曝氧油田污水再利用配置驅(qū)油劑溶液性質(zhì)研究

李亞（大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院）

曝氧油田污水再利用配置驅(qū)油劑溶液性質(zhì)研究

李亞（大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院）

大慶油田利用污水配制化學(xué)驅(qū)油劑己成為油田污水利用的一種選擇。油田污水含有硫酸鹽還原菌（SRB）、腐生菌（TGB）、鐵菌（IB）等，很大程度降低了化學(xué)驅(qū)油劑的性能。針對現(xiàn)場需求，應(yīng)用室內(nèi)曝、厭氧實(shí)驗(yàn)方法，研究了氧對化學(xué)驅(qū)油劑黏度和界面張力的影響；同時，對殺菌劑在曝氧和厭氧條件下的殺菌效果進(jìn)行了評價。研究結(jié)果表明，曝氧污水配制的聚合物溶液和三元復(fù)合體系的黏度要高于厭氧條件下的黏度值，其配制的三元復(fù)合體系的界面張力要比厭氧條件下的界面張力值低，殺菌劑可以一定程度改善驅(qū)油性質(zhì)。利用曝氧采出污水配置化學(xué)驅(qū)油劑是節(jié)能減排的有效方法。

厭氧 曝氧 聚合物驅(qū) 三元復(fù)合驅(qū) 硫酸鹽還原菌

聚合物驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)已在大慶推廣應(yīng)用，伴隨而來的油田采出污水無害化處理壓力巨大[1-3]。利用污水配制聚合物溶液和三元復(fù)合體系等化學(xué)驅(qū)油劑回注地層，既節(jié)約了淡水資源，又解決了污水排放對環(huán)境的污染問題，為油田優(yōu)質(zhì)持續(xù)開采奠定了基礎(chǔ)。污水中含有大量硫酸鹽還原菌（SRB）、腐生菌（TGB）、鐵菌（IB）[4-5]等，氧對所含厭氧細(xì)菌具有殺菌作用，但同時對聚合物分子鏈又具有降解作用。對曝、厭氧條件下氧和殺菌劑對聚合物溶液和三元復(fù)合溶液的驅(qū)油效果的影響做了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對比，這為有效利用采出污水、確保體系驅(qū)油性能提供了理論根據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)條件

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

聚合物為大慶煉化公司中分子聚丙烯酰胺干粉(簡稱中分)，相對分子質(zhì)量1200×104～1600×104，固含量91.32%；大慶煉化公司超高分子聚丙烯酰胺干粉(簡稱超高)，相對分子質(zhì)量2500×104，固含量90%。表面活性劑由大慶實(shí)業(yè)公司生產(chǎn)，活性物質(zhì)有效含量50%。油為大慶采油二廠蒸餾脫水原油。污水取自大慶采油二廠“南二2丙464井”井口采出液。堿、固體顆粒的有效含量達(dá)96%。殺菌劑為甲醛，有效濃度38%。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器包括BACTRON ANAEROBIC CHAMB ER BACTRON 1.5型厭氧室、TC-201型布氏黏度儀、HJ-6型多頭磁力攪拌器、HW-ⅢA型恒溫箱、XZD-3型全量程界面張力/接觸角測量儀、電子天平等。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 聚合物溶液性質(zhì)實(shí)驗(yàn)

1）聚合物溶液穩(wěn)定性對比：厭氧條件下取井口采出液，過濾處理，分別在厭氧和曝氧環(huán)境下配置濃度為1000 mg/L的中分和超高聚合物溶液200 mL，置于45℃恒溫箱內(nèi)保存，厭氧聚合物溶液厭氧密閉保存。在配樣后的第1、2、5、10、15、25、40 d和60 d對曝、厭氧聚合物溶液黏度進(jìn)行測量，觀察比較黏度的變化規(guī)律。

2）確定氧對殺菌劑作用效果：在上步基礎(chǔ)上配樣的同時加入殺菌劑甲醛，其濃度為2000 mg/L，對其黏度進(jìn)行對比分析。

3）確定曝氧殺菌與殺菌劑殺菌的對比效果：分別取曝氧中分、超高聚合物溶液及含殺菌劑的曝、厭氧中分、超高聚合物溶液，對其黏度進(jìn)行對比分析。

1.3.2 曝、厭氧條件下三元復(fù)合體系性質(zhì)實(shí)驗(yàn)

1）三元復(fù)合體系穩(wěn)定性對比：厭氧條件下污水在厭氧室內(nèi)進(jìn)行過濾處理。分別在厭氧和曝氧環(huán)境下配置三元復(fù)合體系200 mL，其聚合物濃度為1200 mg/L，堿濃度為12000 mg/L，表面活性劑濃度為3000m g/L，置于45℃恒溫箱內(nèi)保存，厭氧三元復(fù)合體系厭氧密閉保存。分別在配樣后的第1、2、5、10、15、25、40 d和60 d對其黏度進(jìn)行測量，觀察比較黏度變化規(guī)律。

2）進(jìn)行不同組合的三元復(fù)合體系與原油界面張力的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)：分別在曝、厭氧條件下取二廠采出液，蒸餾脫水處理，在曝、厭氧三元復(fù)合體系基礎(chǔ)上進(jìn)行配置。在配樣后第1、3、5、7 d和15 d，對曝氧三元復(fù)合體系和曝氧油、曝氧三元復(fù)合體系和厭氧油、厭氧三元復(fù)合體系和曝氧油，以及厭氧三元復(fù)合體系和厭氧油的界面張力進(jìn)行測量，觀察比較界面張力的大小和變化規(guī)律。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 聚合物溶液

2.1.1 聚合物溶液穩(wěn)定性

根據(jù)1.3.1的實(shí)驗(yàn)步驟，測量得到中分、超高聚合物溶液的黏度實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表1）。

表1 聚合物溶液黏度

由表1可知，曝、厭氧條件下聚合物溶液黏度隨時間的延長而降低，達(dá)到25 d后趨于穩(wěn)定。在各測試點(diǎn)曝氧聚合物溶液黏度高于厭氧聚合物溶液黏度。

2.1.2 加入殺菌劑的影響

根據(jù)1.3.1的實(shí)驗(yàn)步驟，得到加入殺菌劑后中分、超高聚合物溶液黏度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表2）。

表2 加入殺菌劑的聚合物溶液黏度

由表2可知，曝、厭氧條件下聚合物溶液黏度變化趨勢相同，隨時間延長而降低，但厭氧聚合物溶液黏度有先升高再降低趨勢。加殺菌劑對聚合物溶液黏度有影響，曝氧聚合物溶液的殺菌效果較好，保留黏度高。

2.1.3 曝氧殺菌和殺菌劑殺菌的效果

根據(jù)1.3.1的實(shí)驗(yàn)步驟，得到中分、超高聚合物溶液曝氧殺菌和曝、厭氧條件下殺菌劑殺菌后的黏度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（表3）。

表3 聚合物溶液殺菌后的黏度對比

由表3可知，殺菌后聚合物溶液黏度變化趨勢總體相同：隨時間的延長而黏度降低。不含殺菌劑僅靠曝氧殺菌的聚合物溶液在前15 d黏度下降很快，較加殺菌劑溶液損失多70%以上。不同殺菌方法對聚合物溶液性能有很大影響，殺菌劑殺菌效果明顯，保留黏度高；曝氧殺菌效果有限，保留黏度低。

2.2 三元復(fù)合體系

2.2.1 三元復(fù)合溶液穩(wěn)定性

根據(jù)1.3.2的實(shí)驗(yàn)步驟，得到三元復(fù)合體系黏度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（表4）。

表4 三元復(fù)合體系黏度的測試數(shù)據(jù)

由表4可知，曝、厭氧條件對三元復(fù)合體系黏度存在影響，在各測試點(diǎn)曝氧三元復(fù)合體系黏度高于厭氧三元復(fù)合體系黏度；在曝、厭氧條件下，三元復(fù)合體系的黏度變化趨勢相同，即在實(shí)驗(yàn)的前15 d黏度隨時間先增大再減??；5 d至40 d黏度下降很快，達(dá)到40 d后下降速度逐漸減緩并趨于穩(wěn)定。

2.2.2 不同三元復(fù)合體系與不同原油間界面張力

根據(jù)1.3.2的實(shí)驗(yàn)步驟，得到不同三元復(fù)合體系與不同原油間界面張力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（表5），并根據(jù)表5繪制出界面張力與時間的關(guān)系曲線（圖1）。

表5 三元復(fù)合體系與原油間界面張力的測試數(shù)據(jù)匯總

由圖1、表5可知：

1）在曝、厭氧條件下，三元復(fù)合體系與原油間的界面張力隨著時間增大，并逐步趨于穩(wěn)定。

2）曝、厭氧條件對原油性質(zhì)存在影響，三元復(fù)合體系與曝氧油的界面張力高于三元復(fù)合體系與厭氧油的界面張力；曝、厭氧條件對三元復(fù)合體系性質(zhì)存在影響，曝氧三元復(fù)合體系與原油的界面張力高于厭氧三元復(fù)合體系與原油的界面張力。

3）曝、厭氧條件對三元復(fù)合體系的影響較大。曝氧和厭氧三元復(fù)合體系與同種原油間的界面張力差別較大；曝氧和厭氧原油與同種三元復(fù)合體系間的界面張力差別較小。三元復(fù)合體系與原油不同組合間界面張力存在差異，其關(guān)系為：曝氧三元＋曝氧油＜曝氧三元＋厭氧油＜厭氧三元＋曝氧油＜厭氧三元＋厭氧油。

3 實(shí)驗(yàn)機(jī)理分析

3.1 曝氧條件下的聚合物溶液穩(wěn)定性優(yōu)于厭氧條件下的聚合物溶液；曝氧條件下的三元復(fù)合體系穩(wěn)定性優(yōu)于厭氧條件下的三元復(fù)合體系

氧對聚合物溶液存在降解作用，但氧對油田污水中的厭氧微生物有很強(qiáng)的殺菌作用，這些細(xì)菌在一定程度上降低了驅(qū)油劑的穩(wěn)定性。在厭氧的條件下硫酸鹽還原菌得以生長，使聚合物分子鏈分解，溶液的黏度降低；而在有氧的條件下，氧抑制硫酸鹽還原菌的生長，進(jìn)而減緩聚合物的分解，保持了聚合物溶液的黏度。

3.2 加入殺菌劑的聚合物溶液穩(wěn)定性強(qiáng)于曝氧聚合物溶液

由于污水中細(xì)菌的存在對聚合物溶液產(chǎn)生很大的降解作用，聚合物溶液的黏度降低。在加入殺菌劑后，可以完全或大部分殺死溶液中的細(xì)菌并有效地抑制溶液中細(xì)菌的繁殖，從而減緩了細(xì)菌對聚合物溶液的降解，保留較高的溶液黏度。

3.3 曝氧條件下的三元復(fù)合體系與原油間的界面張力小于厭氧條件下的三元復(fù)合體系與原油間的界面張力

原油的族組成與復(fù)合體系形成界面張力有關(guān)。原油中存在的活性組分大部分存在于膠質(zhì)、瀝青質(zhì)中，復(fù)合體系中的表面活性劑與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)中的活性組分產(chǎn)生作用，形成了新的活性物質(zhì)。硫酸鹽還原菌能夠改變原油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的化合物性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，主要引起膠質(zhì)、瀝青質(zhì)內(nèi)含氧基團(tuán)和甲基、亞甲基的出現(xiàn)或含量增加，造成膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的變性，進(jìn)而影響低界面張力的形成。這是造成厭氧油組合界面張力高于曝氧油組合的一個原因[6-7]。

細(xì)菌對體系界面張力的影響是通過消耗污水中的其他成分（有機(jī)組分或礦物質(zhì)），從而在一定的條件下、一定的時間后改變污水成分，進(jìn)而對界面張力產(chǎn)生影響。污水中相對含量較高的混合芳烴、脂肪酸、脂肪烴、酚、醇等高碳數(shù)脂肪烴的加入可降低體系界面張力；低碳數(shù)脂肪烴則使界面張力上升；混合脂肪烴隨濃度的升高界面張力略有波動；所以，水質(zhì)中復(fù)合有機(jī)物碳數(shù)的高低對三元復(fù)合體系界面張力的影響是十分關(guān)鍵的。大量細(xì)菌能夠降解污水中的高碳數(shù)脂肪烴，使之成為低碳數(shù)脂肪烴，進(jìn)而造成界面張力升高，這是造成厭氧三元油組合界面張力高于曝氧三元油組合的重要原因。

4 結(jié)論

1）污水中的氧可以抑制厭氧細(xì)菌對聚合物降解和破壞聚合物分子鏈的雙重作用。

2）曝氧條件下聚合物溶液黏度高于厭氧聚合物溶液黏度。曝氧三元復(fù)合體系黏度高于厭氧三元復(fù)合體系黏度。殺菌劑的加入能很好地保持聚合物溶液、三元復(fù)合體系溶液的黏度，減緩黏度損失。

3）曝、厭氧條件對三元復(fù)合體系和原油性質(zhì)都存在影響，但對三元復(fù)合體系的影響較大。曝氧和厭氧三元復(fù)合體系與同種原油間的界面張力差別較大，曝氧和厭氧原油與同種三元復(fù)合體系間的界面張力差別較小。

4）在曝、厭氧條件下，三元復(fù)合體系與原油間的界面張力隨著時間增大，并逐步趨于穩(wěn)定。三元復(fù)合體系與原油不同組合間的界面張力存在差異，其關(guān)系為：曝氧三元＋曝氧油＜曝氧三元＋厭氧油＜厭氧三元＋曝氧油＜厭氧三元＋厭氧油。

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10.3969/j.issn.2095-1493.2011.06.004

李亞，2005年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，助理工程師，從事三次采油工作，E-mail：liya123@petrochina.com.cn，地址：大慶油田勘探開發(fā)研究院采收率一室，163712。

2011-03-25)