三元复合驱油井酸化解堵后采出液乳化机制及防治机理研究

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近年来,随着油田开采进入中后期,油藏经过长期的注水开发,产量逐渐下降。为了保证原油产量,老区油田逐渐采用了以聚合物、碱、表面活性剂体系为主的三元复合驱油体系,该驱油体系虽然具有较好的驱油效果,但会对地层造成污染,导致采出液乳化和地层堵塞等现象发生。通过对油井进行酸化可以解决地层堵塞问题,但酸化也会使采出液中的油水乳化问题加剧,乳状液的稳定性增强,导致采出液无法实现高效的分离。本文以大庆油田实际采出液为例,从三元复合驱酸化后采出液化学组成,采出液电分离特征,采出液乳化主控因素、采出液中纳米硫化亚铁颗粒的形成机理、破乳剂对固相颗粒乳状液的破乳机理和采出液处理方法等六个方面,对酸化后采出液的成分、乳化机理、破乳机理,固体颗粒物的形成及其在乳化过程中的作用展开全面的研究。首先对三元复合驱油井酸化后采出液进行全面、系统的测量及分析,为后续研究采出液乳化主控因素和强乳化机理奠定数据及理论基础。使用ICP/XRF/邻二氮菲分光光度法等方法测量无机离子成分,柱层析法测量原油组分,气相色谱仪测量原油当中不同碳链长度的烃类的组分含量,激光粒度仪测量了采出液中固体颗粒的粒度分布,重烷基苯磺酸盐(HABS)和聚丙烯酰胺(HPAM)的含量,Zeta电位,以及密度、p H值、电导率、油相黏度等基本物性。通过研究采出液的电分离特征,确定无机盐中的氯化钠、固体颗粒中的硫化亚铁是导致电脱水器垮电场的主要因素,且二者具有协同导电能力。在不同浓度原油乳状液中分别加入不同浓度的五种无机盐、三种固体颗粒进行电脱水时,只有氯化钠和硫化亚铁会出现垮电场现象。并且在对氯化钠和硫化亚铁进行复配时,两者产生垮电场现象的临界值均低于自身的临界值。通过研究无机盐、固体颗粒对乳状液稳定性影响,以及不同组分的协同作用,发现导致三元复合驱酸化后采出液乳化现象严重的机理是盐、固体颗粒以及聚合物协同作用的结果。无机盐稳定界面的能力最强,固体颗粒在油水界面聚结形成稠密的包裹层,会进一步增强表面活性剂对油相和水相的控制能力,纳米硫化亚铁与表面活性剂协同作用使油水之间的界面膜强度进一步增加,配合无机盐和聚合物等,能够有效的阻止分散相液滴絮凝、聚结或合并,导致乳状液稳定性增强。进一步研究发现固体颗粒主要是以纳米硫化亚铁为主,其与表面活性剂协同作用是导致采出液乳化严重的主要因素。采出液中含有大量的硫酸盐还原菌,其会将地层水中的硫酸盐还原,并在地层内产生硫化氢气体,硫化氢气体在地层酸性条件下,与井筒内的铁发生反应生成硫化亚铁颗粒。用分子动力学模拟发现表面活性剂处于油相和水相中间,阻隔油水界面增强乳状液稳定性,硫化亚铁颗粒能够吸附水分子,减弱油水界面水分子的自由运动能力,使油水界面膜越发稳定。含有固相颗粒的乳状液破乳机理为:固体颗粒表面会吸附一定量的乳化剂,固体颗粒会与乳化剂协同作用抑制液膜位置处原油分子的自由运动能力,进而增强液膜强度。而破乳剂会将原本吸附在固体颗粒表面的乳化剂剥离,改变原有的稳定状态,同时固体颗粒表面吸附完破乳剂之后,破乳剂会增强周围原油分子的自由运动能力,进而使乳状液液膜强度降低,使乳状液更容易发生破碎和聚并。大庆油田三元复合驱油井酸化后采出液的有效分离方法为:破乳剂+离心+电脱水。完善针对含有固体颗粒的强稳定性乳状液的复合型油水分离技术,并结合该方法,确定最佳施工参数:破乳剂浓度应在0.2%-0.8%范围内选择,温度应该控制在50℃-80℃之间,p H值应为中性,离心机转速最好在2500r/min左右、最佳离心时间为4min上下。为油田三元复合驱油井酸化后采出液的高效处理提供技术支撑。
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