酸化返排液中无机离子对电导率的影响

2021-11-30胡红福王春林荣新明黄志明

精细石油化工进展 2021年5期

刘洋，胡红福，王春林，荣新明，黄志明

中海油田服务股份有限公司油田生产事业部，天津300459

酸化作为油田常规的增产措施在各大油田被广泛应用，但酸化返排液往往会对油、气、水处理流程带来很大冲击［1］。油水井酸化作业返排液成分复杂，处理难度大［2］。不同阶段的返排液，其特点也不尽相同。初始阶段，返排液含油量低、pH低、矿化度高、浊度高、色度高，无法直接排放或直接注入地层；而见油后，返排液含有大量游离水、乳化水、泥质以及各种离子，通过电脱水装置时会引起跳闸断电，造成整个处理流程中断［3-4］。

本文通过测定酸化初期、中期和后期返排液中无机离子的种类及含量，考察Ca2+、Mg2+和Fe3+这3种特征离子浓度对返排液电导率的影响，得出返排液受其组成及浓度的影响规律，为后续返排液的处理提供理论依据，保证油田正常生产。

1 实验部分

1.1 实验仪器及试剂

CaCl2、MgCl2、FeCl3（分析纯），国药集团化学试剂有限公司。

X 线荧光光谱仪，德国Bruker 公司；DDSJ-308F 型电导率仪、PHBJ-260 型便携式酸度计，上海雷磁仪器有限公司；HH-600 型恒温水浴锅，上海启前电子科技有限公司。

1.2 返排液无机物种类及含量测定

水溶液中的离子种类及离子含量是影响其电导率的重要因素之一。为了确定酸化返排液中无机离子种类、含量与返排液电导率之间的关系，实验选取了渤海油田4 口油井酸化后返排液样品进行研究。取一定量的返排液样品，将其水相进行蒸干、灼烧，再进行X 线荧光光谱（XRF）全元素扫描［5］，对各井返排液水相中的元素种类进行分析。并采用上海雷磁DDSJ-308F 型电导率仪对返排液的水相在25 ℃时的电导率以及总溶解固体含量（TDS）进行测试［6-7］。

1.3 离子含量对返排液电导率的影响

为考察返排液中Ca2+、Mg2+和Fe3+这3 种特征离子的含量与返排液电导率的关系［8］，实验以渤海油田4口油井前期、中期和后期3个时间段的返排液水相作为研究对象，向3 种返排液水相中加入一定量的CaCl2、MgCl2以及FeCl3晶体，从而改变3 种离子（按照相应离子的氯化物盐的摩尔质量计算）含量，测试离子质量浓度为50～1 000 mg/L时的水相电导率。

2 结果与讨论

2.1 返排液中无机物种类及电导率

表1 是渤海油田4 口油井酸化返排液样品的离子种类、含量及电导率。由表1 可知：各区块油井酸化返排液中所含无机离子的种类大致相同。水溶液中的离子总含量与其电导率大小呈正相关，即总溶解无机盐含量越高，水相电导率相应越大。其中，#2 油井酸化返排液中TDS 最高为42.8 g/L，其对应的水相电导率为85.8 mS/cm。4 口油井酸化返排液中Na、K 和Cl 等元素含量的差别可能与各区块地下水种类、矿化度大小以及酸化时盐酸用量有关。特别地，返排液中含量高的F、B等元素大概率是因为返排液中含有一定量的HF以及HBF4残酸所致。

表1 渤海油田4口油井酸化返排液样品的元素种类、含量及电导率

2.2 离子含量对返排液电导率的影响

表2～4是Ca2+、Mg2+和Fe3+这3种离子浓度对#4油田返排液电导率的影响。由表2～4 可知：返排液的电导率随着CaCl2、MgCl2和FeCl3这3 种盐的浓度升高而增大，且前期返排液电导率的升高幅度明显高于中期、后期返排液，三者的主要区别在于pH 的大小，说明低pH 溶液导电粒子的活性更强。

表2 Ca2+质量浓度对返排液电导率的影响mS·cm-1

表3 Mg2+质量浓度对返排液电导率的影响mS·cm-1

表4 Fe3+质量浓度对返排液电导率的影响mS·cm-1

在相同条件下，Fe3+对前期返排液电导率的提升幅度是Ca2+、Mg2+的2～3倍，可能是Fe3+的电荷数比Mg2+和Ca2+要高许多，因此能够显著提升液体的电导率［9］。同时，前期返排液的酸性条件使得Fe3+在水相中稳定存在。因此，推断返排液中高导电能力的Fe3+可能是导致油田生产现场电脱水装置易发生跳电的主要原因。

对于偏中性的后期返排液样品，随着Ca2+、Mg2+和Fe3+离子浓度增加，这3 种离子对返排液电导率的增加幅度相同，即使在离子质量浓度为1 000 mg/L 下，3 种返排液的电导率分别为57.8、55.4 和59.7 mS/cm。这可能是在pH 相对较高的返排液中，Fe3+无法继续以游离态稳定存在，基本上以氢氧化物的沉淀形式析出，致使Fe3+对偏中性的后期返排液电导率的影响程度降低。同时，这也说明中期、后期返排液中存在的固相悬浮物可能为高价金属的氧化物或氢氧化物沉淀。