改善牛心坨油田调剖剂成胶效果除氧剂优选

曹广胜， 李建晔， 祝 健， 王培伦， 李世宁， 何 奇

(东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆 163318)



改善牛心坨油田调剖剂成胶效果除氧剂优选

曹广胜， 李建晔， 祝 健， 王培伦， 李世宁， 何 奇

(东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆 163318)

牛心坨油田20年注水开发，平面和层间的注水矛盾突出，急需进行吸水剖面调整，尤其是深度调剖。利用现有的调剖剂体系进行调剖改善，成胶效果差，调剖效果不理想。经调研发现调剖剂中溶解氧的存在是破坏调剖成胶效果的主要因素。通过现场提供的聚合物、交联剂和水样品，利用油田常用除氧剂对牛心坨油田调剖剂成胶改善效果开展了一系列室内实验研究。结果表明，苯甲酸钠和硫代硫酸钠对于改善调剖剂成胶有一定的效果。

牛心坨油田； 调剖剂； 除氧剂； 影响因素； 实验分析

随着我国东部油田的日益开采，油田含水率逐步上升，采出液含水率逐年递增，导致污水处理量增加较快，且处理难度越来越大，给油田生产和环境保护带来极大困难。同时，由于三次采油应用规模的进一步扩大，配制聚合物溶液的淡水资源日趋紧张，而油田污水又不能完全回注油层，这不仅造成资源浪费，还增加油田操作成本。因此，利用油田采出污水配制聚合物溶液就显得越来越重要。但是，由于油田污水中含有大量厌氧细菌，如硫酸盐还原菌SRB、腐生菌TGB 等，这些细菌对聚合物溶液有分解作用，使聚合物溶液黏度降低，因此，现场采用污水曝氧处理方法以减少或消除硫酸盐还原菌等厌氧细菌对污水聚合物溶液的影响。尽管污水曝氧处理具有较好的抑制和杀菌作用，但曝氧过量又会导致聚合物分子链断裂，影响聚合物溶液黏度。聚合物溶液中含氧量越高，其长期稳定性就越差[1-3]。因此，使用合适的曝氧量是污水曝氧处理技术成功应用的关键。尤其是当溶液中存在活性杂质时，微量氧也会对聚合物成胶产生一定破坏，进而导致其黏度下降，驱油效果变差[4-8]。因此，优选出能够改善牛心坨油田调剖剂成胶效果的除氧剂以及合理的用量是本文的关键。针对牛心坨油田的流体特征，以凝胶体系黏度、成胶有效期、成胶稳定性为评价指标，通过控制变量法优选出最优的油田除氧剂，以改善油田调剖剂的成胶效果。

1 牛心坨油田的污水水质

对牛心坨油田的现场过滤污水水质进行分析，结果见表1。

表1 牛心坨油田的污水水质分析

从表1可以看出，牛心坨油田现场过滤污水总矿化度及溶解氧质量浓度较高，含有一定量的细菌，成分相对复杂，污水成分和性质变化很大。在溶解氧质量浓度较高的环境下，溶解氧虽然会抑制厌氧菌的活性，但是也会氧化分解调剖剂[9]。另外，污水中厌氧菌硫酸盐还原菌含量较高，其在过低的氧的环境下也会对聚合物产生明显的降解作用[10-12]，因此溶解氧质量浓度过高或者过低，都会对聚合物的成胶造成伤害。利用除氧剂把水中的溶解氧质量浓度控制在一个合理的范围内是改善调剖剂成胶效果的关键。

2 实验部分

2.1 实验药品

无水亚硫酸钠(Na2SO3)，天津市光复科技发展有限公司；硫代硫酸钠(Na2S2O35H2O)、苯甲酸钠(C6H5COONa)，天津市致远化学试剂有限公司；二甲基酮肟((CH3)2C=NOH)，郑州亚中化工产品有限公司；硫脲(CH4N2S)，哈尔滨市新达化工厂；聚合物(HPAM，相对分子质量1 900万)、交联剂(C6H9O6Cr)，山东海澜化学工业有限公司。

2.2 实验仪器

Mettler Toledo高精度天平，梅特勒托利多仪器(上海)有限公司；BROOKFIELD DV-ⅡPro数显黏度计，美国Brookfield 公司；雷磁DZS-708 多参数分析仪，上海仪电科学仪器有限公司；JB200-SH 型数显恒速电动搅拌器，上海精密仪器仪表有限公司。

3 结果与讨论

3.1 硫代硫酸钠改善成胶效果

在油田现场过滤污水中加入不同质量分数的硫代硫酸钠，使水样中硫代硫酸钠质量分数成梯度排列，加入调剖剂后，放入65 ℃的恒温箱中，进行黏度测量。实验中，聚合物与交联剂质量分数之比为2∶1。图1为除氧剂硫代硫酸钠质量分数与调剖剂成胶天数的关系。

图1 除氧剂硫代硫酸钠质量分数与调剖剂成胶天数的关系

从图1中可以看出，除氧剂硫代硫酸钠对提高调剖剂成胶有很好的效果，能够大幅度地延长成胶时间，其中加入质量分数0.50%的硫代硫酸钠，调剖剂成胶天数达到160 d。与未加入除氧剂相比，改善率达到167%。

表2为加入硫代硫酸钠后调剖剂黏度与成胶天数的关系数据及方差比较。

表2 加入硫代硫酸钠后调剖剂黏度与成胶天数的关系数据及方差比较

由表2可知，质量分数0.20%的硫代硫酸钠配制的调剖剂稳定性最好，成胶稳定性改善效率为42.05%。因此，硫代硫酸钠能够改善调剖剂的成胶效果。

3.2 苯甲酸钠改善成胶效果

苯甲酸钠可作防腐剂，具有杀菌、抑菌作用，也可作除氧剂。实验考察苯甲酸钠对于改善调剖剂成胶效果，结果见图2和表3。

从图2中可以看出，苯甲酸钠能够大幅度地延长成胶天数，加入质量分数0.50%的苯甲酸钠，与未加入相比，延长成胶天数125 d，改善幅度为189%，大大地提高了成胶的效果。

图2 除氧剂苯甲酸钠质量分数与调剖剂成胶天数的关系 表3 加入苯甲酸钠后调剖剂黏度与成胶天数的关系数据及方差比较

成胶天数黏度/(mPa·s)0.05%0.10%0.20%0.30%0.50%1382003770042300400004240020120001240013000210001000040350045007000900053006032004000560090006000802300230055008500300010012001800280050001900120600600110025001200140340240880130015001600030060026001800000600成胶稳定性方差5669.685634.606430.246874.985458.86稳定性迭代计算结果2539.592807.353252.504762.502355.56成胶稳定性改善效率/%46.6841.0531.71050.54

由表3可知，苯甲酸钠质量分数越高，调剖剂成胶稳定性越强，最大改善幅度达到50.54%。从延长调剖剂成胶有效期效果综合考虑，苯甲酸钠具备改善调剖剂成胶效果的能力。

3.3 亚硫酸钠改善成胶效果

亚硫酸钠是一种广泛应用的低成本除氧剂，美国于1935年首次将亚硫酸钠用作脱氧剂并广泛使用[13]。图3为除氧剂亚硫酸钠质量分数与调剖剂成胶天数的关系。

图3 除氧剂亚硫酸钠质量分数与调剖剂成胶天数的关系

表4为加入亚硫酸钠后调剖剂黏度与成胶天数的关系。

由表4和图3可知，亚硫酸钠对于改善调剖剂成胶没有明显的效果，反而影响其成胶黏度，随着亚硫酸钠质量分数的增加，调剖剂的黏度反而下降。亚硫酸钠质量分数越大，其成胶天数越短，成胶效果越差，这是因为高质量分数的亚硫酸钠除氧迅速，提高了厌氧菌硫酸盐还原菌的活性，加快了对聚合物的分解作用。

利用多参数分析仪，研究亚硫酸钠的除氧能力。表5为亚硫酸钠与氧进行3 min反应前后对比。由表5可知，亚硫酸钠与氧反应的能力强、速度快，除氧效果彻底，在3 min内1.5 g亚硫酸钠在100 mL的蒸馏水中除氧率可达99.0%。因此亚硫酸钠可以单独地作为和氧反应的化学药剂，但是作为改善调剖剂成胶效果的添加剂明显不合适。

表4 加入亚硫酸钠后调剖剂黏度与成胶天数的关系

表5 亚硫酸钠与氧进行3 min反应前后对比

3.4 复合型亚硫酸钠+二甲基酮肟改善成胶效果

二甲基酮肟具有较强的还原性，因此很容易与水中溶解氧反应，除氧较完全[14]。但是二甲基酮肟作为一种新型的除氧剂，由于价格较高和国内研究较少等原因还没有在油田大范围应用[15]，考虑到价格因素以及现场实施的可行性，本次研究采用实验配方为质量分数70%亚硫酸钠+质量分数30%二甲基酮肟。图4为复合型除氧剂黏度随时间的变化曲线。

图4 复合型除氧剂黏度随时间变化曲线

从图4中可以看出，随着调剖剂中复合型除氧剂质量分数的增大，无论是调剖剂的初始黏度还是成胶有效期均有所增加。虽然复合型除氧剂对提高调剖剂的成胶效果有一定的作用，但是与其他高效除氧剂相比，复合型除氧剂改善效果仍然有限。

图5为复合型除氧剂、亚硫酸钠质量分数与调剖剂成胶天数的关系。由图5可知，复合型除氧剂对提高调剖剂成胶效果有一定的作用，但是与其他高效除氧剂相比复合型除氧剂改善效果仍然有限。复合型除氧剂与单一亚硫酸钠相比，当质量分数大于0.20%时，二甲基丙酮肟的开始发挥作用，复合型成胶天数有明显的提高，最高提高效率为58%。

图5 复合型除氧剂、亚硫酸钠质量分数与 调剖剂成胶天数的关系

4 结 论

(1)除氧剂苯甲酸钠和硫代硫酸钠对于改善调剖剂成胶有明显的效果，可以作为除氧剂适当的加入到调剖剂中。

(2)综合考虑，基于牛心坨油田流体状况以及从促进聚合物分子间的交联反应、延长调剖剂成胶天数效果来看，优选为苯甲酸钠，最优质量分数为0.50%。

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(编辑 宋官龙)

Deoxidant Selection for Improving Gelling Effect of Profile-Control Agent in Niuxintuo Oilfield

Cao Guangsheng, Li Jianye, Zhu Jian, Wang Peilun, Li Shining, He Qi

(SchoolofPetroleumEngineering,NortheastPetroleumUniversity,DaqingHeilongjiang163318,China)

In the 20 years of waterflood development in the Niuxintuo oilfield, the contradiction between water injection in plane and interlayer is prominent, so it is urgent to adjust the injectivity profile, especially for depth profile control. Using the existing profile control agent system to improve the profile control, the effect of gel formation is poor, and the profile control effect is not satisfactory. It has been found that the presence of dissolved oxygen in the profile control agent is the main factor affecting the effect of profile modification. The site provides the polymer, crosslinking agent and water samples, the use of commonly uses deoxidant on Niuxintuo oilfield profile control agent to improve the effect to carry out a series of laboratory experiments.The results show that sodium benzoate and hyposulphite for improving the effect of gumforming compound have certain effect.

Niuxintuo oilfield; Profile control agent; Deoxidant; Influence factors; Experimental analysis

1672-6952(2017)04-0039-05

2016-09-07

2016-10-13

曹广胜(1966-)，男，博士，教授，博士生导师，从事采油采气工艺理论与技术研究；E-mail：caoguangsheng@163.com。

TE

Adoi:10.3969/j.issn.1672-6952.2017.04.009

投稿网址：http://journal.lnpu.edu.cn