳化油量的影响

图1 S2－对其与模拟酸洗作业油井投产初期产出水油水分离特性的影响

由图1中可见，含有S2－的模拟三元复合驱采出液中掺入模拟酸洗作业油井投产初期产出水后其经过1 h静置沉降的残余乳化油量显著增大，而不含S2－的模拟三元复合驱采出液中掺入模拟酸洗作业油井投产初期产出水后，其经过1 h静置沉降的残余乳化油量则呈现下降趋势，上述现象进一步证明酸洗作业油井投产初期产出液中的Fe2＋与地面掺水中的S2－反应形成的硫化亚铁是造成酸洗作业油井采出液油水分离效果恶化的主要原因。

由图1中可见，在模拟北二西试验站采出液中加入模拟酸化作业油井投产初期产出水（酸＋钠＋亚铁），在掺入量达到1%以上的情况下，混合水样中生成的硫化亚铁颗粒是造成其油水分离特性变差的主要因素。

试验过程中发现，模拟北二西试验站三元复合驱采出液中加入1%含有全部阳离子的模拟酸洗作业油井投产初期产出水后水色为黑色，不透明，水样中分散着细小的硫化亚铁微粒，当模拟产出水加入量为5%时，水色变成浑浊的黄绿色，水面上漂浮有较大颗粒物，表明水样中的硫化亚铁微粒与其它新生矿物微粒发生凝聚和聚集，其演变过程的化学原理为：模拟产出水样加量低于1%的情况下，加入的Fe2＋主要与模拟三元复合驱采出液中的S2－生成硫化亚铁微粒随着模拟产出水加量的增大，模拟三元复合驱采出液中的S2－被耗尽，开始析出碳酸亚铁和氢氧化亚铁，在氢氧化亚铁的混凝作用下，硫化亚铁、碳酸亚铁和碳酸钙微粒发生聚集，形成大的聚集体，使得水样中具有油水界面活性的颗粒物数量逐渐降低，吸附在油珠表面上的硫化亚铁微粒数量减少。上述现象解释了表5中模拟三元复合驱采出液中模拟酸洗作业油井投产初期产出水掺入量达到2%以上时，模拟三元复合驱采出液静置30 min后的水相乳化油量随模拟产出水加量增大逐渐降低的反常现象。

3 结 论

◆酸洗作业油井投产初期产出液对北二西试验区弱碱体系三元复合驱采出液的油水分离效果有显著的不良影响，主要表现为分离采出液和处理后回注采出液含油量大幅度增高。

◆井筒酸洗作业油井投产后北二西试验区三元复合驱采出液和采出液油水分离效果恶化的主要原因是作业油井投产初期产出液中含有大量Fe2＋，其与地面掺水中的S2－作用产生硫化亚铁微粒，后者吸附在油珠表面上形成阻碍油珠间相互聚并的空间位阻。

◆酸洗作业油井投产初期产出液中的酸洗添加剂对北二西试验区三元复合驱采出液的油水分离特性没有显著影响。

［1］ 王玉普，程杰成.三元复合驱过程中的结垢特点和机采方式适应性［J］.大庆石油学院学报，2003，27（2）：20-24.

［2］ 李金玲.强碱三元复合驱结垢对机采井的影响及解决措施［J］.大庆石油地质与开发，2008（3）：89-91.

［3］ 赵长久.大庆油区三元复合驱矿场结垢状况分析［J］.油气地质与采收率，2006，13（4）：93-96.

［4］ SY／T 5329—2012碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法［S］.

［5］ 吴迪，赵凤玲，孙福祥.油水分离剂在低驱油剂含量三元复合驱采出液处理处理中的应用［J］.精细与专用化学品，2006，14（12）：4-7.

［6］ GB／T 8929原油水含量测定法（蒸馏法）［S］.

［7］ 薛强，赵珊.酸化作业油井投产初期产出液对弱碱体系三元复合驱采出液悬浮体含量的影响［J］.现代化工，2014，3（3），94-99.

［8］ 吴迪，孟祥春.大庆油田三元复合驱采出液的稳定性及其反相破乳剂的应用［J］.精细化工，2011，18（2）：86-88.

［9］ 吴迪，彭柏群.采出液和采出液处理设施内污油的形成和稳定机制［J］.精细与专用化学品，2012，20（11）：30-36.

1005-3158（2014）03-0030-04

2014-03-24）

（编辑 李娟）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.03.010

赵珊，东北石油大学应用化学专业在读硕士研究生，研究方向：油田化学。通信地址：黑龙江省大庆市东北石油大学化学化工学院，163712