弱碱三元复合驱采出液特性及处理技术研究

刘煜 安俊睿

摘      要：三元复合驱作为我国各大油田的主要增产促产开发技术，始终存在一定的缺陷。通过实验研究了弱碱三元复合驱采出液乳化程度及油水分离等相关特性，结合ZetaPALS电位仪、激光粒度仪测定了采出液扩散双电层电位及悬浮固体粒径，并进行了不同实验条件下的破乳剂优选。实验结果显示：弱碱三元复合驱采出液的脱水难度大于水驱，因为其乳化严重且分散度高;相比于强碱三元复合驱采出液，其采出液的电位绝对值降低，基本位于30～50 mV之间;随着采出液温度的增加，悬浮杂质及油珠粒径增加。

关  键  词：三元复合驱;采出液;油水分离;ZetaPALS电位仪;破乳剂

中图分类号：TE622.1+1       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2020）05-0782-05

Abstract： ASP flooding， as the main stimulation and development technology of major oilfields in China， always has some defects. In this paper， the emulsification degree and oil-water separation characteristics of the produced liquid in weak alkali ASP flooding were studied experimentally. The diffusion double layer potential and suspended solid particle size of the produced liquid were measured by ZetaPALS potentiometer and laser particle size analyzer， and the demulsifiers were screened under different experimental conditions. The experimental results showed that the dehydration of weak alkali ASP flooding produced fluid was more difficult than that of water flooding because of its serious emulsification and high dispersion. Compared with strong alkali ASP flooding produced fluid， the absolute potential value of produced fluid was lower， and basically was between 30 and 50 mV. With the increase of temperature of produced fluid， the suspended impurities and the particle size of oil beads increased.

Key words： ASP flooding; Produced fluid; Oil-water separation; Zeta PALS potentiometer; Demulsifier

多年來，三元复合驱一直作为我国各大油田的主要增产促产开发技术之一，但其始终存在许多缺陷，如采用三元复合驱替开采原油过程中注入体系往往会有一定量的碱、表面活性剂或者聚合物等的存在，其会对原始地层造成非常严重的危害[1-4]。因为地层环境等条件会对驱注体系中的碱产生影响使其可能与地层流体或地层沉积物发生一系列物理化学变化，进而影响地层初始的平衡态[5，6]。此外，还会增加pH值及相关离子含量，进而增加采出液的矿化度，致使油井附近严重结垢，影响正常生产的进行[7-9]。以上诸多不利因素均显著限制了三元复合驱在原油开采过程中的应用及创新推广。

相比于NaOH强碱驱注体系，弱碱Na2CO3三元复合驱注体系不仅仅在效果作用上略强，在乳化能力、注采能力及采油速度等方面均强于前者，更重要的是在结垢方面明显减弱[10-13]。除此之外，弱碱Na2CO3三元复合驱注体系还具有较小的腐蚀性，有利于保护油藏，其基本弥补了强碱驱注体系的不足之处，因此弱碱Na2CO3三元复合驱已经被应用于我国大庆油田[14，15]。尽管如此，该种技术还是不可避免地会残留部分碱、表面活性剂和聚合物，可能会影响乳化特性及油水分离[16]。因此，本文针对弱碱Na2CO3三元复合驱采出液的乳化程度及油水分离等相关特性进行了实验研究，分析不同开采条件对采出液特性的影响，进而为三元复合驱注原油开采提供一定的参考。

1  实验部分

1.1  实验材料及仪器

实验材料：采出液样品、正己烷、棉球、去离子水、滤膜、石油醚、汽油。

实验仪器：颗粒图像处理仪（OMEC PIP9.0型）、动态界面张力仪、界面流变仪（DHR-2）、电位仪（ZetaPALS），电子天平（JJ223BC）、激光粒度分析仪（BT-9300H）、分光光度计、乳化机、破乳剂评选仪。

1.2  实验步骤

（1）乳化程度

选取5口油井进行取样编号，结合颗粒图像处理仪分析评估采出液样品的乳化程度及内相颗粒分布状况。

（2）界面张力

通过注射泵上的注射器抽取少许采出液样品，将其与动态界面张力仪底部连接;排空注射泵，清洁擦拭张力仪底部毛细管;向张力仪样品管中加入10 mL去离子水，恒温水浴10 min;启动控制程序测定界面张力。

（3）双电层Zeta电位

首選依次对pH探针、电导率及主探头进行校正，向容器槽加入适量样品，调节速度开始搅拌，进行双电层Zeta电位测试[17]。

（4）杂质测定

井口取样通过定温加药沉降分离污水，随后萃取出原油的方式。利用滤膜过滤法进行悬浮杂质的测定，其中滤膜采取0.45μm的纤维素脂微孔膜[18];随后通过激光粒度仪测定悬浮杂质的粒径分布。

2  结果与讨论

2.1  乳化特性分析

利用颗粒图像处理仪观察了LMQ-1至LMQ-5五口井弱碱三元复合驱采出液的乳化情况，如图1所示。

将弱碱三元复合驱采出液达的观测结果与水驱时进行对比，发现前者的粒径范围上限略小于后者;复合驱采出液的体积平均粒径在18.96 ～35.88μm，颗粒平均粒径6.12 ～7.33μm之间，均小于水驱采出液，这一现象表明相比水驱采出液，复合驱采出液乳化更为严重，分散度高，乳状液稳定，也就是说其相对更难脱水。

2.2  界面张力及强度

通过对五口井取样测试，发现弱碱复合驱采出液的界面张力较低，其整体取值在0.01～1.5 mN/m之间，但有很大一部分取值相对更小，基本小于1 mN/m，仅有极少数大于1.5 mN/m，这一结果与前人实验结果类似，说明弱碱三元复合驱采出液的界面张力小于强碱复合驱，相比于后者具有更好的驱油效果且界面张力会随着化学剂含量的增加而降低（图2）。

利用界面流变仪分别测定了五口取样井的弹性模量、黏性模量、复合模量及界面黏度，如图2（2a-2d）所示，其中测定聚合物浓度为1 000 mg/L，表面活性剂浓度为0.2%。通过图示可以发现，强碱三元复合驱采出液的界面弹性模量和黏度会随着碱浓度的增大而减小，且其弹性模量值明显大于弱碱三元复合驱，而界面黏度则相对有所降低，这主要是由于所采用的碱、聚合物及表面活性剂等差异导致的。强碱复合驱中Na+含量显然要高于弱碱复合驱，其电解质浓度较高，导致活性剂活度下降，进而会影响界面附近的吸附的分子数目，同时聚合物分子也会因而受到影响，最终降低界面黏度[19]。

随后取适量高浓度采出液的乳状液对其进行稀释，制备出具有稳定性较高的模拟采出水，分别测定了不同取样井的Zeta 电位，具体测量结果如表1所示。

从表1可以看出，强碱复合驱采出液具有较高的电位绝对值，其大多都位于50 mV以上;当其中只含有表面活性剂或其与碱同时存在时，随着表面活性剂浓度的不断增加，采出液的Zeta 电位均会呈现先降低后升高的趋势;对于弱碱三元复合驱采出液，其电位绝对值明显低于强碱复合驱，其值基本处于30～50 mV之间。当Zeta电位绝对值越大，则预示着乳状液更加稳定，越难脱水。其中非离子表面活性剂以及其在界面上的替代和吸附现象是影响Zeta 电位的主要原因，而聚合物则主要是由于其在油水界面的吸附，进而增厚了其扩散双电层所致，最终导致Zeta电位增大。

2.3  杂质分析

采出液杂质分析实验结果显示，采出液中悬浮固体粒径及累积粒度分布会随着环境温度的升高而增大;当加入50 ppm的破乳剂后，0.85 ～5.25μm的悬浮杂质粒径分布仅有1%，相比于未加破乳剂下降了4%，大颗粒杂质则反而增加，此时约占7%，几乎为未加破乳剂的2倍，表明破乳剂的增加有利于杂质的滤除。此外较大浓度的破乳也会增加悬浮杂质的粒径;乳状液的稳定性会随着温度的升高而下降，会导致油珠合并，粒径增加，如40 ℃时体积平均粒径为17.26 μm，不足45 ℃时的1/2，而破乳剂的增加也会增大油珠粒径。

2.4  破乳剂筛选

在进行了一系特性及杂质实验分析之后，选取五口取样井进行了不同破乳剂的筛选实验。实验过程中LMQ-1及LMQ-2被视为同一组，分别针对不同破乳剂、适宜温度及浓度共进行了多组实验测试，其中筛选测试了6种破乳剂。实验结果显示，当脱水温度为40 ℃且实验时间为30 min时，PT6682B破乳剂（浓度为50 ppm）适宜于未添加表面活性剂的情况;添加表面活性剂后且其浓度不超过50 ppm时，应选取T6682或SP破乳剂（浓度为50 ppm）;而当表面活性剂浓度进一步增加且不超过130 ppm时，此时SP破乳剂（浓度为50 ppm）为最佳选择。

3  结论

本文主要针对弱碱Na2CO3三元复合驱采出液的乳化情况、界面张力及杂质特性进行了实验研究，对比筛选出了不同浓度及环境条件下最佳的破乳剂。主要可以得出以下结论：

（1）乳化特性分析显示，弱碱Na2CO3三元复合驱采出液乳化程度及分散度较高、不利于脱水的实现;

（2）相比于强碱三元复合驱，弱碱三元复合驱采出液的界面张力较小，且其绝大多数界面张力处于0.1～1 mN/m 之间，也就是其驱油效果更优，同时界面张力会随着采出液中化学剂含量的增加而降低;

（3）对于弱碱三元复合驱采出液，其电位绝对值明显低于强碱复合驱，其值基本处于30～50 mV之间;

（4）采出液中悬浮固体粒径及累积粒度分布会随着环境温度的升高而增大，破乳剂的增加有利于杂质的滤除。

随着温度升高悬浮固体粒径，油珠粒径均增大;破乳剂浓度越大，悬浮杂质粒径以及油珠粒径也同样增大。

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