曝氧油田污水再利用配置驅油劑溶液性質研究

李亞（大慶油田有限責任公司勘探開發研究院）

曝氧油田污水再利用配置驅油劑溶液性質研究

李亞（大慶油田有限責任公司勘探開發研究院）

大慶油田利用污水配制化學驅油劑己成為油田污水利用的一種選擇。油田污水含有硫酸鹽還原菌（SRB）、腐生菌（TGB）、鐵菌（IB）等，很大程度降低了化學驅油劑的性能。針對現場需求，應用室內曝、厭氧實驗方法，研究了氧對化學驅油劑黏度和界面張力的影響；同時，對殺菌劑在曝氧和厭氧條件下的殺菌效果進行了評價。研究結果表明，曝氧污水配制的聚合物溶液和三元復合體系的黏度要高于厭氧條件下的黏度值，其配制的三元復合體系的界面張力要比厭氧條件下的界面張力值低，殺菌劑可以一定程度改善驅油性質。利用曝氧采出污水配置化學驅油劑是節能減排的有效方法。

厭氧 曝氧 聚合物驅 三元復合驅 硫酸鹽還原菌

聚合物驅和三元復合驅油技術已在大慶推廣應用，伴隨而來的油田采出污水無害化處理壓力巨大[1-3]。利用污水配制聚合物溶液和三元復合體系等化學驅油劑回注地層，既節約了淡水資源，又解決了污水排放對環境的污染問題，為油田優質持續開采奠定了基礎。污水中含有大量硫酸鹽還原菌（SRB）、腐生菌（TGB）、鐵菌（IB）[4-5]等，氧對所含厭氧細菌具有殺菌作用，但同時對聚合物分子鏈又具有降解作用。對曝、厭氧條件下氧和殺菌劑對聚合物溶液和三元復合溶液的驅油效果的影響做了室內實驗對比，這為有效利用采出污水、確保體系驅油性能提供了理論根據。

1 實驗條件

1.1 實驗材料

聚合物為大慶煉化公司中分子聚丙烯酰胺干粉(簡稱中分)，相對分子質量1200×104～1600×104，固含量91.32%；大慶煉化公司超高分子聚丙烯酰胺干粉(簡稱超高)，相對分子質量2500×104，固含量90%。表面活性劑由大慶實業公司生產，活性物質有效含量50%。油為大慶采油二廠蒸餾脫水原油。污水取自大慶采油二廠“南二2丙464井”井口采出液。堿、固體顆粒的有效含量達96%。殺菌劑為甲醛，有效濃度38%。

1.2 實驗儀器

實驗儀器包括BACTRON ANAEROBIC CHAMB ER BACTRON 1.5型厭氧室、TC-201型布氏黏度儀、HJ-6型多頭磁力攪拌器、HW-ⅢA型恒溫箱、XZD-3型全量程界面張力/接觸角測量儀、電子天平等。

1.3 實驗步驟

1.3.1 聚合物溶液性質實驗

1）聚合物溶液穩定性對比：厭氧條件下取井口采出液，過濾處理，分別在厭氧和曝氧環境下配置濃度為1000 mg/L的中分和超高聚合物溶液200 mL，置于45℃恒溫箱內保存，厭氧聚合物溶液厭氧密閉保存。在配樣后的第1、2、5、10、15、25、40 d和60 d對曝、厭氧聚合物溶液黏度進行測量，觀察比較黏度的變化規律。

2）確定氧對殺菌劑作用效果：在上步基礎上配樣的同時加入殺菌劑甲醛，其濃度為2000 mg/L，對其黏度進行對比分析。

3）確定曝氧殺菌與殺菌劑殺菌的對比效果：分別取曝氧中分、超高聚合物溶液及含殺菌劑的曝、厭氧中分、超高聚合物溶液，對其黏度進行對比分析。

1.3.2 曝、厭氧條件下三元復合體系性質實驗

1）三元復合體系穩定性對比：厭氧條件下污水在厭氧室內進行過濾處理。分別在厭氧和曝氧環境下配置三元復合體系200 mL，其聚合物濃度為1200 mg/L，堿濃度為12000 mg/L，表面活性劑濃度為3000m g/L，置于45℃恒溫箱內保存，厭氧三元復合體系厭氧密閉保存。分別在配樣后的第1、2、5、10、15、25、40 d和60 d對其黏度進行測量，觀察比較黏度變化規律。

2）進行不同組合的三元復合體系與原油界面張力的性質實驗：分別在曝、厭氧條件下取二廠采出液，蒸餾脫水處理，在曝、厭氧三元復合體系基礎上進行配置。在配樣后第1、3、5、7 d和15 d，對曝氧三元復合體系和曝氧油、曝氧三元復合體系和厭氧油、厭氧三元復合體系和曝氧油，以及厭氧三元復合體系和厭氧油的界面張力進行測量，觀察比較界面張力的大小和變化規律。

2 實驗結果分析

2.1 聚合物溶液

2.1.1 聚合物溶液穩定性

根據1.3.1的實驗步驟，測量得到中分、超高聚合物溶液的黏度實驗結果（表1）。

表1 聚合物溶液黏度

由表1可知，曝、厭氧條件下聚合物溶液黏度隨時間的延長而降低，達到25 d后趨于穩定。在各測試點曝氧聚合物溶液黏度高于厭氧聚合物溶液黏度。

2.1.2 加入殺菌劑的影響

根據1.3.1的實驗步驟，得到加入殺菌劑后中分、超高聚合物溶液黏度的實驗結果（表2）。

表2 加入殺菌劑的聚合物溶液黏度

由表2可知，曝、厭氧條件下聚合物溶液黏度變化趨勢相同，隨時間延長而降低，但厭氧聚合物溶液黏度有先升高再降低趨勢。加殺菌劑對聚合物溶液黏度有影響，曝氧聚合物溶液的殺菌效果較好，保留黏度高。

2.1.3 曝氧殺菌和殺菌劑殺菌的效果

根據1.3.1的實驗步驟，得到中分、超高聚合物溶液曝氧殺菌和曝、厭氧條件下殺菌劑殺菌后的黏度實驗數據（表3）。

表3 聚合物溶液殺菌后的黏度對比

由表3可知，殺菌后聚合物溶液黏度變化趨勢總體相同：隨時間的延長而黏度降低。不含殺菌劑僅靠曝氧殺菌的聚合物溶液在前15 d黏度下降很快，較加殺菌劑溶液損失多70%以上。不同殺菌方法對聚合物溶液性能有很大影響，殺菌劑殺菌效果明顯，保留黏度高；曝氧殺菌效果有限，保留黏度低。

2.2 三元復合體系

2.2.1 三元復合溶液穩定性

根據1.3.2的實驗步驟，得到三元復合體系黏度實驗數據（表4）。

表4 三元復合體系黏度的測試數據

由表4可知，曝、厭氧條件對三元復合體系黏度存在影響，在各測試點曝氧三元復合體系黏度高于厭氧三元復合體系黏度；在曝、厭氧條件下，三元復合體系的黏度變化趨勢相同，即在實驗的前15 d黏度隨時間先增大再減小；5 d至40 d黏度下降很快，達到40 d后下降速度逐漸減緩并趨于穩定。

2.2.2 不同三元復合體系與不同原油間界面張力

根據1.3.2的實驗步驟，得到不同三元復合體系與不同原油間界面張力的實驗數據（表5），并根據表5繪制出界面張力與時間的關系曲線（圖1）。

表5 三元復合體系與原油間界面張力的測試數據匯總

由圖1、表5可知：

1）在曝、厭氧條件下，三元復合體系與原油間的界面張力隨著時間增大，并逐步趨于穩定。

2）曝、厭氧條件對原油性質存在影響，三元復合體系與曝氧油的界面張力高于三元復合體系與厭氧油的界面張力；曝、厭氧條件對三元復合體系性質存在影響，曝氧三元復合體系與原油的界面張力高于厭氧三元復合體系與原油的界面張力。

3）曝、厭氧條件對三元復合體系的影響較大。曝氧和厭氧三元復合體系與同種原油間的界面張力差別較大；曝氧和厭氧原油與同種三元復合體系間的界面張力差別較小。三元復合體系與原油不同組合間界面張力存在差異，其關系為：曝氧三元＋曝氧油＜曝氧三元＋厭氧油＜厭氧三元＋曝氧油＜厭氧三元＋厭氧油。

3 實驗機理分析

3.1 曝氧條件下的聚合物溶液穩定性優于厭氧條件下的聚合物溶液；曝氧條件下的三元復合體系穩定性優于厭氧條件下的三元復合體系

氧對聚合物溶液存在降解作用，但氧對油田污水中的厭氧微生物有很強的殺菌作用，這些細菌在一定程度上降低了驅油劑的穩定性。在厭氧的條件下硫酸鹽還原菌得以生長，使聚合物分子鏈分解，溶液的黏度降低；而在有氧的條件下，氧抑制硫酸鹽還原菌的生長，進而減緩聚合物的分解，保持了聚合物溶液的黏度。

3.2 加入殺菌劑的聚合物溶液穩定性強于曝氧聚合物溶液

由于污水中細菌的存在對聚合物溶液產生很大的降解作用，聚合物溶液的黏度降低。在加入殺菌劑后，可以完全或大部分殺死溶液中的細菌并有效地抑制溶液中細菌的繁殖，從而減緩了細菌對聚合物溶液的降解，保留較高的溶液黏度。

3.3 曝氧條件下的三元復合體系與原油間的界面張力小于厭氧條件下的三元復合體系與原油間的界面張力

原油的族組成與復合體系形成界面張力有關。原油中存在的活性組分大部分存在于膠質、瀝青質中，復合體系中的表面活性劑與膠質、瀝青質中的活性組分產生作用，形成了新的活性物質。硫酸鹽還原菌能夠改變原油膠質、瀝青質的化合物性質和結構，主要引起膠質、瀝青質內含氧基團和甲基、亞甲基的出現或含量增加，造成膠質和瀝青質的變性，進而影響低界面張力的形成。這是造成厭氧油組合界面張力高于曝氧油組合的一個原因[6-7]。

細菌對體系界面張力的影響是通過消耗污水中的其他成分（有機組分或礦物質），從而在一定的條件下、一定的時間后改變污水成分，進而對界面張力產生影響。污水中相對含量較高的混合芳烴、脂肪酸、脂肪烴、酚、醇等高碳數脂肪烴的加入可降低體系界面張力；低碳數脂肪烴則使界面張力上升；混合脂肪烴隨濃度的升高界面張力略有波動；所以，水質中復合有機物碳數的高低對三元復合體系界面張力的影響是十分關鍵的。大量細菌能夠降解污水中的高碳數脂肪烴，使之成為低碳數脂肪烴，進而造成界面張力升高，這是造成厭氧三元油組合界面張力高于曝氧三元油組合的重要原因。

4 結論

1）污水中的氧可以抑制厭氧細菌對聚合物降解和破壞聚合物分子鏈的雙重作用。

2）曝氧條件下聚合物溶液黏度高于厭氧聚合物溶液黏度。曝氧三元復合體系黏度高于厭氧三元復合體系黏度。殺菌劑的加入能很好地保持聚合物溶液、三元復合體系溶液的黏度，減緩黏度損失。

3）曝、厭氧條件對三元復合體系和原油性質都存在影響，但對三元復合體系的影響較大。曝氧和厭氧三元復合體系與同種原油間的界面張力差別較大，曝氧和厭氧原油與同種三元復合體系間的界面張力差別較小。

4）在曝、厭氧條件下，三元復合體系與原油間的界面張力隨著時間增大，并逐步趨于穩定。三元復合體系與原油不同組合間的界面張力存在差異，其關系為：曝氧三元＋曝氧油＜曝氧三元＋厭氧油＜厭氧三元＋曝氧油＜厭氧三元＋厭氧油。

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[5]譚中良.聚合物驅在河南油田高溫油藏中的應用[J].油氣采收率技術,1999,22(2):20-24.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2011.06.004

李亞，2005年畢業于大慶石油學院，助理工程師，從事三次采油工作，E-mail：liya123@petrochina.com.cn，地址：大慶油田勘探開發研究院采收率一室，163712。

2011-03-25)