弱碱三元复合驱注入端加药防垢技术研究

蒋政

大庆油田有限责任公司

室内研究和矿场试验表明，弱碱三元复合驱油技术作为提高原油采收率的重要技术手段，可比水驱提高采收率20%以上[1-5]。但三元复合驱碱的注入会使油井结垢[6]，采用强碱采出端结垢严重，采用弱碱结垢部位主要集中在注入端[7-8]。目前防垢措施主要集中使用在采出端，采用计量间集中加药和井口点滴加药两种方式[9-10]。注入站内的除垢方式主要为化学酸洗除垢，该方式的投入费用较高，且除垢剂多为酸类，会对管线造成一定的腐蚀。因此，将化学防垢应用于注入站内，研究弱碱注入端加药防垢技术十分必要。

试验选取杏二中三类油层复合驱矿场试验弱碱区块，该区块采用29 注35 采五点法面积井网，注采井距125 m。该试验区块自2009 年8 月开始空白水驱阶段，2017年5月前置聚阶段，2018年1月正式开始进入三元主段塞阶段，目前处于三元主段塞阶段。该区块的注入站始建于2012年5月，地面工艺采用“高压二元、低压二元、单泵单井”注入流程，所需聚合物母液自行配制，碱、表面活性剂外拉至站内稀释。该注入站整合了二次曝氧、聚合物配制、二元调配以及三元注入功能，具有一定代表性。从站内静态混合器及注入管线运行情况来看，站内设施已出现不同程度的结垢情况，目前主要依靠酸洗及清洗过滤器进行除垢，在时效性、经济性上均不符合现场管理，因此在该站内开展注入端加药防垢技术研究，研究注入端加药防垢技术可行性。

1 室内实验及结果

取注入端所用的防垢剂，室内检测其不同加药浓度下的防垢率，依据防垢率指导现场加药浓度，将防垢剂加入到注入体系中，检测加入前后体系黏度、界面张力的变化情况，研究防垢剂与注入体系的配伍性。

1.1 实验药剂及仪器

EDTA，分析纯，天津市永大化学试剂有限公司；氨水，分析纯，哈尔滨市试剂化工厂；钙试剂，分析纯，天津市大茂化学仪器供应站；铬黑T，分析纯，天津市科密欧化学试剂开发中心；氯化铵，分析纯，天津市永大化学试剂有限公司；氢氧化钠，分析纯，天津市永大化学试剂有限公司；氧化锌，分析纯，天津市科密欧化学试剂开发中心；三乙醇胺，分析纯，沈阳市华东试剂厂；ML3002电子天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；XS204 电子天平，瑞士梅特勒-托利多公司；BD240恒温箱，德国宾得公司；LVDV-Ⅱ布氏黏度计，美国博力飞公司；TX-500C旋转滴界面张力仪，上海地学仪器研究所。

1.2 垢样分析检测

选取弱碱注入端、采出端垢样进行分析，检测结果表明：弱碱垢样主要以碳酸盐垢为主，比例达80%左右，硅铝酸盐含量1.5%左右。详细垢样组分见表1。

表1 弱碱垢质成分统计Tab.1 Statistics of scale composition of weak alkali 质量分数/%

1.3 防垢剂原理

所用的缓蚀阻垢剂GZG 是一种绿色环保产品，外观为淡黄色液体，易溶于水，固体含量≥30%，pH值呈中性，主要成分为螯合剂、分散剂及调节剂，对碳酸盐垢防垢率达到85%以上；防垢机理主要是物理吸附、化学吸附、静电吸附作用。

1.4 防垢率检测

实验以钙镁离子加入防垢剂前后的浓度变化作为成垢的考察指标，防垢率的计算方法如下：

式中：F为防垢率，%；N0为原溶液中钙镁离子浓度，mg/L；N1为未加防垢剂溶液反应后钙镁离子浓度，即空白溶液的浓度，mg/L；N2为加入防垢剂溶液反应后钙镁离子浓度，mg/L。

取井口采出液，用滤纸过滤掉杂质，检测原溶液中钙镁离子浓度，之后取不同浓度的防垢剂加到采出液中，将空白溶液以及加不同防垢剂浓度的采出液放置在45 ℃的烘箱中恒温48 h，检测其钙镁离子浓度。通过防垢率室内实验数据可知，随着防垢剂浓度的升高，防垢率升高（图1），为保障防垢率在85%以上，确定加药浓度为200 mg/L[11]。

图1 防垢率随防垢剂浓度变化曲线Fig.1 Anti-scaling rate curve changes with anti-scaling agent concentration

1.5 防垢剂与体系的配伍性

分析防垢剂对弱碱三元体系界面张力以及黏度的影响。取注入井井口三元水样，加入200 mg/L的防垢剂，用仪器测定其界面张力与黏度，检测结果见表2。由数据可知，黏度误差为1.9%，误差较小，都可产生超低界面张力，因此防垢剂与注入体系配伍性较好[12]。

表2 体系配伍情况检测结果统计Tab.2 Statistics of system compatibility test results

2 现场试验分析及评价

2.1 注入端加药现场试验

现场试验采取“4 注1 采”的布井模式，加药浓度选择200 mg/L，加药装置选择晟威加药箱，加药点选择在柱塞泵前，利用加药箱隔膜泵将药剂打入到管线内，与注入体系混合，从注入端运移到采出端，实现注入-采出全过程防垢的目的。

2.2 注入端加药效果跟踪

X2-11-S3E9 井采出端停止加药后对该井进行高压热洗，清除近井地带及井筒内防垢剂后，注入端开始加药，7个月后检测该井采出液防垢剂浓度为28.47 mg/L，表明注入端投加的防垢剂已运移到采出端，加药时率较高（图2），始终保持在99%左右。

图2 注入端加药时率Fig.2 Dosing time rate at injection end

中心井X2-11-S3E9 各项离子数据平稳，未出现较大波动，与X1-41-3E10 采出端加药对比井相比，变化趋势基本一致。随着弱碱碳酸钠的注入，碳酸根离子浓度升高（图3），碳酸根水解后生成碳酸氢根和氢氧根（图4、图5），碳酸氢根离子浓度、pH 值升高，钙镁离子与碳酸根结合生产碳酸盐垢（图6），钙镁离子浓度下降。同时，注入端加药后，中心井X2-11-S3E9 井作业3 次，均未见垢，表明注入端加药效果有效，可抑制垢的形成，延缓结垢时间。

图3 碳酸根随时间变化曲线Fig.3 Curve of carbonate changes with time

图4 pH随时间变化曲线Fig.4 Curve of pH changes with time

图5 碳酸氢根随时间变化曲线Fig.5 Curve of bicarbonate changes with time

图6 钙镁离子和随时间变化曲线Fig.6 Curve of calcium and magnesium changes with time

3 结论

弱碱三元复合驱垢质成分主要以碳酸盐为主，占80%左右，所用GZG 防垢剂加药浓度200 mg/L时，对碳酸盐防垢率达85%以上。防垢剂与注入体系配伍性好，当加药浓度为200 mg/L时，黏度误差1.9%，且都可产生超低界面张力。

注入端投加的药剂可运移到采出端，但由于地层的复杂性，运移到采出端后剩余药剂浓度较低；注入端加药与采出端加药效果对比，碳酸根、碳酸氢根、钙镁离子和、pH 值变化规律基本一致；注入端加药后采出井作业未见垢，说明注入端加药有效，可抑制垢的形成，延缓结垢时间。