注入管线黏度损失原因分析及治理对策研究

周钢

大庆油田有限责任公司聚合物驱项目经理部

大庆油田葡北地区窄薄砂体井网加密及提高采收率现场试验应用的聚合物类型为中低分抗盐聚合物[1-2]，配注体系采用的是污配污稀方式[3-5]。试验初期发现，配制的母液及井口稀释后目的液黏度指标普遍偏低，存在一定程度降解及剪切问题[6-7]，导致黏度损失，造成聚合物干粉浪费，影响区块开发效果。针对上述问题，开展技术攻关，确定污水中各因子对聚合物溶液黏度影响规律，分析注入管线黏损原因，并且制定治理对策。

1 单项因子对聚合物黏度的影响

通过对葡北聚驱现场配注污水水质指标进行11轮次连续取样跟踪，确定各项因子的日常波动范围（表1）。

根据现场配注水单项因子波动范围，确定室内各项因子评价浓度梯度，室内采用去离子水配制浓度为5 000 mg/L聚合物母液，再用去离子水将母液分别稀释至1 000和700 mg/L两种浓度，分析评价单项因子对三种浓度聚合物黏度的影响程度及变化规律。实验结果表明，聚合物黏度影响因子由大到小依次是：Fe2+、硫酸盐还原菌、Cl-1、腐生菌、矿化度、盐度、铁细菌、硫化物、悬浮物。

1.1 实验方法

（1）在隔氧装置内配制一定量除氧后的蒸馏水，并将一定质量的药剂（培养的细菌）加入蒸馏水中。

表1 配注水各项因子日常波动范围统计Tab.1 Daily fluctuation range statistics of water injection and allocation factors mg/L

（2）用氮气吹扫5 min后，称量一定的HPAM干粉，启动搅拌器，将干粉缓慢加入含有药剂的蒸馏水中，配制聚合物浓度为5 000 mg/L的母液。

（3）搅拌4 h后，取出聚合物母液，待用。

（4）称取一定量含有药剂的蒸馏水和母液，利用磁力搅拌器将母液分别稀释成浓度为1 000和700 mg/L的聚合物溶液，开展实验。

1.2 实验结果

从实验结果可知，3种细菌及还原性物质对聚合物溶液黏度的影响较大，且3种浓度聚合物均表现出同样的特性，因此本文主要介绍3种细菌及还原性物质对浓度1 000 mg/L聚合物溶液的影响。

（1）Fe2+。由表1可见，Fe2+波动范围为0.3～1.1 mg/L，室内设计0～10 mg/L等6个浓度梯度，选取0～48 h共5个时间点进行化验，分别检测黏度变化规律（图1）。

图1 Fe2+对1 000 mg/L聚合物黏度的影响Fig.1 Effect of Fe2+on the viscosity of 1 000 mg/L polymer

如图1所示，在0 h时配制不同浓度的Fe2+溶液直接的黏度损耗为88.65%；其中1 mg/L的Fe2+溶液48 h后的黏度损耗为19.13%，10 mg/L的Fe2+溶液48 h后的黏度损耗为89.41%，Fe2+对聚合物黏度的损耗比较迅速，表现出快速瞬间的降黏和持续降黏的特性。现场Fe2+溶液的浓度为1.0 mg/L，此时最大的黏损率为46.23%。

（2）硫酸盐还原菌。由表1可见，硫酸盐还原菌波动范围为5～4 500 mL-1，室内设计0～1×105mL-1等6个浓度梯度，分析黏度变化规律，选取0～48 h共5个时间点进行化验检测。

如图2所示，在0 h时配制的不同浓度硫酸盐还原菌溶液直接的黏度损耗为73.29%，硫酸盐还原菌对聚合物溶液黏度的影响为随着浓度的增大聚合物发生着瞬间的降黏，而且黏损率较高；其中浓度为1×103mL-1的硫酸盐还原菌溶液48 h后的黏度损耗为41.00%；105mL-1的硫酸盐还原菌溶液48 h后的黏度损耗为64.27%，表现为持续的严重降黏。表1显示的水中现场硫酸盐还原菌波动范围其最大黏损率为40.81%。

图2 硫酸盐还原菌对1 000 mg/L聚合物黏度的影响Fig.2 Effect of sulfate-reducing bacteria on the viscosity of 1 000 mg/L polymer

（3）腐生菌。由表1可见，腐生菌波动范围为200～25 000 mL-1，室内设计 0～1×105mL-1等 6 个浓度梯度，分析黏度变化规律，选取0～48 h共5个时间点进行化验检测（图3）。

图3 腐生菌对1 000 mg/L聚合物黏度的影响Fig.3 Effect of saprophytic bacteria on the viscosity of 1 000 mg/L polymer

如图3所示，在0 h时不同浓度的腐生菌溶液直接的黏度损耗为56.02%，腐生菌对聚合物的黏度影响为随着浓度的增大聚合物发生着瞬间的降黏，而且黏损率较高；其中浓度为1×103mL-1的腐生菌溶液48 h后的黏度损耗为43.68%，1×105mL-1的腐生菌溶液48 h后的黏度损耗为72.21%，表现为持续的严重降黏。表1显示的现场腐生菌波动范围其最大黏损率为31.91%。

（4）铁细菌。由表1可见，铁细菌波动范围为50～1 500 mL-1，室内设计0～1×105mL-1等6个浓度梯度，分析黏度变化规律，选取0～48 h共5个时间点进行化验检测（图4）。

如图4所示，在0 h时不同浓度的铁细菌溶液直接的黏度损耗为61.97%，铁细菌对聚合物的黏度影响为随着浓度的增大聚合物发生着瞬间的降黏，而且黏损率较高；其中浓度为1×103mL-1铁细菌溶液48 h后的黏度损耗为49.89%，1×105mL-1的铁细菌溶液48 h后的黏度损耗为68.73%，表现为持续的严重降黏。表1显示的现场铁细菌波动范围其最大黏损率为25.67%。

图4 铁细菌对1 000 mg/L聚合物黏度的影响Fig.4 Effectofiron bacteriaon theviscosityof1 000 mg/L polymer

（5）硫化物。由表1可见，硫化物波动范围为0.4～4.1 mg/L，室内设计 0～15 mg/L 等 9个浓度梯度，分析黏度变化规律，选取0～48 h共5个时间点进行化验检测（图5）。

图5 硫化物对1 000 mg/L聚合物黏度的影响Fig.5 Effect of sulfide on the viscosity of 1 000 mg/L polymer

如图5所示，在0 h时不同浓度的硫化物溶液直接的黏度损耗为57.67%，硫化物对聚合物的黏度影响为随着浓度的增大聚合物发生着瞬间的降黏，而且黏损率较高；其中2 mg/L硫化物溶液48 h后的黏度损耗为40.72%，15 mg/L的硫化物溶液48 h后的黏度损耗为62.31%，表现为持续的严重降黏。另外两种浓度也均表现出同样的特性。表1显示的现场硫化物的波动范围其最大黏损率为21.04%。

2 注入管线降黏原因及治理对策

2.1 降黏分析

根据现场注入井口黏度较低的现象，跟踪典型的4口注入管线黏度损失较大的注入井，通过对静混器及井口进行取样化验，确定注入管线始、末端还原性物质和3种细菌的含量变化（表2）。

表2 注入管线始、末端还原性物质含量变化情况Tab.2 Changes of reducing substance content at the beginning and end of the injection line

从表2可见，黏度损失较大的注入井管线始、末端3种细菌及硫化物滋生问题严重，结合室内评价的单项因子对聚合物黏度的影响结论，确定注入管线黏度损失的主要原因为长期注入过程中，细菌及硫化物等还原性物质大量滋生造成生物降黏。

2.2 清洗注入管线降低黏损

（1）高压污水清洗。在冲洗中，采取大排量、变压式冲洗，每5 min进行一次排量由大到小再到大的调节，直至出口水与冲洗水水质一致为止，保证清洗效果（表3）。从表3可看出，实施高压污水清洗后，三种细菌及硫化物含量大幅降低，注入管线黏损降低10.05%，治理效果明显。高压污水清洗可以直接将管壁上粘连的聚合物以及部分挂在管壁上的生物膜等进行有效的冲刷。

表3 高压污水清洗前后黏度及成分含量变化Tab.3 Changes of viscosity and factor content before and after high pressure sewage cleaning

（2）化学清洗。室内采用0.08%（质量分数，下同）双氧水对污水软化处理10 min后，再进行清洗剂清洗的组合处理方案，跟踪清洗效果（图6）。组合的清洗方式清洗效果较好，能够清除大部分附着物。由于试验对象为井口过滤器，在过滤的作用下附着物比需要清洗的注入管线严重很多，为此，最终确定双氧水与化学清洗剂的组合清洗方式。

图6 0.08%双氧水与0.3%清洗剂组合清洗效果Fig.6 Combination cleaning effect of 0.08%hydrogen peroxide and 0.3%cleaning agent

3 建议

3.1 改善进站污水水质

（1）进站污水可以通过膜过滤技术去除悬浮物、部分硫化物并降低3种细菌的含量以及含油量。

（2）进站污水可以通过高效气浮技术[8-9]降低悬浮物和含油量，对硫化物以及Fe2+等具有较好的氧化作用。

（3）如果要彻底去除硫化物和二价铁离子，可以通过添加臭氧处理设备或者投加氧化剂等方法将其有效去除，但处理成本较高。

3.2 硫酸盐还原菌、铁细菌以及腐生菌的杀灭和抑制

（1）可以通过提高杀菌剂的浓度改善杀菌的效果。

（2）在进站污水和管线部位增设杀菌系统，可以是紫外杀菌、等离子杀菌或者催化氧化杀菌装置[10]，有效地杀灭和控制细菌的滋生。

（3）针对精滤罐和熟化罐中产生的细菌，添加生态抑制剂进行控制，在控制细菌的同时可以减少硫化物产生并降低腐蚀速率。