曝氧油田污水再利用配置驱油剂溶液性质研究

李亚（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院）

曝氧油田污水再利用配置驱油剂溶液性质研究

李亚（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院）

大庆油田利用污水配制化学驱油剂己成为油田污水利用的一种选择。油田污水含有硫酸盐还原菌（SRB）、腐生菌（TGB）、铁菌（IB）等，很大程度降低了化学驱油剂的性能。针对现场需求，应用室内曝、厌氧实验方法，研究了氧对化学驱油剂黏度和界面张力的影响；同时，对杀菌剂在曝氧和厌氧条件下的杀菌效果进行了评价。研究结果表明，曝氧污水配制的聚合物溶液和三元复合体系的黏度要高于厌氧条件下的黏度值，其配制的三元复合体系的界面张力要比厌氧条件下的界面张力值低，杀菌剂可以一定程度改善驱油性质。利用曝氧采出污水配置化学驱油剂是节能减排的有效方法。

厌氧 曝氧 聚合物驱 三元复合驱 硫酸盐还原菌

聚合物驱和三元复合驱油技术已在大庆推广应用，伴随而来的油田采出污水无害化处理压力巨大[1-3]。利用污水配制聚合物溶液和三元复合体系等化学驱油剂回注地层，既节约了淡水资源，又解决了污水排放对环境的污染问题，为油田优质持续开采奠定了基础。污水中含有大量硫酸盐还原菌（SRB）、腐生菌（TGB）、铁菌（IB）[4-5]等，氧对所含厌氧细菌具有杀菌作用，但同时对聚合物分子链又具有降解作用。对曝、厌氧条件下氧和杀菌剂对聚合物溶液和三元复合溶液的驱油效果的影响做了室内实验对比，这为有效利用采出污水、确保体系驱油性能提供了理论根据。

1 实验条件

1.1 实验材料

聚合物为大庆炼化公司中分子聚丙烯酰胺干粉(简称中分)，相对分子质量1200×104～1600×104，固含量91.32%；大庆炼化公司超高分子聚丙烯酰胺干粉(简称超高)，相对分子质量2500×104，固含量90%。表面活性剂由大庆实业公司生产，活性物质有效含量50%。油为大庆采油二厂蒸馏脱水原油。污水取自大庆采油二厂“南二2丙464井”井口采出液。碱、固体颗粒的有效含量达96%。杀菌剂为甲醛，有效浓度38%。

1.2 实验仪器

实验仪器包括BACTRON ANAEROBIC CHAMB ER BACTRON 1.5型厌氧室、TC-201型布氏黏度仪、HJ-6型多头磁力搅拌器、HW-ⅢA型恒温箱、XZD-3型全量程界面张力/接触角测量仪、电子天平等。

1.3 实验步骤

1.3.1 聚合物溶液性质实验

1）聚合物溶液稳定性对比：厌氧条件下取井口采出液，过滤处理，分别在厌氧和曝氧环境下配置浓度为1000 mg/L的中分和超高聚合物溶液200 mL，置于45℃恒温箱内保存，厌氧聚合物溶液厌氧密闭保存。在配样后的第1、2、5、10、15、25、40 d和60 d对曝、厌氧聚合物溶液黏度进行测量，观察比较黏度的变化规律。

2）确定氧对杀菌剂作用效果：在上步基础上配样的同时加入杀菌剂甲醛，其浓度为2000 mg/L，对其黏度进行对比分析。

3）确定曝氧杀菌与杀菌剂杀菌的对比效果：分别取曝氧中分、超高聚合物溶液及含杀菌剂的曝、厌氧中分、超高聚合物溶液，对其黏度进行对比分析。

1.3.2 曝、厌氧条件下三元复合体系性质实验

1）三元复合体系稳定性对比：厌氧条件下污水在厌氧室内进行过滤处理。分别在厌氧和曝氧环境下配置三元复合体系200 mL，其聚合物浓度为1200 mg/L，碱浓度为12000 mg/L，表面活性剂浓度为3000m g/L，置于45℃恒温箱内保存，厌氧三元复合体系厌氧密闭保存。分别在配样后的第1、2、5、10、15、25、40 d和60 d对其黏度进行测量，观察比较黏度变化规律。

2）进行不同组合的三元复合体系与原油界面张力的性质实验：分别在曝、厌氧条件下取二厂采出液，蒸馏脱水处理，在曝、厌氧三元复合体系基础上进行配置。在配样后第1、3、5、7 d和15 d，对曝氧三元复合体系和曝氧油、曝氧三元复合体系和厌氧油、厌氧三元复合体系和曝氧油，以及厌氧三元复合体系和厌氧油的界面张力进行测量，观察比较界面张力的大小和变化规律。

2 实验结果分析

2.1 聚合物溶液

2.1.1 聚合物溶液稳定性

根据1.3.1的实验步骤，测量得到中分、超高聚合物溶液的黏度实验结果（表1）。

表1 聚合物溶液黏度

由表1可知，曝、厌氧条件下聚合物溶液黏度随时间的延长而降低，达到25 d后趋于稳定。在各测试点曝氧聚合物溶液黏度高于厌氧聚合物溶液黏度。

2.1.2 加入杀菌剂的影响

根据1.3.1的实验步骤，得到加入杀菌剂后中分、超高聚合物溶液黏度的实验结果（表2）。

表2 加入杀菌剂的聚合物溶液黏度

由表2可知，曝、厌氧条件下聚合物溶液黏度变化趋势相同，随时间延长而降低，但厌氧聚合物溶液黏度有先升高再降低趋势。加杀菌剂对聚合物溶液黏度有影响，曝氧聚合物溶液的杀菌效果较好，保留黏度高。

2.1.3 曝氧杀菌和杀菌剂杀菌的效果

根据1.3.1的实验步骤，得到中分、超高聚合物溶液曝氧杀菌和曝、厌氧条件下杀菌剂杀菌后的黏度实验数据（表3）。

表3 聚合物溶液杀菌后的黏度对比

由表3可知，杀菌后聚合物溶液黏度变化趋势总体相同：随时间的延长而黏度降低。不含杀菌剂仅靠曝氧杀菌的聚合物溶液在前15 d黏度下降很快，较加杀菌剂溶液损失多70%以上。不同杀菌方法对聚合物溶液性能有很大影响，杀菌剂杀菌效果明显，保留黏度高；曝氧杀菌效果有限，保留黏度低。

2.2 三元复合体系

2.2.1 三元复合溶液稳定性

根据1.3.2的实验步骤，得到三元复合体系黏度实验数据（表4）。

表4 三元复合体系黏度的测试数据

由表4可知，曝、厌氧条件对三元复合体系黏度存在影响，在各测试点曝氧三元复合体系黏度高于厌氧三元复合体系黏度；在曝、厌氧条件下，三元复合体系的黏度变化趋势相同，即在实验的前15 d黏度随时间先增大再减小；5 d至40 d黏度下降很快，达到40 d后下降速度逐渐减缓并趋于稳定。

2.2.2 不同三元复合体系与不同原油间界面张力

根据1.3.2的实验步骤，得到不同三元复合体系与不同原油间界面张力的实验数据（表5），并根据表5绘制出界面张力与时间的关系曲线（图1）。

表5 三元复合体系与原油间界面张力的测试数据汇总

由图1、表5可知：

1）在曝、厌氧条件下，三元复合体系与原油间的界面张力随着时间增大，并逐步趋于稳定。

2）曝、厌氧条件对原油性质存在影响，三元复合体系与曝氧油的界面张力高于三元复合体系与厌氧油的界面张力；曝、厌氧条件对三元复合体系性质存在影响，曝氧三元复合体系与原油的界面张力高于厌氧三元复合体系与原油的界面张力。

3）曝、厌氧条件对三元复合体系的影响较大。曝氧和厌氧三元复合体系与同种原油间的界面张力差别较大；曝氧和厌氧原油与同种三元复合体系间的界面张力差别较小。三元复合体系与原油不同组合间界面张力存在差异，其关系为：曝氧三元＋曝氧油＜曝氧三元＋厌氧油＜厌氧三元＋曝氧油＜厌氧三元＋厌氧油。

3 实验机理分析

3.1 曝氧条件下的聚合物溶液稳定性优于厌氧条件下的聚合物溶液；曝氧条件下的三元复合体系稳定性优于厌氧条件下的三元复合体系

氧对聚合物溶液存在降解作用，但氧对油田污水中的厌氧微生物有很强的杀菌作用，这些细菌在一定程度上降低了驱油剂的稳定性。在厌氧的条件下硫酸盐还原菌得以生长，使聚合物分子链分解，溶液的黏度降低；而在有氧的条件下，氧抑制硫酸盐还原菌的生长，进而减缓聚合物的分解，保持了聚合物溶液的黏度。

3.2 加入杀菌剂的聚合物溶液稳定性强于曝氧聚合物溶液

由于污水中细菌的存在对聚合物溶液产生很大的降解作用，聚合物溶液的黏度降低。在加入杀菌剂后，可以完全或大部分杀死溶液中的细菌并有效地抑制溶液中细菌的繁殖，从而减缓了细菌对聚合物溶液的降解，保留较高的溶液黏度。

3.3 曝氧条件下的三元复合体系与原油间的界面张力小于厌氧条件下的三元复合体系与原油间的界面张力

原油的族组成与复合体系形成界面张力有关。原油中存在的活性组分大部分存在于胶质、沥青质中，复合体系中的表面活性剂与胶质、沥青质中的活性组分产生作用，形成了新的活性物质。硫酸盐还原菌能够改变原油胶质、沥青质的化合物性质和结构，主要引起胶质、沥青质内含氧基团和甲基、亚甲基的出现或含量增加，造成胶质和沥青质的变性，进而影响低界面张力的形成。这是造成厌氧油组合界面张力高于曝氧油组合的一个原因[6-7]。

细菌对体系界面张力的影响是通过消耗污水中的其他成分（有机组分或矿物质），从而在一定的条件下、一定的时间后改变污水成分，进而对界面张力产生影响。污水中相对含量较高的混合芳烃、脂肪酸、脂肪烃、酚、醇等高碳数脂肪烃的加入可降低体系界面张力；低碳数脂肪烃则使界面张力上升；混合脂肪烃随浓度的升高界面张力略有波动；所以，水质中复合有机物碳数的高低对三元复合体系界面张力的影响是十分关键的。大量细菌能够降解污水中的高碳数脂肪烃，使之成为低碳数脂肪烃，进而造成界面张力升高，这是造成厌氧三元油组合界面张力高于曝氧三元油组合的重要原因。

4 结论

1）污水中的氧可以抑制厌氧细菌对聚合物降解和破坏聚合物分子链的双重作用。

2）曝氧条件下聚合物溶液黏度高于厌氧聚合物溶液黏度。曝氧三元复合体系黏度高于厌氧三元复合体系黏度。杀菌剂的加入能很好地保持聚合物溶液、三元复合体系溶液的黏度，减缓黏度损失。

3）曝、厌氧条件对三元复合体系和原油性质都存在影响，但对三元复合体系的影响较大。曝氧和厌氧三元复合体系与同种原油间的界面张力差别较大，曝氧和厌氧原油与同种三元复合体系间的界面张力差别较小。

4）在曝、厌氧条件下，三元复合体系与原油间的界面张力随着时间增大，并逐步趋于稳定。三元复合体系与原油不同组合间的界面张力存在差异，其关系为：曝氧三元＋曝氧油＜曝氧三元＋厌氧油＜厌氧三元＋曝氧油＜厌氧三元＋厌氧油。

[1]卢祥国，戚连庆，牛金刚.低活性剂浓度三元复合体系驱油效果实验研究[J].石油学报，2002，23(5)：59-66.

[2]王启民，冀宝发，隋军，等.大庆油田三次采油技术的实践与认识[J].大庆石油地质与开发，2001,20(2):1-8.

[3]卢祥国，牛金刚.化学驱油理论与实践[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2000:1-15.

[4]孔柏岭，罗九明.高温油藏条件下聚丙烯酰胺水解反应研究[J].石油勘探与开发,1998,28(6):67-69.

[5]谭中良.聚合物驱在河南油田高温油藏中的应用[J].油气采收率技术,1999,22(2):20-24.

[6]李道山，王德民，康万利.胶质和沥青质油水界面膜黏弹性[J].化工学报，2003,54(8):1164-1167.

[7]杨小莉，陆婉珍，李明远，等.辽河原油沥青质和胶质油水界面化学性质初探[J].石油学报，1999,15(4):1-4.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.06.004

李亚，2005年毕业于大庆石油学院，助理工程师，从事三次采油工作，E-mail：liya123@petrochina.com.cn，地址：大庆油田勘探开发研究院采收率一室，163712。

2011-03-25)