污水礦化度對石油磺酸鹽弱堿三元體系性能影響研究

霍迎冬

（大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江 大慶 163000）

三元體系的界面張力、粘度都是影響三元復合驅的驅油效率的根本因素，1973 年Foster 等人研究了毛細管數(μν/σ)與采收率的關系后指出,毛細管數達到10-2時剩余油飽和度接近于零，為了使毛細管數達到此值,界面張力必須下降到10-3mN/m，三元復合體系與原油間的界面張力達到10-3mN/m 數量級是三元復合驅能夠大幅度提高采收率的必要條件；三元體系的粘度越高,則擴大波及體積的能力越強,可以更好地降低剩余油飽和度，提高波及效率以及原油采收率，驅油效果越好，但驅油液的粘度高到一定程度后,提高驅油效果的能力變差。因此,驅油液的粘度必然有一個合理的范圍，一般情況下，驅替液與原油粘度比維持在2～4為最合理粘度比值。本文針對大慶油田第五采油廠三元復合驅試驗區具體情況，通過室內界面張力以及粘度穩定性實驗，研究在不同礦化度情況下，三元體系所能形成的最低界面張力以及其粘度穩定性，為篩選出配制三元體系污水礦化度提供依據。

1 實驗部分

1.1 原料與試劑

表面活性劑：石油磺酸鹽，有效物含量38%～40%，工業品；聚合物：聚丙烯酰胺，分子量2500萬，工業品；堿：碳酸鈉，分析純，中國·天津市巴斯夫化工有限公司；氯化鈉：分析純，沈陽市華東試劑廠；氯化鎂：分析純，沈陽市華東試劑廠；氯化鈣：分析純，沈陽市華東試劑廠；配制用水：超純水。

1.2 實驗儀器

全量程旋轉液滴界面張力儀，型號TX500D，美國彪維有限公司；多用途恒溫培養箱，型號GI 12-2，上海地學儀器研究所；電子天平（0.01g，0.0001g），型號ESUN-2000B，成都賽可隆機械設備有限公司。布氏粘度計：型號LVOV-Ⅱ+P，廠家為BROOKFIELD。

1.3 實驗方案

（1）分別以1000mg/L、2000mg/L、3000mg/L、3500mg/L、5000mg/L、8000mg/L 的模擬污水，配制三元體系，其中C(P)為1500mg/L，ω(A)從0.4%～1.4%取6個濃度點，ω(S)從0.05%～0.30%取4個濃度點（其中P為聚合物、A 為堿、S 為表面活性劑），測定平衡界面張力，做出相應界面活性圖；

（2）以3000mg/L、3500mg/L、5000mg/L、8000mg/L模擬污水配制C(P)1500mg/L+ω(A)為1.0%+ω(S)為0.1%的三元體系，測定其在0～2h內瞬時界面張力值動態變化曲線；

（3）以3500mg/L、5000mg/L、8000mg/L 的模擬污水配制C(P)為1500mg/L+ω(A)為1.2%+ω(S)為0.3%以及C(P)為1500mg/L+ω(A)為1.0%+ω(S)為0.1%的三元體系，測定其不同天數的粘度以及平衡界面張力值；

（4）以5000mg/L的礦化度模擬污水以及加入鈣離子鎂離子各30mg/L 總礦化度仍為5000mg/L 的模擬污水，分別配制C(P)為1500mg/L+ω(A)為1.2%+ω(S)為0.3%的三元體系，測定其界面張力值以及粘度值。

2 結果與討論

2.1 不同礦化度模擬污水配制三元體系對界面活性范圍影響

本文以C(P)為1500mg/L，ω(A)含量從0.4%～1.4%取6 個濃度點，ω(S)含量從0.05%～0.30%取6 個濃度點，以不同礦化度模擬污水配制三元體系，測定其平衡界面張力值，并繪制界面活性圖，部分結果如圖1所示。

圖1 不同濃度模擬污水體系界面活性圖

對比以上實驗結果，不難看出，礦化度對界面活性影響較大，在礦化度低于1000mg/L 的情況下，無法達到超低界面張力，隨著礦化度的升高，界面活性范圍也隨之變寬，在實驗范圍內，隨著模擬污水礦化度的提高，界面活性越好。

2.2 不同礦化度模擬污水配制三元體系對瞬時界面張力影響

以3000mg/L、3500mg/L、5000mg/L、8000mg/L的4種模擬污水，針對選定C（P）為1500mg/L+ω(A)為1.0%+ω(S)為0.1%的三元體系，以20min間隔為一個監測點，測定其在2h內瞬時界面張力值動態變化曲線，結果如圖2所示。

圖2 1500P+0.1%S+1.0%A三元體系瞬時界面張力動態曲線

由此數據表明，4 個礦化度點在2h 以內均達到10-3mN/m 數量級，但可以明顯觀察到在3000mg/L 礦化度條件下，達到超低界面張力的時間較慢，而且最終界面張力值較大，而在8000mg/L 礦化度條件下，達到超低界面張力值最快，最終界面張力值也最小，是4個礦化度條件中最優礦化度值，在實驗條件范圍內，礦化度越高，達到超低界面張力值所用時間越短。

2.3 不同礦化度模擬污水配制三元體系對粘度界面張力穩定性影響

以3500mg/L、5000mg/L、8000mg/L 的模擬污水配制C(P)為1500mg/L+ω(A)為1.2%+ω(S)為0.3%以及C(P)為1500mg/L+ω(A)為1.0%+ω(S)為0.1%的三元體系，測定兩種三元體系在不同天數后的粘度以及平衡界面張力值。

如圖3 為C(P)為1500mg/L+ω(A)為1.0%+ω(S)為0.1%和C(P)為1500mg/L+ω（A）為1.2%+ω(S)為0.3%的三元體系粘度穩定性對比曲線圖。

由圖3 可見，兩種三元體系的粘度穩定性均較差，15d時粘度保留率均低于70%，30d時低于60%，不同礦化度模擬污水配制的三元體系之間對比可見，初始時8000mg/L 礦化度配制體系粘度值最低，3500mg/L 礦化度配制體系粘度值最高。30d后粘度保留率方面，兩種體系均是3500mg/L 礦化度配制體系粘度保留率最大，其他值相對較低。綜上，礦化度相對低值，配制的三元體系初始粘度以及粘度保留率均最優。

圖3 不同礦化度1500P+0.1%S+1.0%A和1500P+0.3%S+1.2%A三元體系粘度穩定性對比圖

由圖4可見，該三元體系下界面張力值都能維持在超低界面張力值以下，隨著天數增加而且界面張力值會降低，對驅油是有利的，礦化度對界面張力穩定性影響較弱。

圖4 不同礦化度1500P+0.1%S+1.0%A三元體系界面張力穩定性對比曲線圖

2.4 污水中Ca2+、Mg2+對三元體系粘度以及界面張力影響

在總礦化度為5000mg/L 條件下，配制C(P)為1500mg/L+ω(A)為1.2%+ω(S)為0.3%的三元體系，在無鈣鎂離子以及分別加入30mg/L鈣鎂離子條件下，測定三元體系界面張力、粘度值。

如表1 中數據所示，模擬污水中含有30mg/L Ca2+、Mg2+對三元體系界面張力值影響很弱，但對粘度的影響是不可忽略的，會降低三元體系粘度值。

表1 模擬污水加入Ca2+、Mg2+對三元體系性能影響表

3 結論及認識

（1）礦化度低于1000mg/L 時，三元體系形成不了超低界面張力，在本論文實驗范圍內，隨著礦化度升高，界面活性范圍逐漸擴大。礦化度對2h內瞬時界面張力動態曲線顯示礦化度相對高值，達到超低界面張力值所用時間最短，同時礦化度對界面張力穩定性影響不大。

（2）初始配制粘度，礦化度越高，粘度值反而越低。粘度穩定性實驗表明，礦化度相對低值，粘度保留率較高。

（3）綜合礦化度對界面張力以及粘度影響，本文認為，3500～5000mg/L 為配制三元體系較合理礦化度值，在此基礎上降低鈣、鎂離子含量，有利于三元體系粘度保持。