二元驅采出污水組分對水性質的影響

鄧永剛，屈撐囤

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

隨著油田開發(fā)工作的不斷深入，三次采油技術得到了越來越廣泛的應用，特別是表面活性劑驅油技術[1]。該技術為了改善驅油效果，向水中添加了如聚合物、表面活性劑或兩者的復配物，導致采出液成分更加復雜、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通道，降低油層滲透率使注水處的吸水能力下降，最終導致采油率的降低。本文將針對實施化學驅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 實驗部分

1.1 模擬二元復合驅采出水制備

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

表1 模擬二元復合驅采出水配方

1.2 二元復合驅含油污水的配制

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合驅含油污水。

1.3 界面張力的測定

界面張力的測定參考文獻[3-5]所述。

2 結果與討論

2.1 靜置時間對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對其穩(wěn)定性的影響。含油量隨沉降時間的變化規(guī)律（見表2）。

從表2 中看出，隨著沉降時間的增加，污水的含油量顯著減小，但沉降時間到達11 h 后，污水含油量減少的速率開始減慢；當驅油劑含量為零時，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。而當驅油劑存在時，沉降4 h 后，含油量依然很高，達1 102.80 mg/L、1 178.20 mg/L 和1 476.68 mg/L隨著沉降時間的增加，含油量降低的速率較慢，且驅油劑的濃度越高，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，遠遠高于不加驅油劑時的情況。這說明驅油劑的加入增加了含油污水油水分離的難度，且驅油劑濃度越高，沉降分離的效果越差。

表2 模擬二元復合驅采出水含油量隨沉降時間的變化

在二元驅采油過程中，為了提高驅油效率，向注入水中加入了大量驅油劑（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油劑，這些組分和采出水的其他物質（原油、固體顆粒和微生物等）共同組成了一個乳化體系，該體系對采出水的穩(wěn)定性產生很大的影響，本章具體研究了驅油劑中的表面活性劑對采出水的流變性及界面性質的影響。

2.2 含油量對模擬采出水粘度的影響

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

圖1 含油量對模擬采出水粘度的影響

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

2.3 表面活性劑濃度對油水界面張力的影響

溫度為30 ℃時，表面活性劑濃度對模擬油油水界面張力影響的測定結果（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，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、瀝青質等界面活性物質，致使界面膜結構發(fā)生“重排”，降低了界面膜的強度，使界面張力大幅降低。

圖2 表面活性劑濃度對油水界面張力的影響

2.4 表面活性劑濃度對油滴表面Zeta 電位的影響

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

圖3 表面活性劑濃度對油滴表面Zeta 電位的影響

由圖3 可以看出，表面活性劑體系Zeta 電位的絕對值隨表面活性劑濃度的增加而增大，且當表面活性劑濃度從0 mg/L 逐漸升高到500 mg/L 時，油滴表面Zeta 電位的絕對值由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量增多，油滴表面的Zeta 電位的絕對值增加，油珠間的靜電排斥增加，從而使乳狀液更加穩(wěn)定性。

2.5 表面活性劑濃度對油水界面剪切黏度的影響

溫度為30 ℃、轉速為0.3 r/s 時，表面活性劑濃度對模擬油油水界面的剪切粘度影響的測定結果（見圖4）。

圖4 表面活性劑濃度對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，但不能形成一定強度的界面膜，因此此時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 電位絕對值增加，但對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”結構的熱力學不穩(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)技術的思考［J］.石油化工應用，2012，31（6）：76-80.

［2］ 陳剛，唐德堯，宋瑩盼，趙景瑞.一種表面活性劑驅油劑的性能評價與應用［C］.中國石油學會第八屆青年學術年會論文集，2013.

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

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

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