勝利油區(qū)配注污水水質(zhì)對化學(xué)驅(qū)效果的影響

丁玉娟

（中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營 257015）

化學(xué)驅(qū)是確保勝利油區(qū)東部產(chǎn)量硬穩(wěn)定的重要技術(shù)手段，勝利油區(qū)從20世紀(jì)90年代開始化學(xué)驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)，到2013年底已經(jīng)工業(yè)化推廣聚合物驅(qū)29個單元、復(fù)合驅(qū)17個單元，累積增油量達(dá)2249×104t。勝利油區(qū)淡水資源緊張，油田采出污水外排困難，礦場實(shí)施的化學(xué)驅(qū)多為利用黃河水配制聚合物母液，用處理后的采出污水作為配注污水稀釋母液后再注入地層[1]，而配注污水的礦化度、鈣、鎂離子質(zhì)量濃度及污水中所含有Fe2+和S2-等影響了聚合物溶液的粘度、表面活性劑界面活性，導(dǎo)致驅(qū)油體系提高采收率值降低，從而影響化學(xué)驅(qū)礦場增油效果。聚合物溶液粘度影響因素一直是中外研究的熱點(diǎn)[2-3]，有關(guān)配注污水溫度、礦化度、溶解氧含量、pH值對聚合物溶液粘度影響的研究較多[4-8]，其他涉及較少。筆者分析了歷年來勝利油區(qū)化學(xué)驅(qū)礦場配注污水水質(zhì)變化及其對化學(xué)驅(qū)效果的影響，以期為保證化學(xué)驅(qū)效果、降低成本提供參考。

1 配注污水礦化度對化學(xué)驅(qū)油體系性能的影響

化學(xué)驅(qū)配注污水水質(zhì)直接影響聚合物溶液粘度及表面活性劑界面活性。勝利油區(qū)實(shí)施化學(xué)驅(qū)單元的配注污水礦化度及鈣、鎂離子質(zhì)量濃度較高，并且呈現(xiàn)逐年上升的趨勢（圖1）。東三聯(lián)注水站是孤東油田實(shí)施化學(xué)驅(qū)單元配注污水的主要配注污水站，2005年東三聯(lián)注水站配注污水礦化度為7273 mg/L，鈣、鎂離子質(zhì)量濃度為173 mg/L，到2012年礦化度上升至9900 mg/L，上漲了36.1%；鈣、鎂離子質(zhì)量濃度上升至295 mg/L，上漲了70.5%。孤島油田孤一聯(lián)注水站配注污水礦化度由2005年的7917 mg/L上升至2010年的9322 mg/L，鈣、鎂離子質(zhì)量濃度由140 mg/L上升至193 mg/L。

圖1 勝利油區(qū)配注污水礦化度及鈣、鎂離子質(zhì)量濃度變化

1.1 礦化度對驅(qū)油體系的影響

1.1.1 對聚合物溶液粘度的影響

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著配注污水礦化度的增大，聚合物溶液粘度下降；礦化度低于10000 mg/L時，隨著礦化度的增大，聚合物溶液粘度快速下降，粘度保留率僅為61.8%；礦化度高于10000 mg/L之后，聚合物溶液粘度下降趨勢減緩，當(dāng)?shù)V化度達(dá)到40000 mg/L時，聚合物溶液粘度保留率僅為41.5%。這是由于溶液中的鹽中和了部分水解聚丙烯酰胺基團(tuán)上的電性，隨著電性中和程度的增加，基團(tuán)間的斥力減弱，分子恢復(fù)卷曲構(gòu)象，與溶液接觸面積小，故分子間內(nèi)摩擦力下降，導(dǎo)致溶液粘度下降。

1.1.2 對表面活性劑油水界面張力的影響

目前表面活性劑—聚合物驅(qū)被認(rèn)為是可以較大幅度提高采收率、適用范圍廣、最具發(fā)展前景的技術(shù)，在勝利油區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。表面活性劑具有降低油水界面張力、提高毛管數(shù)的特性。目前應(yīng)用最多的驅(qū)油用表面活性劑主要是陰離子表面活性劑（石油磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽等）和非離子表面活性劑。對于復(fù)合驅(qū)，超低油水界面張力是一項(xiàng)重要的指標(biāo)[9-11]，而表面活性劑達(dá)到超低油水界面張力都有最佳含鹽量（礦化度）范圍，所以適宜的含鹽量對表面活性劑降低油水界面張力是有利的。

從礦化度對磺酸鹽表面活性劑油水界面張力的影響（圖2）可以看出：礦化度為5000～30000 mg/L時，表面活性劑具有較好的界面活性；而當(dāng)配注污水礦化度低于5000 mg/L或高于30000 mg/L時，表面活性劑的界面活性都將降低。目前孤東油田、孤島油田、勝坨油田配注污水的礦化度對于表面活性劑降低界面張力都是有利的。

圖2 礦化度對磺酸鹽表面活性劑油水界面張力的影響

1.2 鈣、鎂離子對驅(qū)油體系的影響

1.2.1 對聚合物溶液粘度的影響

勝利油區(qū)配注污水中的鈣、鎂離子質(zhì)量濃度較高，且呈逐年上升的趨勢，油田應(yīng)用的聚合物是部分水解聚丙烯酰胺，其中的酰胺基團(tuán)在高溫下水解成羧基，鈣、鎂離子與之相互作用會導(dǎo)致聚合物溶液粘度迅速下降[8]。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，鈣、鎂離子對聚合物溶液降粘作用遠(yuǎn)大于一價陽離子（Na+），鈣離子質(zhì)量濃度為300 mg/L就會導(dǎo)致聚合物溶液的粘度下降50%。而勝坨油田配注污水中鈣、鎂離子質(zhì)量濃度較高，導(dǎo)致目前的化學(xué)驅(qū)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化推廣應(yīng)用。

1.2.2 對表面活性劑油水界面張力的影響

勝利油區(qū)目前應(yīng)用最廣泛的表面活性劑為石油磺酸鹽，它是一種陰離子表面活性劑，容易與配注污水中的鈣、鎂離子生成沉淀。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明：隨著鈣離子質(zhì)量濃度的增大，石油磺酸鹽與原油間的界面張力呈上升趨勢，鈣離子質(zhì)量濃度達(dá)到400 mg/L界面張力就上升一個數(shù)量級，而且溶液中觀察到白色絮狀沉淀；表明石油磺酸鹽與鈣離子形成石油磺酸鈣沉淀，因電性作用產(chǎn)生聚集形成大顆粒沉淀，從而影響石油磺酸鹽的界面活性[12]。勝坨油田勝二區(qū)二元復(fù)合驅(qū)采用了清水配制母液清水稀釋的注入方式，以減少配注污水中鈣、鎂離子的影響。

2 配注污水水質(zhì)變化對化學(xué)驅(qū)體系性能的影響

2.1 配注污水水質(zhì)變化

勝利油區(qū)化學(xué)驅(qū)配注污水中通常含有較高的Fe2+、溶解氧、S2-及懸浮物等，化學(xué)需氧量（COD）高。由2008—2013年勝利油區(qū)配注污水中Fe2+、S2-變化（圖3）可知，不同油田配注污水中Fe2+和S2-質(zhì)量濃度差別較大。

圖3 勝利油區(qū)配注污水中Fe2+和S2-質(zhì)量濃度變化

勝坨油田配注污水中Fe2+質(zhì)量濃度最高，為2.4～6.6 mg/L；其次是孤島油田3號注聚站配注污水，F(xiàn)e2+質(zhì)量濃度為0～4.08 mg/L；孤東油田東三聯(lián)注水站配注污水中Fe2+質(zhì)量濃度為0.15～2.2 mg/L；埕東油田注聚站Fe2+質(zhì)量濃度較小，但其S2-質(zhì)量濃度高，為1.5～5.5 mg/L，其他3個油田的配注污水中均含有不同量的S2-，但質(zhì)量濃度相對較低。從COD值（圖4）看，孤島油田3號注聚站COD值最高，已超過1000 mg/L，孤東油田東三聯(lián)注水站和勝坨油田COD值超過了500 mg/L，埕東油田注聚站COD值較低。而勝利油區(qū)注聚區(qū)污水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中要求Fe2+，S2-和溶解氧含量都是0，COD值小于500 mg/L[13-14]，因此以上油田大部分時間達(dá)不到注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 勝利油區(qū)配注污水中化學(xué)需氧量變化

2.2 配注污水水質(zhì)對驅(qū)油體系的影響

2.2.1 Fe2+質(zhì)量濃度對聚合物溶液粘度的影響

通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究了Fe2+質(zhì)量濃度對聚合物溶液粘度的影響。結(jié)果表明：Fe2+質(zhì)量濃度對聚合物溶液粘度的影響較大，隨著Fe2+質(zhì)量濃度的增加，聚合物溶液粘度的保留率顯著降低；當(dāng)Fe2+質(zhì)量濃度為0.5 mg/L時，粘度保留率為87%，當(dāng)質(zhì)量濃度增大至1 mg/L時，粘度保留率迅速下降，僅為55%。這是由于Fe2+能削弱聚合物分子間的排斥力，從而改變聚合物分子的排列構(gòu)型，在宏觀上表現(xiàn)為聚合物溶液粘度的下降。

2.2.2 S2-質(zhì)量濃度對聚合物溶液粘度的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)S2-質(zhì)量濃度低于0.5 mg/L時，聚合物溶液的粘度變化不明顯；但當(dāng)S2-質(zhì)量濃度繼續(xù)增大時，聚合物溶液粘度顯著降低，當(dāng)質(zhì)量濃度為2 mg/L時，聚合物溶液粘度從初始值29.0 mPa·s下降為13.7 mPa·s，粘度保留率僅為47.4%。這是由于S2-具有還原性，與氧作用使聚合物產(chǎn)生了過氧化聚合物，分解導(dǎo)致了自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，產(chǎn)生了帶有C—C的斷鏈或小分子[4]。

3 礦場配注污水水質(zhì)對化學(xué)驅(qū)井口粘度的影響

孤東油田孤東七區(qū)中Ng4—6、孤東六區(qū)西北Ng5—6和孤東六區(qū)Ng3—5這3個單元配注污水均為東三聯(lián)注水站污水，油層均為館陶組，油藏條件相似，但化學(xué)驅(qū)礦場實(shí)施時期不同，分別為2001年、2006年和2011年。從孤東油田不同化學(xué)驅(qū)單元礦場監(jiān)測井口粘度（圖5）看，化學(xué)驅(qū)投注時間越晚，井口粘度越小。

圖5 孤東油田不同化學(xué)驅(qū)單元井口粘度

聚合物驅(qū)合理粘度比為 0.06～0.6[7]。對于孤東油田化學(xué)驅(qū)單元，一般要求前置注入段塞井口粘度須達(dá)到35 mPa·s，主段塞井口粘度須達(dá)到25 mPa·s。孤東油田化學(xué)驅(qū)配注污水礦化度逐年升高，對井口粘度造成了較大影響。2001年化學(xué)驅(qū)單元井口粘度達(dá)到35 mPa·s時，聚合物溶液質(zhì)量濃度只需2000 mg/L即可，井口粘度達(dá)到25 mPa·s則聚合物溶液質(zhì)量濃度只需1800 mg/L即可；但是到了2011年，要達(dá)到相同井口粘度，聚合物溶液質(zhì)量濃度則分別上升至2400和2200 mg/L。聚合物溶液質(zhì)量濃度的增加造成了化學(xué)驅(qū)成本增加20%左右。

配注污水對化學(xué)驅(qū)油體系的影響大，影響機(jī)理也很復(fù)雜。對比礦場監(jiān)測粘度與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖6）發(fā)現(xiàn)，礦場實(shí)際井口粘度均低于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果，室內(nèi)配制質(zhì)量濃度為1600 mg/L的聚合物溶液其粘度為25 mPa·s，而礦場需要質(zhì)量濃度為2000～2200 mg/L才能達(dá)到相同粘度，在同質(zhì)量濃度下，粘度損失達(dá)50%以上，反映了礦場配注污水水質(zhì)較差，對注入聚合物溶液的粘度產(chǎn)生不利影響。

圖6 礦場監(jiān)測粘度與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比

聚合物驅(qū)提高原油采收率的主要作用體現(xiàn)在改善流度比和擴(kuò)大波及體積，因此要保證化學(xué)驅(qū)礦場實(shí)施效果，注入聚合物溶液的粘度達(dá)到方案要求是基礎(chǔ)。在配注污水水質(zhì)較差的情況下，若要確保注入聚合物溶液粘度達(dá)到方案要求，則須提高聚合物溶液質(zhì)量濃度，從而造成投資增大，經(jīng)濟(jì)效益相對減小；若不增加聚合物溶液質(zhì)量濃度，則井口粘度達(dá)不到方案設(shè)計(jì)要求，驅(qū)替液與原油的粘度比較小，流度比的改善力度較小，從而影響化學(xué)驅(qū)的最終驅(qū)油效果。

4 結(jié)束語

勝利油區(qū)化學(xué)驅(qū)注入水水質(zhì)逐年變差，礦化度和鈣、鎂離子質(zhì)量濃度升高，注入水高礦化度對聚合物溶液有降解作用，鈣離子質(zhì)量濃度為300 mg/L就會導(dǎo)致聚合物溶液粘度下降50%，鈣離子質(zhì)量濃度為400 mg/L表面活性劑界面活性降低，油水界面張力升高一個數(shù)量級。配注污水中Fe2+和S2-質(zhì)量濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)要求，水質(zhì)不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致聚合物溶液粘度降低，當(dāng)Fe2+質(zhì)量濃度增大至1 mg/L時，粘度保留率僅為55%，當(dāng)S2-質(zhì)量濃度為2 mg/L時，聚合物溶液粘度保留率僅為47.4%。

目前勝利油區(qū)化學(xué)驅(qū)單元井口粘度遠(yuǎn)低于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，造成了化學(xué)劑的浪費(fèi)，增大了投資，影響化學(xué)驅(qū)礦場增油效果。為了保證化學(xué)驅(qū)效果，必須通過改善配注污水水質(zhì)減緩聚合物溶液粘度損失、增加表面活性劑界面活性，從而減少化學(xué)驅(qū)中化學(xué)劑用量，降低投資成本，確保化學(xué)驅(qū)的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]王其偉，陳曉彥，馬寶東，等.國內(nèi)外聚合物驅(qū)水質(zhì)研究概述[J].油氣地質(zhì)與采收率，2002，9（5）：54-56.

[2]劉雨文.礦化度對疏水締合聚合物溶液粘度的影響[J].油氣地質(zhì)與采收率，2003，10（3）：62-63.

[3]袁斌，韓霞.泡沫復(fù)合驅(qū)污水配注聚合物溶液粘度損失原因及對策[J].油氣地質(zhì)與采收率，2013，20（2）：83-86.

[4]王其偉.S2-對聚合物粘度的影響[J].中國石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，35（2）：157-161.

[5]Shupe Russell.Chemical stability of polyacrylamide polymers[C].SPE 9299，2001：934-946.

[6]薛新生，周薇，向問陶，等.螯合劑GX對疏水締合聚合物溶液粘度保留率的影響[J].油氣地質(zhì)與采收率，2011，18（4）：50-53.

[7]戴濤，朱維耀，王小峰，等.炮眼剪切對注入聚合物溶液粘度影響的數(shù)學(xué)模型[J].油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（2）：29-32，36.

[8]韓玉貴.解決污水配制聚合物溶液粘度問題的方法探討[J].油氣地質(zhì)與采收率，2008，15（6）：66-70.

[9]孫煥泉.二元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

[10]Wang Hongyan，Cao Xulong，Zhang Jichao，et al.Development and application of dilute surfactant-polymer flooding system for Shengli Oilfield[J].Journal of Petroleum Science and Engineer?ing，2009，65：45-50.

[11]宋新旺.化學(xué)驅(qū)中的界面問題[M].東營：中國石油大學(xué)出版社，2009.

[12]嚴(yán)蘭.勝利石油磺酸鹽及其復(fù)配體系抗鹽性能研究[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展，2012，13（11）：17-20.

[13]唐滌，張鑒，王蘭生，等.SY/T 5523—2006油田水分析方法[S].北京：中國工業(yè)出版社，2006.

[14]林永紅，張繼超，張本艷，等.SY/T 5329—2012碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法[S].北京：中國工業(yè)出版社，2012.