污水礦化度對(duì)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(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)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(fù)合驅(qū)的驅(qū)油效率的根本因素，1973 年Foster 等人研究了毛細(xì)管數(shù)(μν/σ)與采收率的關(guān)系后指出,毛細(xì)管數(shù)達(dá)到10-2時(shí)剩余油飽和度接近于零，為了使毛細(xì)管數(shù)達(dá)到此值,界面張力必須下降到10-3mN/m，三元復(fù)合體系與原油間的界面張力達(dá)到10-3mN/m 數(shù)量級(jí)是三元復(fù)合驅(qū)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(kuò)大波及體積的能力越強(qiáng),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(qū)油效果越好，但驅(qū)油液的粘度高到一定程度后,提高驅(qū)油效果的能力變差。因此,驅(qū)油液的粘度必然有一個(gè)合理的范圍，一般情況下，驅(qū)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(duì)大慶油田第五采油廠三元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)區(qū)具體情況，通過(guò)室內(nèi)界面張力以及粘度穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，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(wěn)定性，為篩選出配制三元體系污水礦化度提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)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(yè)品；聚合物：聚丙烯酰胺，分子量2500萬(wàn)，工業(yè)品；堿：碳酸鈉，分析純，中國(guó)·天津市巴斯夫化工有限公司；氯化鈉：分析純，沈陽(yáng)市華東試劑廠；氯化鎂：分析純，沈陽(yáng)市華東試劑廠；氯化鈣：分析純，沈陽(yáng)市華東試劑廠；配制用水：超純水。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

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

1.3 實(shí)驗(yàn)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(gè)濃度點(diǎn)，ω(S)從0.05%～0.30%取4個(gè)濃度點(diǎn)（其中P為聚合物、A 為堿、S 為表面活性劑），測(cè)定平衡界面張力，做出相應(yīng)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(cè)定其在0～2h內(nèi)瞬時(shí)界面張力值動(dòng)態(tài)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(cè)定其不同天數(shù)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(cè)定其界面張力值以及粘度值。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同礦化度模擬污水配制三元體系對(duì)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(gè)濃度點(diǎn)，ω(S)含量從0.05%～0.30%取6 個(gè)濃度點(diǎn)，以不同礦化度模擬污水配制三元體系，測(cè)定其平衡界面張力值，并繪制界面活性圖，部分結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同濃度模擬污水體系界面活性圖

對(duì)比以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不難看出，礦化度對(duì)界面活性影響較大，在礦化度低于1000mg/L 的情況下，無(wú)法達(dá)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(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，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(duì)瞬時(shí)界面張力影響

以3000mg/L、3500mg/L、5000mg/L、8000mg/L的4種模擬污水，針對(duì)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(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)定其在2h內(nèi)瞬時(shí)界面張力值動(dòng)態(tài)變化曲線，結(jié)果如圖2所示。

圖2 1500P+0.1%S+1.0%A三元體系瞬時(shí)界面張力動(dòng)態(tài)曲線

由此數(shù)據(jù)表明，4 個(gè)礦化度點(diǎn)在2h 以內(nèi)均達(dá)到10-3mN/m 數(shù)量級(jí)，但可以明顯觀察到在3000mg/L 礦化度條件下，達(dá)到超低界面張力的時(shí)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(dá)到超低界面張力值最快，最終界面張力值也最小，是4個(gè)礦化度條件中最優(yōu)礦化度值，在實(shí)驗(yàn)條件范圍內(nèi)，礦化度越高，達(dá)到超低界面張力值所用時(shí)間越短。

2.3 不同礦化度模擬污水配制三元體系對(duì)粘度界面張力穩(wěn)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(cè)定兩種三元體系在不同天數(shù)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(wěn)定性對(duì)比曲線圖。

由圖3 可見(jiàn)，兩種三元體系的粘度穩(wěn)定性均較差，15d時(shí)粘度保留率均低于70%，30d時(shí)低于60%，不同礦化度模擬污水配制的三元體系之間對(duì)比可見(jiàn)，初始時(shí)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(duì)較低。綜上，礦化度相對(duì)低值，配制的三元體系初始粘度以及粘度保留率均最優(yōu)。

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(wěn)定性對(duì)比圖

由圖4可見(jiàn)，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(shù)增加而且界面張力值會(huì)降低，對(duì)驅(qū)油是有利的，礦化度對(duì)界面張力穩(wěn)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(wěn)定性對(duì)比曲線圖

2.4 污水中Ca2+、Mg2+對(duì)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(wú)鈣鎂離子以及分別加入30mg/L鈣鎂離子條件下，測(cè)定三元體系界面張力、粘度值。

如表1 中數(shù)據(jù)所示，模擬污水中含有30mg/L Ca2+、Mg2+對(duì)三元體系界面張力值影響很弱，但對(duì)粘度的影響是不可忽略的，會(huì)降低三元體系粘度值。

表1 模擬污水加入Ca2+、Mg2+對(duì)三元體系性能影響表

3 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）礦化度低于1000mg/L 時(shí)，三元體系形成不了超低界面張力，在本論文實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著礦化度升高，界面活性范圍逐漸擴(kuò)大。礦化度對(duì)2h內(nèi)瞬時(shí)界面張力動(dòng)態(tài)曲線顯示礦化度相對(duì)高值，達(dá)到超低界面張力值所用時(shí)間最短，同時(shí)礦化度對(duì)界面張力穩(wěn)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(wěn)定性實(shí)驗(yàn)表明，礦化度相對(duì)低值，粘度保留率較高。

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