三元复合驱油体系中混合垢CaCO3-SiO2的结构形态及微观结垢机理研究

In addition the scaling problems in Daqing oil-field, there are different chemical composites, characteristics and macro morphology of scale samples, which are caused by the application of strong alkali ASP flooding technology. Depending on the theory of instant minus interfacial tension and duplex film, experimental researches on simulating W/O and O/W system is established to investigate the intensity of interface membrane, salt effect and the solubility product of characteristic ions, and explore the variation tendency of the proportion of chemical components and morphology changing with time. On the basis of the crystallography theory, in situ Synchrotron XRD and Raman spectrum were taken to study lattice distortion, such as bond length, bond angle and cell parameters during the scaling procedures. And then the micro-scaling mechanism can be definite. At the same time, the affection is study on the variation law of ions, surfactants, polymers, pH, temperature and pressure at different scaling stages, and reveal the relationships among the state , macro morphology and crystal structure of combined scaling sample, which can help to search better methods to restrict scale, offer theoretical guidances for treating measures and technical supports for improving the efficiency of oil productivity.

通过研究大庆油田采油现场强碱三元复合驱采出液的W/O、O/W体系，采用瞬时负界面张力理论和双重膜理论，揭示乳液中油水界膜的强度与结垢反应物、盐效应的关系；建立特征离子在各个结垢阶段的溶度积，探索混合垢的各组分化学比例、结构形态随时间的变化规律；以晶体学理论为基础，采用同步辐射X射线衍射，拉曼光谱等分析手段，研究CaCO3-SiO2体系晶体结构的晶格扭曲，晶格单元的改变，特征元素在晶格中位置的迁移变化（键长、键角），确定CaCO3-SiO2体系混合垢微观结垢机理。同时，分析特征离子浓度、表面活性剂浓度、聚合物浓度、pH值、温度和压力对结垢过程的影响，揭示混合垢的组合状态和宏观形态与晶体结构之间的关系，从根源找到防止三元复合驱结垢的方法，为有效采取治理措施提供理论上的指导，对提高油田生产效率提供技术支持。

三元复合驱（ASP）是20世纪80年代发展起来的一项三次采油新技术，但结垢问题严重地影响了采油过程生产效率，造成巨大的经济损失。利用现代化学技术解决油田开发遇到的技术难题已成为一项重要研究内容。. 采用液相色谱，元素分析等方法表征得知大庆三元复合驱结垢各阶段采出液微观环境：pH（8-13）、压力0.1-2MPa，温度约为45℃，Ca2+为0-120mg/L，CO32-为0-4000mg/L，Si4+为40-3000mg/L，聚合物为0-1200mg/L，表面活性剂浓度0-120mg/L。频繁卡泵为结垢中期，采出液pH为9-11，Ca2+浓度开始下降至≤50mg/L，500mg/L<CO32-≤3000mg/L，40mg/L <Si4+-≤150mg/L，500mg/L<聚合物浓度≤1200mg/L，20mg/L<表面活性剂浓度≤120mg/L，碳酸钙和硅垢质量百分比约为1:1。扫描电镜、同步辐射X射线等表征混合垢多为CaCO3@SiO2包裹状态。模拟结垢过程可知，碳酸钙首先形成无定形碳酸钙，溶解再结晶形成球霞石，再转化成方解石（片层状、棒状、花生状、链状和星状方解石、球形球霞石）。pH、温度和压力能改变碳酸钙的聚集状态和晶体结构。O/W原油乳液体系中，随着原油体积的增加，碳酸钙的晶体结构稳定在球霞石结构而不向方解石结构转化。表面活性剂和聚合物中电负性基团与碳酸根离子争夺钙离子，阻碍了钙离子与碳酸根离子的聚集，分子间作用力、疏水作用和静电作用使之无法形成立方状形貌，而是沿着表面活性剂的疏水基团或者聚合物的烷基链生长，C-O，Ca-O键长变长，但键角不变，造成碳酸钙晶格畸变，进而形成片层状、棒状、花生状、星状方解石或球形球霞石。当不同晶型和形貌的碳酸钙遇到二氧化硅，二氧化硅会在碳酸钙表面吸附，形成保护膜并不断沉积，将碳酸钙包裹形成核壳结构混合垢。当二氧化硅在硬质方解石表面沉积并聚集，形成坚硬核壳结构，更易造成卡泵现象。. 通过研究CaCO3-SiO2的混合垢的微观结晶机理和影响因素，了解垢样的特性，可以从根源找到防止三元复合驱驱油过程中产生结垢的方法，为有效采取治理措施提供理论上的指导，对提高油田生产效率提供技术支持。