油田污水對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能影響試驗(yàn)研究

魏亞軍，蔣 偉，黃 晨，李 玥，李文娟，連宇博

（西安長慶化工集團(tuán)有限公司，陜西西安 710018）

弱凝膠調(diào)剖調(diào)驅(qū)是國內(nèi)油田三次采油的主要措施之一，HPAM-有機(jī)鉻凝膠交聯(lián)體系由于其適應(yīng)溫度范圍廣和穩(wěn)定性好，在國內(nèi)各大油田凝膠調(diào)剖調(diào)驅(qū)中得到廣泛推廣應(yīng)用。但采用油田回注污水配制時(shí)，由于油田回注污水礦化度較高，尤其是Ca2+、Mg2+等金屬離子的存在，不但影響HPAM 溶液的黏度，還影響HPAM-有機(jī)鉻交聯(lián)劑交聯(lián)后凝膠的黏度和穩(wěn)定性。HPAM-有機(jī)鉻凝膠的性能直接關(guān)系到弱凝膠在調(diào)剖過程的調(diào)驅(qū)效果，因此系統(tǒng)研究油田污水中無機(jī)金屬離子、溶解氧、細(xì)菌和固體懸浮物等對HPAM-有機(jī)鉻弱凝膠性能的影響有重要的意義。

1 試劑、儀器及試驗(yàn)方法

1.1 試劑與儀器

藥品：氯化鈉、六水合氯化鎂、氯化鈣，均為分析純；HPAM，相對分子質(zhì)量1 900 萬，山東寶莫化工公司；有機(jī)鉻交聯(lián)劑，自制。

儀器：DHG9123AS 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，嘉興市中新醫(yī)療儀器有限公司；HJ-6A 型多頭磁力攪拌器，常州國華電器有限公司；DV3T 型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，美國brookfield 公司；2XZ-2 型真空泵，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；第二代ATP 測菌儀，上海賽福化工發(fā)展有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 無機(jī)金屬離子對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能的影響試驗(yàn) 室內(nèi)分別配制不同濃度K+、Na+、Ca2+、Mg2+的模擬污水，將HPAM 用上述模擬污水配制成2 g/L 的溶液，加入質(zhì)量濃度2 %的自制有機(jī)鉻交聯(lián)劑，用磁力攪拌器攪拌均勻，然后將上述溶液放置在60 ℃恒溫干燥箱中反應(yīng)一定時(shí)間，并在60 ℃和6 s-1條件下使用DV3T 型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測定其黏度。

1.2.2 礦化度對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能的影響試驗(yàn)室內(nèi)配制不同礦化度的模擬污水，將HPAM 用上述模擬污水配制成2 g/L 的溶液，加入質(zhì)量濃度2 %的自制有機(jī)鉻交聯(lián)劑，用磁力攪拌器攪拌均勻，然后將上述溶液放置在60 ℃恒溫干燥箱中反應(yīng)一定時(shí)間，并在60 ℃和6 s-1條件下使用DV3T 型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測定其黏度。

1.2.3 溶解氧對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能的影響試驗(yàn)將HPAM 用現(xiàn)場所取污水配制成2 g/L 的溶液，加入質(zhì)量濃度2 %的自制有機(jī)鉻交聯(lián)劑，用磁力攪拌器攪拌均勻，分別通N20 min、2 min、4 min、6 min、8 min、10 min、15 min 和20 min，然后將上述溶液放置在60 ℃恒溫干燥箱中反應(yīng)一定時(shí)間，并在60 ℃和6 s-1條件下使用DV3T 型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測定其黏度。

1.2.4 細(xì)菌、固體懸浮物對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能的影響試驗(yàn) 取現(xiàn)場回注污水，分別進(jìn)行過濾、滅菌等處理后待用，將HPAM 用上述待用污水配制成2 g/L 的溶液，加入質(zhì)量濃度2 %的自制有機(jī)鉻交聯(lián)劑，用磁力攪拌器攪拌均勻，然后將上述溶液放置在60 ℃恒溫干燥箱中反應(yīng)一定時(shí)間，并在60 ℃和6 s-1條件下使用DV3T 型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測定其黏度。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 回注污水水質(zhì)分析

參照《SY/T 5523-2006 油田水分析方法》[1]對長慶油田不同站點(diǎn)污水進(jìn)行水質(zhì)分析，分析結(jié)果（見表1）。

從表1 可以看出，現(xiàn)場回注污水中金屬離子含量較高，尤其是Na+、K+，為7 000 mg/L～16 000 mg/L；Ca2+和Mg2+也相對較高；不同站點(diǎn)所取污水中細(xì)菌總含量和固體懸浮物含量變化幅度較大。

2.2 無機(jī)金屬離子對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能的影響

2.2.1 K+和Na+對凝膠性能的影響 用DV3T 型黏度計(jì)測定Na+和K+質(zhì)量濃度為12 000 mg/L、10 000 mg/L、8 000 mg/L、6 000 mg/L、4 000 mg/L 和0 mg/L 配制的HPAM-有機(jī)鉻凝膠黏度（見圖1、圖2）。

從圖1 和圖2 可以看出，隨著Na+、K+含量的增加，HPAM-有機(jī)鉻體系成膠黏度增長速度加快，并且體系最高黏度也隨之增大，HPAM 與有機(jī)鉻交聯(lián)劑反應(yīng)所生成凝膠達(dá)到黏度最大值所需的時(shí)間縮短。當(dāng)模擬污水中Na+和K+質(zhì)量濃度分別高于10 000 mg/L 時(shí)，HPAM 與有機(jī)鉻凝膠黏度隨著時(shí)間的增加先升高再緩慢降低，凝膠穩(wěn)定性變差。

表1 回注污水水質(zhì)分析結(jié)果

圖1 Na+對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能的影響

圖2 K+對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能的影響

圖3 Ca2+對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能的影響

圖4 Mg2+對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能的影響

2.2.2 Ca2+和Mg2+對凝膠性能的影響 用DV3T 型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測得Ca2+和Mg2+質(zhì)量濃度分別為2 000 mg/L、1 600 mg/L、1 200 mg/L、800 mg/L、400 mg/L 和0 mg/L配制的HPAM-有機(jī)鉻凝膠黏度（見圖3、圖4）。

從圖3 和圖4 可以看出，隨著Ca2+、Mg2+含量的增加，HPAM-有機(jī)鉻體系成膠黏度增長速度加快，并且體系最高黏度也隨之增大，HPAM 與有機(jī)鉻交聯(lián)劑反應(yīng)所生成凝膠達(dá)到黏度最大值的時(shí)間縮短。當(dāng)模擬污水中Ca2+、Mg2+質(zhì)量濃度分別高于2 000 mg/L 和1 600 mg/L時(shí)，HPAM 與有機(jī)鉻凝膠黏度隨著時(shí)間的增加先升高再緩慢降低，凝膠穩(wěn)定性變差。

2.2.3 金屬離子對凝膠性能影響的對比 采用Na+、K+質(zhì)量濃度分別為10 000 mg/L 和Ca2+、Mg2+質(zhì)量濃度分別為2 000 mg/L 的模擬污水配制HPAM-有機(jī)鉻凝膠體系，考察凝膠黏度隨時(shí)間的變化關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果（見圖5、圖6）。

從圖5、圖6 可以看出，同價(jià)離子相比較，Na+對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能的影響大于K+，Mg2+對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能的影響大于Ca2+；不同價(jià)離子相比較，二價(jià)金屬離子對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能的影響大于一價(jià)金屬離子。以Ca2+和Mg2+為例，質(zhì)量濃度相同時(shí)，由于鎂離子的相對分子質(zhì)量小，溶液中鎂離子數(shù)量較鈣離子數(shù)量多，陽離子總電荷數(shù)多，對聚丙烯酰胺分子鏈上-COO-的影響更大，離子化后極性更強(qiáng)，對雙電層的壓縮也強(qiáng)[2]。因此當(dāng)陽離子價(jià)位相同時(shí)，凝膠成膠黏度對半徑小的陽離子濃度變化更敏感。

2.3 礦化度對HPAM-有機(jī)鉻凝膠黏度的影響

圖5 Na+和K+對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能影響的對比

圖6 Ca2+和Mg2+對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能影響的對比

用DV3T 型黏度計(jì)測定礦化度分別為50 000 mg/L、40 000 mg/L、30 000 mg/L、20 000 mg/L、10 000 mg/L和0 mg/L 配制的HPAM-有機(jī)鉻凝膠黏度（見圖7）。

從圖7 可以看出，隨著礦化度的增加，HPAM-有機(jī)鉻體系成膠黏度增長速度加快，并且體系最高黏度也隨之越大，HPAM 與有機(jī)鉻交聯(lián)劑反應(yīng)所生成凝膠達(dá)到黏度最大值的時(shí)間縮短。當(dāng)?shù)V化度高于30 000 mg/L時(shí)，HPAM 與有機(jī)鉻凝膠黏度隨著時(shí)間的延長先升高再緩慢降低，凝膠穩(wěn)定性變差。

2.4 溶解氧對HPAM-有機(jī)鉻凝膠黏度的影響

用DV3T 型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測得通N20 min、2 min、4 min、6 min、8 min、10 min、15 min 和20 min 后配制的HPAM-有機(jī)鉻凝膠黏度（見圖8）。

圖7 礦化度對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能的影響

從圖8 可以看出，隨著所用污水通N2時(shí)間的增加，反應(yīng)時(shí)間為8 d 的HPAM-有機(jī)鉻凝膠黏度逐漸增加，通N2時(shí)間大于8 min 后黏度基本不再變化。說明配制HPAM-有機(jī)鉻交聯(lián)劑體系所用污水中的溶解氧可以加速HPAM-有機(jī)鉻凝膠的降解。

2.5 細(xì)菌、懸浮物對HPAM-有機(jī)鉻凝膠黏度的影響

由于在清水中加入固體懸浮物和細(xì)菌進(jìn)行定量試驗(yàn)比較復(fù)雜，因此采用污水微孔濾膜抽濾和殺菌的方法進(jìn)行比較，對經(jīng)高溫高壓滅菌、濾膜過濾的現(xiàn)場回注污水與未經(jīng)滅菌過濾的污水配制的凝膠進(jìn)行對比，所用回注污水礦化度為25 521.95 mg/L，固體懸浮物含量225.5 mg/L，細(xì)菌總含量為5.0×105個(gè)/毫升，試驗(yàn)結(jié)果（見圖9）。

從圖9 可以看出，油田回注污水經(jīng)過濾和滅菌處理后，配制的凝膠交聯(lián)后黏度均有一定的提高，說明污水中的固體懸浮物、細(xì)菌都會(huì)導(dǎo)致HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能變差，因此采用油田回注污水配制凝膠要加強(qiáng)水質(zhì)處理工作，以降低污水中固體懸浮物和細(xì)菌對凝膠的影響。

圖8 溶解氧對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能的影響

圖9 細(xì)菌、懸浮物對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能的影響

3 結(jié)論

（1）現(xiàn)場回注污水中礦化離子含量較高，尤其是Na+、K+，為7 000 mg/L～16 000 mg/L；Ca2+和Mg2+也相對較高。

（2）高價(jià)陽離子對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能的影響大于低價(jià)陽離子的影響，對于相同電荷的陽離子，離子半徑越小，對凝膠性能的影響越大，常見陽離子對HPAM-有機(jī)鉻凝膠的影響順序?yàn)椋篗g2+>Ca2+>Na+>K+。

（3）油田回注污水中的溶解氧、固體懸浮物以及細(xì)菌都會(huì)對HPAM-有機(jī)鉻凝膠性能產(chǎn)生不利影響，因此采用油田回注污水配制可動(dòng)凝膠要加強(qiáng)水質(zhì)處理工作，以降低污水中固體懸浮物和細(xì)菌對凝膠的影響。