二元驱采出污水组分对水性质的影响

邓永刚，屈撑囤

（1.西安石油大学化学化工学院，陕西西安 710065；2.陕西延长石油油田化学科技有限责任公司，陕西延安 717400）

随着油田开发工作的不断深入，三次采油技术得到了越来越广泛的应用，特别是表面活性剂驱油技术[1]。该技术为了改善驱油效果，向水中添加了如聚合物、表面活性剂或两者的复配物，导致采出液成分更加复杂、稳定性显著提高、油水分离难度加大[2]。该组成的污水若不经处理直接注入地下，其中的悬浮固体颗粒和油珠将堵塞油层毛细通道，降低油层渗透率使注水处的吸水能力下降，最终导致采油率的降低。本文将针对实施化学驱油的采油污水处理中的问题，探讨影响处理效果的影响因素。

1 实验部分

1.1 模拟二元复合驱采出水制备

矿化水的配制：根据南阳油田水质特性，模拟二元复合驱采出水的组成，配制的模拟污水离子组成（见表1）。

表1 模拟二元复合驱采出水配方

1.2 二元复合驱含油污水的配制

配制200 g 水样，使其中表面活性剂和聚合物含量均为1 000 mg/L，将水样和200 g 原油倒入500 mL广口瓶中，将广口瓶放入45 ℃水浴锅中恒温2 h，在20 000 r/min 的高速搅拌器中搅拌20 min，制得含油量为50 %的油珠母液。向250 mL 的广口瓶中加入表面活性剂含量不同的矿质水，再加入一定量制备好的50 %油珠母液，振摇2 min，从而制得含表面活性剂的二元复合驱含油污水。

1.3 界面张力的测定

界面张力的测定参考文献[3-5]所述。

2 结果与讨论

2.1 静置时间对含油污水特性的影响

将按照上述配制方法得到的模拟污水加入不同浓度的聚合物及表面活性剂，搅拌后静置，研究聚合物及表面活性剂浓度不同时对其稳定性的影响。含油量随沉降时间的变化规律（见表2）。

从表2 中看出，随着沉降时间的增加，污水的含油量显著减小，但沉降时间到达11 h 后，污水含油量减少的速率开始减慢；当驱油剂含量为零时，沉降4 h 后含油量即从2 000 mg/L 降至390.88 mg/L，沉降效果显著，但此后含油量减少的速率相对缓慢。到11 h 后含油量减小的速率更加缓慢，到24 h 后，含油量降低至37.32 mg/L。而当驱油剂存在时，沉降4 h 后，含油量依然很高，达1 102.80 mg/L、1 178.20 mg/L 和1 476.68 mg/L随着沉降时间的增加，含油量降低的速率较慢，且驱油剂的浓度越高，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，远远高于不加驱油剂时的情况。这说明驱油剂的加入增加了含油污水油水分离的难度，且驱油剂浓度越高，沉降分离的效果越差。

表2 模拟二元复合驱采出水含油量随沉降时间的变化

在二元驱采油过程中，为了提高驱油效率，向注入水中加入了大量驱油剂（表面活性剂和聚合物等），因此造成油田采出液中含有大量残留的驱油剂，这些组分和采出水的其他物质（原油、固体颗粒和微生物等）共同组成了一个乳化体系，该体系对采出水的稳定性产生很大的影响，本章具体研究了驱油剂中的表面活性剂对采出水的流变性及界面性质的影响。

2.2 含油量对模拟采出水粘度的影响

配制模拟采出水，在45 ℃下测定其粘度，研究含油量对采出水体相粘度的影响（见图1）。

图1 含油量对模拟采出水粘度的影响

由图1 可以看出，当含油量低于2 000 mg/L 时，体系粘度值在1.11 mPa·s 左右，基本保持不变；而当含油量高于2 000 mg/L 时，体系粘度值在1.11 mPa·s基础上略有增加。这说明，当含油量低于2 000 mg/L时，含油量对污水粘度的影响很小，可以忽略不计。

2.3 表面活性剂浓度对油水界面张力的影响

温度为30 ℃时，表面活性剂浓度对模拟油油水界面张力影响的测定结果（见图2）。由图2 可以看出，随着表面活性剂浓度从0 mg/L 逐渐增至500 mg/L 时，油水界面张力由4.86 mN/m 降至0.7 mN/m，这说明表面活性剂可以有效降低油水界面的界面张力，这可能是由于当表面活性剂吸附到油滴表面后，替代了原有界面膜中的胶质、沥青质等界面活性物质，致使界面膜结构发生“重排”，降低了界面膜的强度，使界面张力大幅降低。

图2 表面活性剂浓度对油水界面张力的影响

2.4 表面活性剂浓度对油滴表面Zeta 电位的影响

温度为30 ℃、油水比为1:50 的条件下，表面活性剂浓度对模拟油中表面Zeta 电位影响的测定结果（见图3）。

图3 表面活性剂浓度对油滴表面Zeta 电位的影响

由图3 可以看出，表面活性剂体系Zeta 电位的绝对值随表面活性剂浓度的增加而增大，且当表面活性剂浓度从0 mg/L 逐渐升高到500 mg/L 时，油滴表面Zeta 电位的绝对值由22.80 mV 增至69.9 mV。这说明表面活性剂能够使油滴表面Zeta 电位的绝对值明显增加。这是由于阴离子型表面活性剂能够溶解在水中并带大量的负电荷，由于其界面活性较高，可以大量吸附在油水界面，从而使油水乳状液油滴表面的电荷数量增多，油滴表面的Zeta 电位的绝对值增加，油珠间的静电排斥增加，从而使乳状液更加稳定性。

2.5 表面活性剂浓度对油水界面剪切黏度的影响

温度为30 ℃、转速为0.3 r/s 时，表面活性剂浓度对模拟油油水界面的剪切粘度影响的测定结果（见图4）。

图4 表面活性剂浓度对油水界面剪切黏度的影响

由图4 可以看出，油水界面剪切粘度值随表面活性剂浓度的增加基本保持不变，其值为0.015 mNs/m左右，说明表面活性剂对油水界面剪切粘度几乎无影响。这是由于表面活性剂能够吸附在油水界面上，但不能形成一定强度的界面膜，因此此时的界面剪切黏度值很小，且随表面活性剂浓度增加变化也很小。

3 结论

（1）表面活性剂的加入增加了含油污水油水分离的难度，且浓度越高，沉降分离的效果越差。

（2）同时表面活性剂能使油水界面的界面张力降低，使油滴表面Zeta 电位绝对值增加，但对油水界面剪切粘度几乎无影响。

（3）聚合物/表面活性剂二元复合体系中，聚合物、表面活性剂及水中悬浮物形成了具有类似“晶体”结构的热力学不稳定体系。

［1］ 樊平天，许金良，陈刚，等. 延长油田低效油藏高效开发技术的思考［J］.石油化工应用，2012，31（6）：76-80.

［2］ 陈刚，唐德尧，宋莹盼，赵景瑞.一种表面活性剂驱油剂的性能评价与应用［C］.中国石油学会第八届青年学术年会论文集，2013.

［3］ 中华人民共和国石油天然气行业标准SY-T5370-1999.表面及界面张力测定方法［S］.1999.

［4］ 张洁，杨长春，汤颖，赵景瑞.影响旋转滴界面张力测定因素研究［J］.石油化工应用，2012，31（5）：79-82.

［5］ 张洁，杨长春，汤颖，赵景瑞.表活剂类型对旋转滴界面张力测定的影响研究［J］.石油化工应用，2012，31（6）：58-60.