油田应用三元液胶团产生因素室内研究

朱秀娟 党庆功 贾洪跃 张宏 王晶 姜海瑞

摘 要：三元复合驱油技术是近几年发展起来的一种新的提高采收率的方法，在三元注入井停注后产生了胶团，为了探索其注入胶团产生的原因，分别对的温度、溶剂、容器以及搅拌时间等因素进行实验研究，在10 d内分别进行对比实验，得出了胶团产生的影响因素。其中，水质是胶团产生的主要原因，而容器对胶团的量具有重要影响，温度加快了胶团的产生。

关 键 词：三元液;胶团;絮状物

中图分类号：TE 357 文献标识码： A 文章编号： 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

三元复合驱是指在注入水中加入碱（A）、低浓度的表面活性剂（S）和聚合物（P）的复合体系驱油的一种提高原油采收率的方法，简称ASP。 三元复合驱油井在应用三元液一段时间后停注，井内产生絮状胶团，使得井内压力升高，当泥浆柱的静液柱压力超过地层破裂压力时，会引起井漏。严重的井漏会导致井内压力下降，影响正常钻井、引起井壁失稳、诱发地层流体涌入井筒并井喷，会对生产安全造成重大影响。为了防止对油田生产造成严重的影响，必须控制井内絮状胶团的产生。因此明确絮状胶团的影响因素是具有重要的现实意义的。本文针对该问题设计了一系列的室内实验，对可能产生该现象的因素分别进行对比观察实验，从而找出问题的根源[1，2]。

1 实验设备及材料

（1）实验设备：高速搅拌机，布氏粘度计，恒温箱

（2）实验药品：聚丙烯酰胺（分子量2 500万）;碱液（现场）;表活剂溶液（现场）;配液水（现场）;蒸馏水（实验室自制）。

（3）三元液组成：2 500 mg/L聚丙烯酰胺溶液+1%碱液+0.25%表活剂溶液。

2 实验结果及分析

2.1 溶剂对实验的影响

以蒸馏水为溶剂，在搅拌過程中，将聚丙烯酰胺颗粒缓慢加入到溶剂中，配制成2 500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，不停搅拌6 h后，加入1%碱液和0.25%表活剂溶液，继续搅拌20 min，配制成三元液A。以配液水为溶剂，以相同的步骤模拟配制成现场的三元液B。将配制的三元液分别放入10个20 mL的量筒内，放入恒温箱（温度设为45 ℃）内，每天测试粘度。在溶液上下部粘度产生差异后，分别测量上部溶液和下部溶液的粘度。

由图1可知：利用蒸馏水配制的A液粘度在第2 d时达到最大值，之后粘度基本保持不变。而用配液水配制的B液，粘度先持续增大，然后急剧减小至接近于0。B液上部溶液在第3 d时粘度达到最大值，在第4 d时，溶液粘度上下产生差异。

图1 蒸馏水和配液水配制溶液

在静态条件下粘度随时间变化示意图

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剧增大，在第5 d时达到最大，之后其粘度急剧减小，在第8 d时与上部溶液粘度相等。主要是因为随着时间的变化，B液体系中先形成胶团，胶团粘度增加，溶液变稀，因此上部粘度降低而下部溶液粘度急剧增加。随后胶团逐渐脱水，胶团和溶液的粘度差变小，到絮状物完全形成后，体系分层，之后B液上下部粘度相同。由此可以得出，溶剂是影响胶团产生的主要因素。

2.2 温度对实验的影响

以配液水作为溶剂配制溶液，在搅拌过程中，将聚丙烯酰胺颗粒缓慢加入到溶剂中，配制成2 500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，不停搅拌6 h后，加入1%碱液和0.25%表活剂溶液，继续搅拌20 min，配制成三元液。将配制的三元液放入10个20 mL的量筒内，分别放在室温环境下和恒温箱（温度设为45 ℃）内，每天测试粘度。在溶液上下部粘度产生差异后，分别测量上部溶液和下部溶液的粘度（图2）。

图2 配液水配制三元液在不同温度下粘度随时间变化示意图

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

由图2可知：利用配液水配制的溶液，在室温环境下上部溶液粘度持续升高，第4 d后开始降低，在第4 d开始产生胶团，下部溶液粘度开始高于上部溶液，在第9 d时沉淀完全，上下部溶液粘度相等至接近于0;而在45 ℃条件下，溶液粘度相较于室温条件粘度显著较低，粘度变化规律与室温环境下相似，在第4 d开始产生胶团，但在第8 d时沉淀完全。主要是因为温度越高，粘度越低，且反应速度快，生成沉淀的时间短。由此可知，温度主要影响体系的粘度和絮状物的形成时间。

2.3 容器对实验的影响

以配液水作为溶剂配制溶液，在搅拌过程中，将聚丙烯酰胺颗粒缓慢加入到溶剂中，配制成2 500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，不停搅拌6 h后，加入1%碱液和0.25%表活剂溶液，继续搅拌20 min，配制成三元液。将配制的三元液分别放入10个20 mL的量筒内和120 mL的铁容器内，放在室温环境下，每天测试粘度。在溶液上下部粘度产生差异后，分别测量上部溶液和下部溶液的粘度。

由图3可知：铁容器内的上部溶液粘度在前3天持续升高，第3 d后急剧降低，至接近于0。在第4 d时溶液开始出现胶团，下部溶液粘度开始高于上部溶液，第9 d时沉淀完全，上下部溶液粘度相等;玻璃容器内的溶液粘度与变化规律与铁容器内相似，但粘度与铁容器内溶液相比显著较高。

图3 玻璃容器和铁容器内配液水配制溶液粘度变化示意图

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

但测量胶团含量时，120 mL铁容器内胶团量为10，20 mL玻璃容器内胶团含量为1 mL。主要是因为铁容器中的阳离子（Fe2+或Fe3+）会影响聚合物分子链的双电层厚度，而双电层厚度的改变会影响聚合物分子的带电程度和卷曲程度[3，4]，使聚合物粘度下降，整个体系粘度有所降低，而且铁容器中的Fe3+等无机离子会影响胶团的生产量。由此可知，容器主要影响溶液的粘度和胶团的生产量。

2.4 搅拌时间对实验的影响

以配液水作为溶剂配制溶液，在搅拌过程中，将聚丙烯酰胺颗粒缓慢加入到溶剂中，配制成2 500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，分别搅拌3 h和6 h后，加入1%碱液和0.25%表活剂溶液，继续搅拌20 min，配制成三元液。将配制的三元液分别放入10个20 mL的量筒内，放入恒温箱（温度设为45 ℃），每天测试粘度。在溶液上下部粘度产生差异后，分别测量上部溶液和下部溶液的粘度。

图4 搅拌3 h和6 h溶液粘度变化示意图

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

由图4可知：搅拌3 h情况下，溶液粘度较搅拌6 h相比粘度显著要大得多。在搅拌3 h情况下，上部溶液粘度在第2 d时达到最大值，第4 d开始出现胶团，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;而在搅拌6 h情况下，上部溶液粘度在第7 d时达到最大值，第8 d开始出现胶团，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。

经测量，搅拌时间短，絮状物的生成量稍多，主要是因為通过搅拌，使得聚合物分子的共价键得到不同程度的拉伸[5]，不易产生沉淀。

3 结 论

（1）水质影响。水质主要影响体系的粘度和胶团及絮状物的生成。污水中的矿物是形成胶团的主要因素。

（2）温度影响。温度主要影响体系的粘度和絮状物的形成时间。温度越高，生成沉淀的速度越快。

（3）容器影响。容器主要影响体系的粘度和絮状物的生成量，是絮状物生成量的主要影响因素。

（4）搅拌时间影响。搅拌时间主要影响体系的粘度、胶团的形成以及絮状物的生成时间和生成量。搅拌时间越长，生成沉淀越慢，且沉淀越少。

参考文献：

[1]眭纯华，厉华，毕新忠.世界三次采油现状及发展趋势[J].国外油田工程，2010，26（12）：13-16.

[2]李峰，莫苇.营养复合物理化学技术解除聚合物驱注采井的污染堵塞[J].江汉石油学院学报，2004，26（5）：85-86.

[3]程杰成，廖广志，杨振宇，等.大庆油田三元复合驱矿场试验综述[J].大庆石油地质与开发，2001，20（2）：46-47.

[4]巩同宇，刘军，江汇.等.交联聚合物调驱技术研究及矿场应用[J].精细石油化工进展.2011，12（11）：1-4.

[5]张光焰， 王志勇， 刘延涛， 等. 国内注聚井堵塞及化学解堵技术研究进展[J].油田化学， 2006， 23（4）：386-388.