三元复合驱采出液中防垢剂浓度的检测方法与应用*

2022-10-11黄小会王庆国刘明君刘纪琼

油田化学 2022年3期

黄小会，王庆国，刘明君，刘纪琼，康燕

（1.大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江大庆 163453；2.黑龙江省油气藏增产增注重点实验室，黑龙江大庆 163453；3.大庆油田设计院有限公司，黑龙江大庆 163453）

0 前言

为解决ASP三元复合驱油井的结垢问题，目前普遍采用添加防垢剂的方法来延缓或避免垢的形成［1-3］。采出液中防垢剂浓度的准确测定，是现场加药效果评价的前提，是具体加药量、加药时机、加药方式选取的关键，对保证ASP三元复合驱采出井防垢效果起着至关重要作用，但相应防垢剂浓度的检测方法尚属空白，未见相关报道。

当前油田开采中普遍采用的防垢剂为含磷类防垢剂，可通过磷元素的检测来确定防垢剂浓度。常用的检测磷元素浓度的方法有络合-返滴定法、磷钼蓝分光光度计法［4-6］、分子荧光检测法［7］，其中，络合-返滴定法的检测步骤繁琐，且对采出液颜色要求较高，滴定终点不易判断；采用磷钼蓝分光光度法检测时，由于ASP三元复合驱采出液里含有的Si离子在测定过程中也生成蓝色络合物硅钼蓝而影响测定结果；采用分子荧光检测法检测时，由于ASP三元驱采出液中含有的表面活性剂荧光活性强，对测定有很大干扰。为此，急切需要寻求一种更快速、准确的测试方法，以满足ASP 三元复合驱采出液防垢剂浓度测定的要求。本文采用电感耦合等离子体发射仪（ICP）法［8］检测ASP 三元复合驱采出液防垢剂浓度，分析了ASP三元复合驱采出液中聚合物、表面活性剂、碱以及硅离子对防垢剂浓度检测的影响，针对影响较大的组分，采取预处理技术将影响程度降到最低，实现对防垢剂浓度的准确测定。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

双氧水、次氯酸钠，分析纯，沈阳市新西试剂厂；硅酸钠、氢氧化钠，分析纯，沈阳华东试剂厂；聚合物HPAM，相对分子质量1.9×107，水解度26.5%，大庆炼化公司聚合物厂；石油磺酸盐表面活性剂，大庆油田化工有限公司东昊分公司表活剂厂；有机磷类防垢剂ZH-01，大庆油田开普化工有限公司。

Aglient 5110 型电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP），安捷伦科技（中国）有限公司。

1.2 实验方法

（1）标准曲线的建立

以蒸馏水和过滤后的ASP 三元复合驱采出液为基准溶液，配制防垢剂浓度分别为25、50、100、150 和200 mg/L 的系列标准溶液，采用ICP 在波长为213.618 nm 下测定不同质量浓度的防垢剂溶液的强度，建立防垢剂浓度标准工作曲线。

（2）采出液不同组分对防垢剂浓度测定的影响

参考ASP 三元复合驱现场采出液中的不同组分浓度，在质量浓度为50 mg/L 的防垢剂溶液中加入不同浓度聚合物、表面活性剂、碱以及硅酸钠，采用ICP在波长为213.618 nm下测定防垢剂溶液的强度，由标准工作曲线读取防垢剂浓度，分析各组分对防垢剂浓度测定结果的影响。

（3）采出液预处理及其对防垢剂浓度测定的影响

向50 mL 的使用ASP 三元复合驱采出液配制的质量浓度为50 mg/L 防垢剂溶液中加入1 mL（2%）降解剂双氧水或NaClO，搅拌均匀放置24 h后，使用ICP测试防垢剂浓度。

2 结果与讨论

2.1 标准工作曲线的确定

图1 给出了蒸馏水、过滤后的ASP 三元复合驱采出液配制的防垢剂溶液标准工作曲线。从图1可知，配液用水为蒸馏水时，防垢剂浓度与强度有非常好的线性关系，而配液用水为过滤后的ASP三元复合驱采出液时，防垢剂浓度与强度线性关系一般，且相比蒸馏水体系，相同防垢剂浓度下的强度整体偏低，随着防垢剂浓度的升高，偏差逐渐变大。分析原因可能是与蒸馏水体系相比，ASP三元复合驱采出液体系中含有聚合物、表面活性剂、碱和硅离子。这些组分导致ASP三元复合驱采出液体系防垢剂浓度产生偏差，故此后的防垢剂浓度检测均以蒸馏水体系为基准建立防垢剂浓度标准工作曲线。

图1 不同体系下防垢剂标准工作曲线

2.2 采出液不同组分对防垢剂浓度测定的影响

2.2.1 表面活性剂对防垢剂浓度测定的影响

在50 mg/L的防垢剂溶液中加入一定量的表面活性剂后测试防垢剂浓度，结果见表1。加入不同质量浓度的表面活性剂后，与配制的防垢剂浓度相比，ICP 测试防垢剂浓度平均精度偏差为1.2%，由此可见，表面活性剂含量对防垢剂浓度的测定影响较小。

表1 表面活性剂含量对ICP测定防垢剂浓度的影响

2.2.2 聚合物对防垢剂浓度测定的影响

在50 mg/L的防垢剂溶液中加入一定量的聚合物后测试防垢剂浓度，结果见表2。由表2 可知，加入聚合物后，与配制的防垢剂浓度相比，ICP测试防垢剂浓度结果整体偏小，平均精度偏差为-38.9%，因此聚合物含量对防垢剂浓度的测定有较大影响。分析原因是：在ICP测试过程中，由于进样液体中含有聚合物，溶液黏度变大，ICP仪器的进样量变小，其雾化效率变低，进而导致最终测试结果值偏小。

表2 聚合物含量对ICP防垢剂浓度测定的影响

2.2.3 碱对防垢剂浓度测定的影响

在50 mg/L 的防垢剂溶液中加入一定量的碱（NaOH）后测试防垢剂浓度，结果见表3。由表3 可知，加入不同浓度的碱后，与配制的防垢剂浓度相比，ICP测试防垢剂浓度的平均精度偏差为1.2%，故碱含量对防垢剂浓度的测定影响较小。

表3 碱含量对ICP防垢剂浓度测定的影响

2.2.4 硅离子对防垢剂浓度测定的影响

在50 mg/L的防垢剂溶液中加入一定量的硅酸钠后测试防垢剂浓度，结果见表4。由表4 可知，加入不同量硅酸钠后，与配制的防垢剂浓度相比，ICP测试防垢剂浓度的平均精度偏差为2.6%，故硅离子含量对防垢剂浓度的测定影响较小。

表4 硅含量对ICP防垢剂浓度测定的影响

综合上述实验结果发现，ASP 三元复合驱采出液中聚合物对防垢剂浓度测定有较大影响。为了消除三元采出液中聚合物的影响，需对ASP三元复合驱采出液进行除过滤外的预处理。

2.3 ASP三元复合驱采出液预处理

分别向50 mL 的使用ASP 三元复合驱采出液配制的质量浓度为50 mg/L 的防垢剂溶液中加入2%双氧水或NaClO，搅拌均匀放置24 h 后，使用ICP测试防垢剂浓度，结果见表5。

表5 加入降解剂对防垢剂浓度测试结果的影响

加入双氧水处理后，采用ASP三元复合驱采出液配制的防垢剂溶液浓度ICP测试值与实际值偏差高53.1%。通过查阅大量文献资料发现，在制备双氧水时，大多使用了磷酸三辛酯为溶剂，使得双氧水中含有浓度较高的磷元素［9-10］，从而导致加入双氧水中的三元采出液防垢剂浓度偏高。而加入NaClO处理后，采用ASP三元复合驱采出液配制的防垢剂大溶液浓度ICP测试值与实际值偏差仅0.5%。

配制一系列采用ASP 三元复合驱采出液配制的不同浓度的防垢剂溶液，然后加入2%NaClO 处理，搅拌均匀放置24 h 后，使用ICP 测试防垢剂浓度，结果见表6。与配制的浓度相比，ICP 测试的平均精度偏差仅为0.2%，故采用添加NaClO的方法可消除聚合物对ICP测定结果的影响。

表6 加入NaClO对防垢剂溶液浓度测试结果的影响

2.4 现场防垢剂浓度检测应用情况

大庆油田某三元复合驱试验区块有30 口结垢严重井开展加药试验，在采用ICP 检测采出液防垢剂浓度前，有6井与加药设计方案不符，加药符合率仅为80%，检泵周期为210 d；在使用ICP 检测采出液防垢剂浓度后，通过加药工艺参数调整，有1口井与加药设计方案不符，加药符合率提高到96%，而检泵周期提高到270 d。以其中一口结垢严重井A为例，现场采用ICP 检测方法对该井的冲击加药全过程采出液防垢剂浓度进行了实时跟踪监测，测试结果见图2。从测试结果来看，当采出液中防垢剂浓度达到所设计浓度（质量分数为1%）时，采出液中钙镁离子被络合增溶加大，ICP 防垢剂测定浓度值与采出液中钙镁浓度变化呈现较好的一致性。