简述三元复合驱钙镁硅钡成垢特征

赵原青

摘  要：三元复合驱当中含有大量的碱，这种碱会对储层矿物进行溶蚀，就会导致岩石矿物进入储层流体当中，然后就会形成垢。三元复合驱垢主要是由硅酸盐以及碳酸盐构成的，想要减少结垢问题的产生就要对三元复合驱钙镁硅钡成垢特征进行深入分析，因此本文将简述三元复合驱钙镁硅钡成垢特征。

关键词：三元复合驱;钙镁硅钡;成垢特征

前言：

随着石油行业的迅速发展，三次采油技术也得到了广泛的应用，其中三元复合驱是近年来使用效果比较好的一种采油技术。三元复合驱是由碱、聚合物以及表面活性剂等物质共同构成的驱油体系，可以有效提高原油的采收率，但是造成了严重的成垢问题，对油井的生产工作造成了严重影响，因此需要对三元复合驱钙镁硅钡成垢特征进行分析，从而预防成垢。

1.具体实验

1.1实验仪器与材料

本次实验会用到多种仪器与药品，主要仪器有等离子发射光谱仪、热重综合分析仪、X-射线多晶衍射仪、自动电位滴定仪以及X-射线荧光光谱仪;主要药品有氯化钠、氯化钡、三氯甲烷、碳酸钠、无水氯化钙、九水偏硅酸钠、六水氯化镁以及碳酸氢钠，除此之外还需要用超纯水当做分析试剂。

1.2实验条件、离子测定

根据三元复合驱的实际情况，可以将本次实验的温度确定为50℃，而离子测定的结果为钠离子3300、氯离子1500、钙离子0-65、钡离子0-65、镁离子0-20、硅离子400-2500、碳酸根离子0-3000、碳酸氢根离子0-1000.

1.3实验过程

整个实验就是模拟在动态情况下，结垢具有怎样的特征，因此需要在50℃的温度中持续震荡模拟结垢体系，大概在四十八小时之后停止。再利用0.45微米的滤膜对模拟结垢体系进行过滤，并测定其中的氢离子浓度指数以及钙离子、镁离子、硅离子、钡离子等各种离子的含量。最后利用自动电位滴定仪以及等离子发射光谱仪测定其中阳离子以及阴离子的含量。

1.4三元复合驱垢样分析

实验人员选取了一部分矿场垢样，并利用简单工具将其粉碎，将粉碎之后的垢样放置在三氯甲烷这种溶剂当中，利用超声波萃取器对其进行清洗和吸附，然后再利用专业仪器对其进行干燥处理并放置一旁。然后取一部分垢样，分别利用热重综合分析仪、X-射线多晶衍射仪以及X-射线荧光光谱仪测定垢样的化学成分;对另一部分垢样进行微波消解，然后再利用等离子发射光谱仪测定垢样的离子含量，最终确定垢样的具体组成成分。

2.实验结果

2.1三元复合驱垢的组成

由表一：三元复合驱垢无机物组成所示，三元复合驱垢主要是由碳酸钡、氧化铁、二氧化硅、碳酸镁、碳酸钙、氧化铝等无机物构成，而且碳酸钡、碳酸镁、碳酸钙以及二氧化硅是主要成分^【1】。垢样的pH值不同，其中所含的无机物含量也不同，随着pH值的升高，SiO₂的含量也在不断增加，而碳酸盐的含量相对下降。pH值达到10.70时，Si0₂的含量为59.61%，因此钙离子、硅离子、钡离子、镁离子以及碳酸根离子还有温度、pH值是影响结垢组成的主要因素。

2.2 pH值对硅酸体系结垢的影响

利用硅酸钠配置浓度不同的硅酸体系，并观察其在不同pH值时的成垢规律。在整个实验过程中，pH值=9时，溶液静置四十八小时之后出现了很多胶状物，基本上没有液体;pH=10时，溶液当中出现了一些液体和胶状物;pH=11/12时，溶液当中没有出现胶状物。从图一：不同浓度硅酸钠溶液中的硅离子随pH值变化的规律当中我们可以看出当pH值≤10.70时，硅酸沉淀较多;当pH值>10.70时，pH值越高、硅酸沉淀就越少。因此我们可以得出结论：pH值小于等于10.70时，硅离子比较容易形成硅酸沉积，而pH值大于10.70时，硅酸沉积的速度比较慢。

2.3其他离子对成垢的影响

在不改变模拟体系当中的钙、镁、硅、钡的离子含量，改变碳酸根离子含量时，就能够发现如果碳酸根的含量>680毫克每升时，就会形成大量的碳酸盐沉淀。在不改变钙离子、镁离子以及碳酸根离子的含量、改变硅离子的含量时可以发现硅离子在0-500毫克每升时，钙离子沉积就会比较多，也就是形成了大量的钙盐垢，硅离子在500毫克每升时，成垢量是最大的。在不改变硅离子、碳酸氢根离子的含量、改变阳离子含量时可以发现如果陽离子含量增加，钙、镁等离子的含量也会增加，且逐渐形成沉积，其中钙沉积和钡沉积比镁沉积要多很多。

2.4结论

根据实验结果我们可以得出以下结论：（1）硅酸盐以及碳酸盐是结垢的主要成分，且随着pH值的不断增加，硅酸盐会变多，碳酸盐会减少。（2）pH值增加时硅离子的平衡浓度也会增大，且pH值小于等于10.70时，硅酸沉积的速度比较快。（3）碳酸根影响着结垢成分，碳酸根较多时会产生碳酸盐垢、碳酸根较少时会产生硅酸盐垢^【2】。（4）阳离子是结垢的主要影响因素，相关人士应该根据实验结果和结论通过有效措施预防成垢。

结语：

根据实验可知，硅酸盐以及碳酸盐是成垢的主要成分。其中碳酸根是影响结垢种类的主要因素，如果碳酸根的含量比较高的话就会形成颗粒状的碳酸盐垢，如果碳酸根的含量比较低的话就会形成胶片状的硅酸盐垢。硅离子影响着结构的速度以及程度，而阳离子是影响结构的主要因素，也就是说如果阳离子稳定的话就能够降低结垢几率，因此应该通过稳定阳离子预防结垢。

参考文献

[1]  赵晓非，张晓阳，范蕾，等. 弱碱三元复合驱钙镁硅混合成垢的微观考察[J]. 硅酸盐通报，2016，35（7）：2264-2269.

[2]  程杰成[1]，王庆国[2]，王俊[3]，等. 强碱三元复合驱钙、硅垢沉积模型及结垢预测[J]. 石油学报，2016，37（5）：653-659.