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强碱三元复合驱成垢及化学控制技术研究

高清河  
【摘要】:大庆油田经过多年室内研究及矿场试验,证明强碱三元复合驱在大庆一、二类油层增油控水效果明显,与水驱相比可提高采收率20%以上。但在生产过程中暴露出举升工艺结垢严重的问题,造成机采井卡泵,检泵周期缩短(最短13d),是三元复合驱油大面积推广的瓶颈问题之一。因此,研究强碱三元复合驱成垢及化学控制技术具有重要的意义。 本文对强碱三元复合驱成垢机理、成垢规律、矿场成垢特征以及化学控制技术进行了系统研究。 1、开展了溶蚀-沉积模拟实验研究,完善了三元复合驱成垢机理。 碱对储层矿物的溶蚀对象主要是胶结物和粘土矿物,产物主要是硅酸根,溶蚀的速度、程度与其化学组成和空间结构有关。三元复合驱结垢是同一时间多种化学物理规律共同作用的结果,包含有碳酸盐(离子成垢)成垢、无定形二氧化硅(胶体成垢)成垢、硅酸盐化学沉积和多种微粒的共沉积作用(分子成垢)成垢。 2、对三元复合驱体系中影响硅离子稳定的条件、控制成垢主要因素进行了试验研究,首次研究硅酸盐结垢过程pH值变化特征、结垢离子在成垢过程的竞争反应,解释了成垢的基本规律。 (1)温度、pH值、钙、镁、铝、钡对硅离子的沉积有促进作用,其中pH值影响最大。聚丙烯酰胺和表活剂对硅离子的稳定有一定的平衡作用,能够降低硅成垢风险。 (2)随pH值升高,含钙、镁、钡高的采出液成垢速度加快,垢量增加。在体系中的钙离子未达到沉积平衡时,镁离子不发生沉积反应。 (3)对硅酸盐成垢,pH值降低是成垢的关键性因素。pH越高,越不易形成硅酸盐垢。在碳酸根和硅酸根含量较高的体系中,引起钙、镁、钡成垢的主要因素是碳酸根。 3、利用红外光谱、光电子能谱、XRD、扫描电镜和电感耦合等离子发射光谱,对三元复合驱矿场垢化学组成、存在形式、沉积特征进行了表征,对三个区块油井结垢特征进行了分析研究。 (1)机采井采出液pH值、离子组成、聚合物、表活剂、粘度随着注采时间的延长具有一定的变化特征,引起变化的主要原因是注入流体与储层岩石、流体发生了物理作用及化学反应。 (2)根据油田垢的红外光谱图,能够判断出垢样中是否存在碳酸钙、碳酸钡、二氧化硅、硅酸钙、硅酸镁、硫酸钡、硫酸钙、氧化亚铁、四氧化三铁、氢氧化铁,及其相对含量大小比较。 (3)处在同一垢样沉积过程中,碳酸盐垢先沉积,碳酸盐的沉积为硅酸盐提供了附着点和晶核,碳酸盐垢的粗糙表面增加了流体与管壁的摩擦,造成硅酸盐的沉积。碳酸盐沉积属于晶体生长式沉积,形成的垢质致密,未经摩擦成垢的氧化硅沉积属于胶体脱水成垢,颗粒间孔隙可见,垢质较疏松。 4、合成了适合三元复合驱油井防垢的聚环氧琥珀酸钠和MA-AA-SA复合防垢剂,防垢效果85%以上。 (1)环氧琥珀酸优化合成条件:温度70℃,时间1.5h,催化剂用量3.5%,氢氧化钠与马来酸酐摩尔比2:1,过氧化氢与马来酸酐质量比1.4:1,收率88%。 (2)聚环氧琥珀酸盐优化聚合条件:聚合温度90℃,聚合时间3h,碱用量12.24%,引发剂用量2.86%。 (3)MA-AA-SA共聚物优化合成条件:25g马来酸酐,15g丙烯磺酸钠,10g次亚磷酸钠和定量的蒸馏水,升温加热,待固体溶解后时,加入0.2g催化剂,然后向其中滴加50mL30%的过氧化氢和40mL丙烯酸,滴加时间为1.5h,95~100℃反应2小时。 (4)复合药剂用量在100mg/L时,温度低于55℃、钙离子含量小于80mg/L、硅离子含量小于900mg/L,防垢率85%以上。提高药剂用量,能够提高防垢效果。通过模拟评价建立了加药浓度个性化设计经验公式,有效合理利用了防垢剂,在矿场试验中取得了预期效果。在矿场应用中取得了良好的防垢效果,免修期可达300天以上。 本文研究成果有助于深入认识强碱三元复合驱结垢问题,可为结垢预测提供理论基础,为合理进行矿场垢预防和控制提供技术基础,为领导决策提供理论依据。


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