聚合物絮凝沉淀影响因素研究*

曹广胜，张先强，李春成

（东北石油大学，黑龙江 大庆 163318）

聚合物絮凝沉淀影响因素研究*

曹广胜，张先强，李春成

（东北石油大学，黑龙江 大庆 163318）

本文针对大庆油田聚合物驱造成地层堵塞的问题，采用室内实验方法，研究各种无机离子对聚合物絮凝沉淀的影响，结果表明，铁离子与聚合物溶液产生絮凝物的临界浓度为0.007%，Fe2+与聚合物溶液产生絮凝物的临界浓度为0.009%，其他离子对聚合物絮凝影响不明显，需要控制相应的离子浓度，以减轻地层堵塞。

聚合物驱；堵塞；无机离子；絮凝；临界浓度

大庆油田已经进入特高含水期开发阶段，各区块逐年开始运用三次采油技术进行油气开采，主要采用聚合物驱和三元复合驱等方法，然而所使用的驱油聚合物经常造成储层堵塞，对生产造成不必要的麻烦，影响驱油效果及油田产量[1-3]。

国内很多专家学者研究分析表明，聚合物与无机离子的絮凝会造成地层堵塞[4-8]，本文主要研究Fe3+、Fe2+、S2-等无机离子与聚合物的絮凝沉淀，分析造成絮凝的离子临界浓度，为油田生产提供相应的理论依据。

1 实验部分

1.1 实验材料

（1）无机盐：FeCl3、FeCl2、Na2S、CaCl2和 MgCl2；

（2）现场应用的聚合物。

1.2 实验步骤

（1）分别配制浓度为0.001%，0.003%，0.005%，0.007% ，0.009% ，0.01% ，0.03% ，0.05% ，0.07% ，0.09% ，0.1% 、0.3% 、0.5% 、0.7% 、0.9% 、1% 、2% 、3%、4%、5%的无机盐溶液100mL，置于烧杯中；

（2）取适量现场应用的聚合物，配制成浓度为1000mg·L-1的聚合物溶液；

（3）将不同浓度的无机盐溶液与聚合物溶液按体积比1∶1混合，用搅拌器搅拌10min使其混合均匀；

（4）将混合溶液贴好标签，密封，置于45℃恒温箱中保存，观察聚合物絮凝情况；

（5）将混合物过滤烘干，测量絮状物质量。

2 实验结果

2.1 铁离子对聚合物絮凝的影响聚合物溶液中加入不同浓度的Fe3+24h后絮凝状况见图1。

图1 聚合物溶液加入不同浓度的Fe3+24h后现象Fig.1 Phenomenon of polymer solution added different concentrations of Fe3+after 24h

产生的絮凝物质量随FeCl3浓度的变化曲线如见2。

图2 絮状物质量随Fe3+浓度变化曲线Fig.2 Curve of floc mass changes with the concentration of Fe3+

实验结果表明，0.007%Fe3+与聚合物溶液接触后开始发生反应，生成橘黄色絮状沉淀，而且Fe3+浓度越高，絮状沉淀越明显。当Fe3+浓度大于1%时，随着Fe3+浓度的增加，絮状物质量增加较快，当Fe3+浓度达到4%～5%时，曲线变平缓，说明此时聚合物几乎全部絮凝。Fe3+与聚合物溶液产生絮凝物的临界浓度为0.007%。

2.2 Fe2+对聚合物絮凝的影响

聚合物溶液中加入不同浓度的Fe2+，24h后絮凝状况见图3。

图3 聚合物溶液加入不同浓度的Fe2+24h后现象Fig.3 Phenomenon of polymer solution added different concentrations of Fe2+after 24h

产生的絮凝物质量随FeCl2浓度的变化曲线见图3。

图4 絮状物质量随Fe2+浓度变化曲线Fig.4 Curve of floc mass changes with the concentration of Fe2+

由实验现象可以看出Fe2+对聚合物溶液絮凝响较大，生成淡黄色絮状沉淀，最终变成红棕色，是由于部分Fe2+被氧化成Fe3+。而且Fe2+离子含量越多，絮状沉淀越明显。Fe2+对聚合物溶液产生絮凝物的临界浓度为0.009%。实验过程中，相同质量含量的两种溶液中Fe2+浓度比Fe3+浓度大，所以，同样浓度下的FeCl2形成絮状物的质量较氯化大。

3 S2-对聚合物絮凝的影响

在聚合物溶液中加入5%的Na2S后，初始现象铁2.24h后现象见图5。

图5 聚合物溶液中加入5%Na2S初始现象及24h后现象Fig.3 Initial phenomenon and phenomenon after 24h of polymer solution added 5%sodium sulfide

实验过程中发现，S2-对聚合物絮凝影响不明显，实验24h之内混合溶液无絮状物产生。

2.4 其他离子对聚合物絮凝的影响

水 中 常 见 的 金 属 离 子 为 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe3+，而K+、Na+为低价离子，对聚合物分子的絮凝几乎没有影响。因此，需要考察Ca2+、Mg2+对聚合物絮凝的影响。

实验过程中发现，Ca2+、Mg2+对聚合物絮凝影响不明显，实验24h之内混合溶液无絮状物产生。

3 结论

（1）Fe3+与聚合物溶液接触后开始发生反应，生成橘黄色絮状沉淀，临界浓度为0.007%；

（2）Fe2+对聚合物溶液絮凝影响较大，生成淡黄色絮状沉淀，最终变成红棕色，临界浓度为0.009%；

（3）S2-、Ca2+、Mg2+对聚合物絮凝影响不明显；

（4）在聚合物驱生产过程中，需控制相应的离子浓度，以减轻地层堵塞。

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Study on factors influencing polymer flocculation and sedimentation*

CAO Guang-sheng，ZHANG Xian-qiang，LIChun-cheng
（Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China）

In this paper,aiming at the blockage problem caused by polymer flooding in Daqing oilfield,the method of laboratory experimentare used to study the effect of inorganic ions on polymer flocculation and sedimentation.The results show that the critical concentration of iron ions which make polymer solutions produce flocculation is 0.007%,the critical concentration of ferrous ions which make the polymer solution produce the flocculation is 0.009%,and the effect of other ions on the polymer flocculation is not obvious.The concentration of corresponding ion needs to be controlled in order to alleviate formation blockage.

polymer flooding;blockage;inorganic ions;flocculation;critical concentration

TE39

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170434

2016-12-19

黑龙江省自然科学基金重点项目“活性原油在非均质储层中的自适应控水增油机理”（51574089）

曹广胜（1966-），男，博士，教授，主要从事石油工程专业教学与科研工作。