二元驅(qū)采出污水組分對(duì)水性質(zhì)的影響

鄧永剛，屈撐囤

（1.西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西西安 710065；2.陜西延長石油油田化學(xué)科技有限責(zé)任公司，陜西延安 717400）

隨著油田開發(fā)工作的不斷深入，三次采油技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，特別是表面活性劑驅(qū)油技術(shù)[1]。該技術(shù)為了改善驅(qū)油效果，向水中添加了如聚合物、表面活性劑或兩者的復(fù)配物，導(dǎo)致采出液成分更加復(fù)雜、穩(wěn)定性顯著提高、油水分離難度加大[2]。該組成的污水若不經(jīng)處理直接注入地下，其中的懸浮固體顆粒和油珠將堵塞油層毛細(xì)通道，降低油層滲透率使注水處的吸水能力下降，最終導(dǎo)致采油率的降低。本文將針對(duì)實(shí)施化學(xué)驅(qū)油的采油污水處理中的問題，探討影響處理效果的影響因素。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 模擬二元復(fù)合驅(qū)采出水制備

礦化水的配制：根據(jù)南陽油田水質(zhì)特性，模擬二元復(fù)合驅(qū)采出水的組成，配制的模擬污水離子組成（見表1）。

表1 模擬二元復(fù)合驅(qū)采出水配方

1.2 二元復(fù)合驅(qū)含油污水的配制

配制200 g 水樣，使其中表面活性劑和聚合物含量均為1 000 mg/L，將水樣和200 g 原油倒入500 mL廣口瓶中，將廣口瓶放入45 ℃水浴鍋中恒溫2 h，在20 000 r/min 的高速攪拌器中攪拌20 min，制得含油量為50 %的油珠母液。向250 mL 的廣口瓶中加入表面活性劑含量不同的礦質(zhì)水，再加入一定量制備好的50 %油珠母液，振搖2 min，從而制得含表面活性劑的二元復(fù)合驅(qū)含油污水。

1.3 界面張力的測(cè)定

界面張力的測(cè)定參考文獻(xiàn)[3-5]所述。

2 結(jié)果與討論

2.1 靜置時(shí)間對(duì)含油污水特性的影響

將按照上述配制方法得到的模擬污水加入不同濃度的聚合物及表面活性劑，攪拌后靜置，研究聚合物及表面活性劑濃度不同時(shí)對(duì)其穩(wěn)定性的影響。含油量隨沉降時(shí)間的變化規(guī)律（見表2）。

從表2 中看出，隨著沉降時(shí)間的增加，污水的含油量顯著減小，但沉降時(shí)間到達(dá)11 h 后，污水含油量減少的速率開始減慢；當(dāng)驅(qū)油劑含量為零時(shí)，沉降4 h 后含油量即從2 000 mg/L 降至390.88 mg/L，沉降效果顯著，但此后含油量減少的速率相對(duì)緩慢。到11 h 后含油量減小的速率更加緩慢，到24 h 后，含油量降低至37.32 mg/L。而當(dāng)驅(qū)油劑存在時(shí)，沉降4 h 后，含油量依然很高，達(dá)1 102.80 mg/L、1 178.20 mg/L 和1 476.68 mg/L隨著沉降時(shí)間的增加，含油量降低的速率較慢，且驅(qū)油劑的濃度越高，含油量降低的速率也越慢。到24 h后，含油量降至400 mg/L 左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于不加驅(qū)油劑時(shí)的情況。這說明驅(qū)油劑的加入增加了含油污水油水分離的難度，且驅(qū)油劑濃度越高，沉降分離的效果越差。

表2 模擬二元復(fù)合驅(qū)采出水含油量隨沉降時(shí)間的變化

在二元驅(qū)采油過程中，為了提高驅(qū)油效率，向注入水中加入了大量驅(qū)油劑（表面活性劑和聚合物等），因此造成油田采出液中含有大量殘留的驅(qū)油劑，這些組分和采出水的其他物質(zhì)（原油、固體顆粒和微生物等）共同組成了一個(gè)乳化體系，該體系對(duì)采出水的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響，本章具體研究了驅(qū)油劑中的表面活性劑對(duì)采出水的流變性及界面性質(zhì)的影響。

2.2 含油量對(duì)模擬采出水粘度的影響

配制模擬采出水，在45 ℃下測(cè)定其粘度，研究含油量對(duì)采出水體相粘度的影響（見圖1）。

圖1 含油量對(duì)模擬采出水粘度的影響

由圖1 可以看出，當(dāng)含油量低于2 000 mg/L 時(shí)，體系粘度值在1.11 mPa·s 左右，基本保持不變；而當(dāng)含油量高于2 000 mg/L 時(shí)，體系粘度值在1.11 mPa·s基礎(chǔ)上略有增加。這說明，當(dāng)含油量低于2 000 mg/L時(shí)，含油量對(duì)污水粘度的影響很小，可以忽略不計(jì)。

2.3 表面活性劑濃度對(duì)油水界面張力的影響

溫度為30 ℃時(shí)，表面活性劑濃度對(duì)模擬油油水界面張力影響的測(cè)定結(jié)果（見圖2）。由圖2 可以看出，隨著表面活性劑濃度從0 mg/L 逐漸增至500 mg/L 時(shí)，油水界面張力由4.86 mN/m 降至0.7 mN/m，這說明表面活性劑可以有效降低油水界面的界面張力，這可能是由于當(dāng)表面活性劑吸附到油滴表面后，替代了原有界面膜中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等界面活性物質(zhì)，致使界面膜結(jié)構(gòu)發(fā)生“重排”，降低了界面膜的強(qiáng)度，使界面張力大幅降低。

圖2 表面活性劑濃度對(duì)油水界面張力的影響

2.4 表面活性劑濃度對(duì)油滴表面Zeta 電位的影響

溫度為30 ℃、油水比為1:50 的條件下，表面活性劑濃度對(duì)模擬油中表面Zeta 電位影響的測(cè)定結(jié)果（見圖3）。

圖3 表面活性劑濃度對(duì)油滴表面Zeta 電位的影響

由圖3 可以看出，表面活性劑體系Zeta 電位的絕對(duì)值隨表面活性劑濃度的增加而增大，且當(dāng)表面活性劑濃度從0 mg/L 逐漸升高到500 mg/L 時(shí)，油滴表面Zeta 電位的絕對(duì)值由22.80 mV 增至69.9 mV。這說明表面活性劑能夠使油滴表面Zeta 電位的絕對(duì)值明顯增加。這是由于陰離子型表面活性劑能夠溶解在水中并帶大量的負(fù)電荷，由于其界面活性較高，可以大量吸附在油水界面，從而使油水乳狀液油滴表面的電荷數(shù)量增多，油滴表面的Zeta 電位的絕對(duì)值增加，油珠間的靜電排斥增加，從而使乳狀液更加穩(wěn)定性。

2.5 表面活性劑濃度對(duì)油水界面剪切黏度的影響

溫度為30 ℃、轉(zhuǎn)速為0.3 r/s 時(shí)，表面活性劑濃度對(duì)模擬油油水界面的剪切粘度影響的測(cè)定結(jié)果（見圖4）。

圖4 表面活性劑濃度對(duì)油水界面剪切黏度的影響

由圖4 可以看出，油水界面剪切粘度值隨表面活性劑濃度的增加基本保持不變，其值為0.015 mNs/m左右，說明表面活性劑對(duì)油水界面剪切粘度幾乎無影響。這是由于表面活性劑能夠吸附在油水界面上，但不能形成一定強(qiáng)度的界面膜，因此此時(shí)的界面剪切黏度值很小，且隨表面活性劑濃度增加變化也很小。

3 結(jié)論

（1）表面活性劑的加入增加了含油污水油水分離的難度，且濃度越高，沉降分離的效果越差。

（2）同時(shí)表面活性劑能使油水界面的界面張力降低，使油滴表面Zeta 電位絕對(duì)值增加，但對(duì)油水界面剪切粘度幾乎無影響。

（3）聚合物/表面活性劑二元復(fù)合體系中，聚合物、表面活性劑及水中懸浮物形成了具有類似“晶體”結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。

［1］ 樊平天，許金良，陳剛，等. 延長油田低效油藏高效開發(fā)技術(shù)的思考［J］.石油化工應(yīng)用，2012，31（6）：76-80.

［2］ 陳剛，唐德堯，宋瑩盼，趙景瑞.一種表面活性劑驅(qū)油劑的性能評(píng)價(jià)與應(yīng)用［C］.中國石油學(xué)會(huì)第八屆青年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2013.

［3］ 中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY-T5370-1999.表面及界面張力測(cè)定方法［S］.1999.

［4］ 張潔，楊長春，湯穎，趙景瑞.影響旋轉(zhuǎn)滴界面張力測(cè)定因素研究［J］.石油化工應(yīng)用，2012，31（5）：79-82.

［5］ 張潔，楊長春，湯穎，趙景瑞.表活劑類型對(duì)旋轉(zhuǎn)滴界面張力測(cè)定的影響研究［J］.石油化工應(yīng)用，2012，31（6）：58-60.