三元復(fù)合驅(qū)硅垢沉積影響因素研究

仝春玥 楊晶 劉鋼

摘 ?????要： 目前隨著開(kāi)采程度的提高，油田的結(jié)垢現(xiàn)象日益嚴(yán)重，導(dǎo)致采收率降低，諸多現(xiàn)狀都表明結(jié)垢會(huì)給油田帶來(lái)不利影響。在三元復(fù)合驅(qū)（ASP）過(guò)程中，堿會(huì)與地層中的硅酸鹽巖產(chǎn)生堿溶反應(yīng)，形成硅垢，堵塞地層孔隙、嚴(yán)重?fù)p害儲(chǔ)層。針對(duì)所形成硅垢設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，研究了影響結(jié)垢的因素，著重研究溫度、pH和Ca2+、Mg2+對(duì)硅垢形成的影響。研究表明：在三元復(fù)合驅(qū)體系下，pH在10到11之間硅沉積百分?jǐn)?shù)急劇下降，說(shuō)明pH對(duì)硅離子穩(wěn)定性的影響非常大，溫度對(duì)硅垢形成的影響比pH較小，鈣鎂離子的存在對(duì)硅沉積具有促進(jìn)作用。

關(guān) ?鍵 ?詞：結(jié)垢;影響;采收率;硅垢

中圖分類號(hào)：TE 357.46 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）03-0515-04

Abstract： At present， with the improvement of exploitation degree， the scaling phenomenon in oilfield is becoming more and more serious， which leads to the decrease of oil recovery. Many current situations show that scaling will bring adverse effects on oilfield development. During ASP flooding， alkali will react with silicate rock in formation to form silica scale to plug formation pore and seriously damage reservoir. In this paper， an experiment was designed to study the factors affecting the formation of silicon scale， focusing on the effect of temperature， pH and Ca2+， Mg2+ on the formation of silicon scale. The results showed that， under ASP flooding system， the percentage of silicon deposition sharply decreased when pH was in the range of 10～11， which indicated that pH had a great influence on the stability of silicon ion. The temperature had smaller effect on the formation of silicon scale than pH， and the presence of calcium and magnesium ions had promoting effect on silicon deposition.

Key words： Scaling; Effect; Recovery efficiency; Silica scale

結(jié)垢是當(dāng)今油田面臨的巨大難題，油田結(jié)垢不僅出現(xiàn)在地面集輸系統(tǒng)，也會(huì)深入地層，使油層滲透率發(fā)生改變，結(jié)垢不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，也會(huì)對(duì)油田正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響，甚至造成油田停產(chǎn)[1-4]。目前許多油田仍采用三元復(fù)合驅(qū)（ASP）來(lái)提高油田的采收率，主要因?yàn)轵?qū)油效果好，采收率高[5]。但也會(huì)有許多問(wèn)題產(chǎn)生：結(jié)垢多不僅會(huì)卡泵停產(chǎn)，還會(huì)造成檢泵周期縮短[6，7]。在采用三元復(fù)合驅(qū)（ASP）體系的實(shí)際應(yīng)用中，仍有嚴(yán)重結(jié)垢和卡泵現(xiàn)象的出現(xiàn)。那是因?yàn)樵谌獜?fù)合驅(qū)（ASP）體系下，會(huì)致使其中的堿與地層中的礦物發(fā)生反應(yīng)，地層較高的溫度加劇了對(duì)儲(chǔ)層巖礦的溶蝕作用[8]，而壓力的影響不明顯，主要產(chǎn)生硅垢與CaCO3垢[9-11]， 根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的垢質(zhì)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，頻繁卡泵井的主要垢質(zhì)中硅酸鹽垢的含量高達(dá)60%[12，13]，造成儲(chǔ)層孔隙堵塞，導(dǎo)致嚴(yán)重后果。程杰成[14]建立結(jié)垢預(yù)測(cè)模型，對(duì)不同的區(qū)塊，使用所建立模型，均可以提高結(jié)垢預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性;李萍[15]根據(jù)溶度積理論，通過(guò)對(duì)預(yù)測(cè)模型的建立，有效的減少了對(duì)儲(chǔ)層的傷害，為油田防垢，提供了研究依據(jù)。趙夢(mèng)婕[16]對(duì)油田硅垢的形成機(jī)理，硅垢的防垢措施進(jìn)行了簡(jiǎn)述， 對(duì)硅垢防垢劑以及防垢技術(shù)進(jìn)行了分析，最后指出防垢技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向。

因此對(duì)在三元復(fù)合驅(qū)（ASP）體系下產(chǎn)生的垢進(jìn)行研究是十分有必要的。本文對(duì)硅垢進(jìn)行研究，探究三元復(fù)合驅(qū)（ASP）體系下溫度、pH以及鈣、鎂離子濃度對(duì)硅沉積的影響，主要是通過(guò)硅鉬黃比色的方法來(lái)測(cè)定可溶性硅酸鹽中硅離子的濃度[17]。通過(guò)研究硅垢的影響條件，來(lái)控制硅垢的生成。抑制或減少三元復(fù)合驅(qū)（ASP）體系中硅垢形成，保護(hù)儲(chǔ)層，提高開(kāi)采率，具有十分重要意義。

1 ?實(shí)驗(yàn)部分

1.1 ?實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)所用儀器分別是：BS-124S電子天平、PHS-25型PH計(jì)、電子恒溫水浴鍋、HWCB-2磁力攪拌器、玻璃儀器氣流烘干器、101-ABS型電熱鼓風(fēng)干燥箱、722E型可見(jiàn)分光光度計(jì)以及中速定量濾紙。

1.2 ?實(shí)驗(yàn)試劑

實(shí)驗(yàn)所用試劑，見(jiàn)表1。

2 ?實(shí)驗(yàn)方法

該實(shí)驗(yàn)是通過(guò)硅鉬黃比色的方法來(lái)測(cè)定可溶性硅酸鹽中硅離子的濃度。由于在不同酸度情況下，所生成的硅鉬雜多酸的形態(tài)均不同，見(jiàn)表2。

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)pH>2時(shí)，α型為主，而當(dāng)pH<2時(shí)，β型為主。對(duì)β硅鉬酸的形成，所需要的酸度一般是在pH=0.5-2的范圍內(nèi)。而在此區(qū)間內(nèi)，單硅酸能夠與鉬酸鈉反應(yīng)生成硅鉬黃，其深淺程度與硅酸鹽的含量成正比[18-20]。

3 ?實(shí)驗(yàn)步驟

（1） 模擬的地層水含量：CO32- 2 500 mg/L、HCO3-1 000 mg/L、CL-1 500 mg/L、SO42-30 mg/L、Ca2+ 0 mg/L、Mg2+ 0 mg/L、Na+ 3 000 mg/L、pH=11。在其中加入含量為3 000 mg/L的硅酸鈉，并且用酸堿等量調(diào)和pH，使pH值在6到13之內(nèi)等梯度變化。

（2） 分別加入氯化鈣、氯化鎂，使溶液中鈣鎂離子濃度為10、20、30、40 mg/L，以此來(lái)考察溫度，pH以及各種離子對(duì)硅結(jié)垢的影響。將溶液放在恒溫水浴鍋內(nèi)，設(shè)置不同的溫度梯度，20、40、60、80 ℃，待其反應(yīng)。

（3） 一段時(shí)間后，取出部分反應(yīng)液，取過(guò)濾后溶液，用硅鉬黃比色法測(cè)定硅離子的含量。

4 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 ?溫度、pH對(duì)硅垢的影響

在硅離子在3 000 mg/L， pH值在6到13之間，不同溫度梯度的條件下，硅沉積的百分含量與溫度和pH的關(guān)系見(jiàn)表3。

根據(jù)所記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別繪制在溫度為20、40、60、80 ℃等梯度變化時(shí)且pH在6～14之間等梯度變化時(shí)，硅沉積的百分含量變化曲線，見(jiàn)圖1。

通過(guò)表3和圖1可知，在pH一定時(shí)，隨著溫度的增大，硅沉積的百分含量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，隨著溫度的升高，溶液中硅離子的濃度增加。該現(xiàn)象可以說(shuō)明溫度的升高對(duì)硅結(jié)垢起到了不利的影響。在相同溫度曲線下，隨著pH的增大硅沉積的百分含量有所下降，且在pH=10到11之間呈現(xiàn)急劇下降的趨勢(shì)，在pH值從6～13等梯度變化過(guò)程中，可溶性硅含量增加1 400 ppm。綜上所述，pH對(duì)硅離子穩(wěn)定性的影響非常大，在三元復(fù)合驅(qū)含高硅采出液體系pH在小于11時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量硅垢[21]。

4.2 ?鈣鎂離子對(duì)硅垢的影響

在設(shè)定pH=9，以鈣鎂離子存在的初始硅離子濃度為3000mg/L的硅酸鈉溶液為反應(yīng)體系，設(shè)置不同的溫度梯度，以及不同的鈣鎂離子濃度，研究對(duì)硅沉積的影響。

4.2.1 ?鈣離子對(duì)硅垢的影響

記錄不同溫度和不同鈣離子濃度下，硅沉積質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，見(jiàn)表4。

根據(jù)所記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別繪制在溫度為20、40、60、80 ℃時(shí)，隨鈣離子變化硅沉積的變化曲線，見(jiàn)圖2。

4.2.2 ?鎂離子對(duì)硅垢的影響

記錄不同溫度和不同鎂離子濃度下，硅沉積質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，見(jiàn)表5。

根據(jù)所記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別繪制在溫度為20、40、60、80 ℃時(shí)，鎂離子對(duì)硅沉積的變化曲線，見(jiàn)圖3。

4.2.3 ?實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

硅酸鈉溶液中，鈣鎂離子濃度為0時(shí)，體系均一。加入鈣鎂離子以后，溶液中有白色沉淀生成。由圖2和圖3可知，當(dāng)鈣鎂濃度不斷增加時(shí)，硅沉積百分?jǐn)?shù)也隨之增加。鈣鎂離子的加入促進(jìn)了硅沉積的反應(yīng)進(jìn)程，同時(shí)鈣鎂離子的含量出現(xiàn)降低趨勢(shì)，鈣鎂硅出現(xiàn)了共同沉積的現(xiàn)象。由此可以得到，在三元復(fù)合驅(qū)體系下鈣鎂離子的存在對(duì)硅沉積具有促進(jìn)作用[22]。

5 ?結(jié) 論

（1）pH在10到11之間硅沉積百分?jǐn)?shù)急劇下降，同時(shí)在 pH 值從6～13等梯度變化過(guò)程中，可溶性硅含量增加1 400 ppm。因此，pH值對(duì)硅沉積的影響非常大，在三元復(fù)合驅(qū)體系下，pH在小于11時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量硅垢。

（2）當(dāng)模擬的地層水pH值一定時(shí)， 溫度從20 ℃到80 ℃等梯度變化過(guò)程中，隨溫度的升高，可溶性硅的含量略有增加500 ppm，硅沉積減少。硅沉積的百分含量隨著溫度的增大而下降，表明溫度的升高對(duì)硅垢的形成有著不利影響。

（3）當(dāng)鈣鎂濃度增加時(shí)，硅沉積百分?jǐn)?shù)也隨之增加，濃度從0 mg/L到40 mg/L梯度變化過(guò)程中，隨濃度的升高，硅沉積質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有減少。說(shuō)明在三元復(fù)合驅(qū)體系下鈣鎂離子的存在對(duì)硅沉積具有促進(jìn)作用。

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