油田應(yīng)用三元液膠團(tuán)產(chǎn)生因素室內(nèi)研究

朱秀娟 黨慶功 賈洪躍 張宏 王晶 姜海瑞

摘 要：三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種新的提高采收率的方法，在三元注入井停注后產(chǎn)生了膠團(tuán)，為了探索其注入膠團(tuán)產(chǎn)生的原因，分別對(duì)的溫度、溶劑、容器以及攪拌時(shí)間等因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，在10 d內(nèi)分別進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得出了膠團(tuán)產(chǎn)生的影響因素。其中，水質(zhì)是膠團(tuán)產(chǎn)生的主要原因，而容器對(duì)膠團(tuán)的量具有重要影響，溫度加快了膠團(tuán)的產(chǎn)生。

關(guān) 鍵 詞：三元液;膠團(tuán);絮狀物

中圖分類號(hào)：TE 357 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2015）06-1263-03

Laboratory Study on Factors of Producing the

Micelle in Ternary Liquid for Oilfield Production

ZHU Xiu-juan1，DANG Qing-gong1，JIA Hong-yue2，ZHANG Hong3，WANG Jing1，JIANG Hai-rui1

（1.Northeast Petroleum University， Heilongjiang Daqing 163318，China;

2. Daqing Oilfield Company No.4 Oil Production Plant， Heilongjiang Daqing 163511，China;

3. Daqing Oilfield Company No.3 Oil Production Plant， Heilongjiang Daqing 163113，China）

Abstract： ASP flooding technology is a new EOR methods developed in recent years. After stopping injecting the ternary liquid to the injection wells， micelles always appear. In order to explore the reasons to form the micelles，effect of temperature， solvent， vessel， stirring time and other factors were studied. Comparative experiments were carried out within 10 days; the factors of producing the micelles were obtained. The results show that water quality is the main reason to affect the micelles formation， and the container has a significant impact on the amount of micelles， the temperature rising can accelerate generation of the micelles.

Key words： Ternary liquid; Micelles; Floccules

三元復(fù)合驅(qū)是指在注入水中加入堿（A）、低濃度的表面活性劑（S）和聚合物（P）的復(fù)合體系驅(qū)油的一種提高原油采收率的方法，簡(jiǎn)稱ASP。 三元復(fù)合驅(qū)油井在應(yīng)用三元液一段時(shí)間后停注，井內(nèi)產(chǎn)生絮狀膠團(tuán)，使得井內(nèi)壓力升高，當(dāng)泥漿柱的靜液柱壓力超過地層破裂壓力時(shí)，會(huì)引起井漏。嚴(yán)重的井漏會(huì)導(dǎo)致井內(nèi)壓力下降，影響正常鉆井、引起井壁失穩(wěn)、誘發(fā)地層流體涌入井筒并井噴，會(huì)對(duì)生產(chǎn)安全造成重大影響。為了防止對(duì)油田生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響，必須控制井內(nèi)絮狀膠團(tuán)的產(chǎn)生。因此明確絮狀膠團(tuán)的影響因素是具有重要的現(xiàn)實(shí)意義的。本文針對(duì)該問題設(shè)計(jì)了一系列的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，對(duì)可能產(chǎn)生該現(xiàn)象的因素分別進(jìn)行對(duì)比觀察實(shí)驗(yàn)，從而找出問題的根源[1，2]。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備：高速攪拌機(jī)，布氏粘度計(jì)，恒溫箱

（2）實(shí)驗(yàn)藥品：聚丙烯酰胺（分子量2 500萬）;堿液（現(xiàn)場(chǎng)）;表活劑溶液（現(xiàn)場(chǎng)）;配液水（現(xiàn)場(chǎng)）;蒸餾水（實(shí)驗(yàn)室自制）。

（3）三元液組成：2 500 mg/L聚丙烯酰胺溶液+1%堿液+0.25%表活劑溶液。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 溶劑對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響

以蒸餾水為溶劑，在攪拌過程中，將聚丙烯酰胺顆粒緩慢加入到溶劑中，配制成2 500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，不停攪拌6 h后，加入1%堿液和0.25%表活劑溶液，繼續(xù)攪拌20 min，配制成三元液A。以配液水為溶劑，以相同的步驟模擬配制成現(xiàn)場(chǎng)的三元液B。將配制的三元液分別放入10個(gè)20 mL的量筒內(nèi)，放入恒溫箱（溫度設(shè)為45 ℃）內(nèi)，每天測(cè)試粘度。在溶液上下部粘度產(chǎn)生差異后，分別測(cè)量上部溶液和下部溶液的粘度。

由圖1可知：利用蒸餾水配制的A液粘度在第2 d時(shí)達(dá)到最大值，之后粘度基本保持不變。而用配液水配制的B液，粘度先持續(xù)增大，然后急劇減小至接近于0。B液上部溶液在第3 d時(shí)粘度達(dá)到最大值，在第4 d時(shí)，溶液粘度上下產(chǎn)生差異。

圖1 蒸餾水和配液水配制溶液

在靜態(tài)條件下粘度隨時(shí)間變化示意圖

Fig.1 Change of the viscosity with time under static condition for ternary liquid prepared with distilled water and liquid water

B液下部溶液粘度先急劇增大，在第5 d時(shí)達(dá)到最大，之后其粘度急劇減小，在第8 d時(shí)與上部溶液粘度相等。主要是因?yàn)殡S著時(shí)間的變化，B液體系中先形成膠團(tuán)，膠團(tuán)粘度增加，溶液變稀，因此上部粘度降低而下部溶液粘度急劇增加。隨后膠團(tuán)逐漸脫水，膠團(tuán)和溶液的粘度差變小，到絮狀物完全形成后，體系分層，之后B液上下部粘度相同。由此可以得出，溶劑是影響膠團(tuán)產(chǎn)生的主要因素。

2.2 溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響

以配液水作為溶劑配制溶液，在攪拌過程中，將聚丙烯酰胺顆粒緩慢加入到溶劑中，配制成2 500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，不停攪拌6 h后，加入1%堿液和0.25%表活劑溶液，繼續(xù)攪拌20 min，配制成三元液。將配制的三元液放入10個(gè)20 mL的量筒內(nèi)，分別放在室溫環(huán)境下和恒溫箱（溫度設(shè)為45 ℃）內(nèi)，每天測(cè)試粘度。在溶液上下部粘度產(chǎn)生差異后，分別測(cè)量上部溶液和下部溶液的粘度（圖2）。

圖2 配液水配制三元液在不同溫度下粘度隨時(shí)間變化示意圖

Fig.2 Change of the viscosity with time under different temperature for ternary liquid prepared with liquid water

由圖2可知：利用配液水配制的溶液，在室溫環(huán)境下上部溶液粘度持續(xù)升高，第4 d后開始降低，在第4 d開始產(chǎn)生膠團(tuán)，下部溶液粘度開始高于上部溶液，在第9 d時(shí)沉淀完全，上下部溶液粘度相等至接近于0;而在45 ℃條件下，溶液粘度相較于室溫條件粘度顯著較低，粘度變化規(guī)律與室溫環(huán)境下相似，在第4 d開始產(chǎn)生膠團(tuán)，但在第8 d時(shí)沉淀完全。主要是因?yàn)闇囟仍礁?，粘度越低，且反?yīng)速度快，生成沉淀的時(shí)間短。由此可知，溫度主要影響體系的粘度和絮狀物的形成時(shí)間。

2.3 容器對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響

以配液水作為溶劑配制溶液，在攪拌過程中，將聚丙烯酰胺顆粒緩慢加入到溶劑中，配制成2 500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，不停攪拌6 h后，加入1%堿液和0.25%表活劑溶液，繼續(xù)攪拌20 min，配制成三元液。將配制的三元液分別放入10個(gè)20 mL的量筒內(nèi)和120 mL的鐵容器內(nèi)，放在室溫環(huán)境下，每天測(cè)試粘度。在溶液上下部粘度產(chǎn)生差異后，分別測(cè)量上部溶液和下部溶液的粘度。

由圖3可知：鐵容器內(nèi)的上部溶液粘度在前3天持續(xù)升高，第3 d后急劇降低，至接近于0。在第4 d時(shí)溶液開始出現(xiàn)膠團(tuán)，下部溶液粘度開始高于上部溶液，第9 d時(shí)沉淀完全，上下部溶液粘度相等;玻璃容器內(nèi)的溶液粘度與變化規(guī)律與鐵容器內(nèi)相似，但粘度與鐵容器內(nèi)溶液相比顯著較高。

圖3 玻璃容器和鐵容器內(nèi)配液水配制溶液粘度變化示意圖

Fig.3 Change of the viscosity with time for ternary liquid prepared with liquid water in glass container and iron vessel

但測(cè)量膠團(tuán)含量時(shí)，120 mL鐵容器內(nèi)膠團(tuán)量為10，20 mL玻璃容器內(nèi)膠團(tuán)含量為1 mL。主要是因?yàn)殍F容器中的陽(yáng)離子（Fe2+或Fe3+）會(huì)影響聚合物分子鏈的雙電層厚度，而雙電層厚度的改變會(huì)影響聚合物分子的帶電程度和卷曲程度[3，4]，使聚合物粘度下降，整個(gè)體系粘度有所降低，而且鐵容器中的Fe3+等無機(jī)離子會(huì)影響膠團(tuán)的生產(chǎn)量。由此可知，容器主要影響溶液的粘度和膠團(tuán)的生產(chǎn)量。

2.4 攪拌時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響

以配液水作為溶劑配制溶液，在攪拌過程中，將聚丙烯酰胺顆粒緩慢加入到溶劑中，配制成2 500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，分別攪拌3 h和6 h后，加入1%堿液和0.25%表活劑溶液，繼續(xù)攪拌20 min，配制成三元液。將配制的三元液分別放入10個(gè)20 mL的量筒內(nèi)，放入恒溫箱（溫度設(shè)為45 ℃），每天測(cè)試粘度。在溶液上下部粘度產(chǎn)生差異后，分別測(cè)量上部溶液和下部溶液的粘度。

圖4 攪拌3 h和6 h溶液粘度變化示意圖

Fig.4 Change of the viscosity with time for ternary liquid after stirring for 3 h and 6 h

由圖4可知：攪拌3 h情況下，溶液粘度較攪拌6 h相比粘度顯著要大得多。在攪拌3 h情況下，上部溶液粘度在第2 d時(shí)達(dá)到最大值，第4 d開始出現(xiàn)膠團(tuán)，下部溶液粘度大于上部溶液粘度，第 d沉淀完全，上、下部溶液粘度相等;而在攪拌6 h情況下，上部溶液粘度在第7 d時(shí)達(dá)到最大值，第8 d開始出現(xiàn)膠團(tuán)，下部溶液粘度大于上部溶液粘度，第13 d沉淀完全，上、下部溶液粘度相等。

經(jīng)測(cè)量，攪拌時(shí)間短，絮狀物的生成量稍多，主要是因?yàn)橥ㄟ^攪拌，使得聚合物分子的共價(jià)鍵得到不同程度的拉伸[5]，不易產(chǎn)生沉淀。

3 結(jié) 論

（1）水質(zhì)影響。水質(zhì)主要影響體系的粘度和膠團(tuán)及絮狀物的生成。污水中的礦物是形成膠團(tuán)的主要因素。

（2）溫度影響。溫度主要影響體系的粘度和絮狀物的形成時(shí)間。溫度越高，生成沉淀的速度越快。

（3）容器影響。容器主要影響體系的粘度和絮狀物的生成量，是絮狀物生成量的主要影響因素。

（4）攪拌時(shí)間影響。攪拌時(shí)間主要影響體系的粘度、膠團(tuán)的形成以及絮狀物的生成時(shí)間和生成量。攪拌時(shí)間越長(zhǎng)，生成沉淀越慢，且沉淀越少。

參考文獻(xiàn)：

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