污水矿化度对石油磺酸盐弱碱三元体系性能影响研究

霍迎冬

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163000）

三元体系的界面张力、粘度都是影响三元复合驱的驱油效率的根本因素，1973 年Foster 等人研究了毛细管数(μν/σ)与采收率的关系后指出,毛细管数达到10-2时剩余油饱和度接近于零，为了使毛细管数达到此值,界面张力必须下降到10-3mN/m，三元复合体系与原油间的界面张力达到10-3mN/m 数量级是三元复合驱能够大幅度提高采收率的必要条件；三元体系的粘度越高,则扩大波及体积的能力越强,可以更好地降低剩余油饱和度，提高波及效率以及原油采收率，驱油效果越好，但驱油液的粘度高到一定程度后,提高驱油效果的能力变差。因此,驱油液的粘度必然有一个合理的范围，一般情况下，驱替液与原油粘度比维持在2～4为最合理粘度比值。本文针对大庆油田第五采油厂三元复合驱试验区具体情况，通过室内界面张力以及粘度稳定性实验，研究在不同矿化度情况下，三元体系所能形成的最低界面张力以及其粘度稳定性，为筛选出配制三元体系污水矿化度提供依据。

1 实验部分

1.1 原料与试剂

表面活性剂：石油磺酸盐，有效物含量38%～40%，工业品；聚合物：聚丙烯酰胺，分子量2500万，工业品；碱：碳酸钠，分析纯，中国·天津市巴斯夫化工有限公司；氯化钠：分析纯，沈阳市华东试剂厂；氯化镁：分析纯，沈阳市华东试剂厂；氯化钙：分析纯，沈阳市华东试剂厂；配制用水：超纯水。

1.2 实验仪器

全量程旋转液滴界面张力仪，型号TX500D，美国彪维有限公司；多用途恒温培养箱，型号GI 12-2，上海地学仪器研究所；电子天平（0.01g，0.0001g），型号ESUN-2000B，成都赛可隆机械设备有限公司。布氏粘度计：型号LVOV-Ⅱ+P，厂家为BROOKFIELD。

1.3 实验方案

（1）分别以1000mg/L、2000mg/L、3000mg/L、3500mg/L、5000mg/L、8000mg/L 的模拟污水，配制三元体系，其中C(P)为1500mg/L，ω(A)从0.4%～1.4%取6个浓度点，ω(S)从0.05%～0.30%取4个浓度点（其中P为聚合物、A 为碱、S 为表面活性剂），测定平衡界面张力，做出相应界面活性图；

（2）以3000mg/L、3500mg/L、5000mg/L、8000mg/L模拟污水配制C(P)1500mg/L+ω(A)为1.0%+ω(S)为0.1%的三元体系，测定其在0～2h内瞬时界面张力值动态变化曲线；

（3）以3500mg/L、5000mg/L、8000mg/L 的模拟污水配制C(P)为1500mg/L+ω(A)为1.2%+ω(S)为0.3%以及C(P)为1500mg/L+ω(A)为1.0%+ω(S)为0.1%的三元体系，测定其不同天数的粘度以及平衡界面张力值；

（4）以5000mg/L的矿化度模拟污水以及加入钙离子镁离子各30mg/L 总矿化度仍为5000mg/L 的模拟污水，分别配制C(P)为1500mg/L+ω(A)为1.2%+ω(S)为0.3%的三元体系，测定其界面张力值以及粘度值。

2 结果与讨论

2.1 不同矿化度模拟污水配制三元体系对界面活性范围影响

本文以C(P)为1500mg/L，ω(A)含量从0.4%～1.4%取6 个浓度点，ω(S)含量从0.05%～0.30%取6 个浓度点，以不同矿化度模拟污水配制三元体系，测定其平衡界面张力值，并绘制界面活性图，部分结果如图1所示。

图1 不同浓度模拟污水体系界面活性图

对比以上实验结果，不难看出，矿化度对界面活性影响较大，在矿化度低于1000mg/L 的情况下，无法达到超低界面张力，随着矿化度的升高，界面活性范围也随之变宽，在实验范围内，随着模拟污水矿化度的提高，界面活性越好。

2.2 不同矿化度模拟污水配制三元体系对瞬时界面张力影响

以3000mg/L、3500mg/L、5000mg/L、8000mg/L的4种模拟污水，针对选定C（P）为1500mg/L+ω(A)为1.0%+ω(S)为0.1%的三元体系，以20min间隔为一个监测点，测定其在2h内瞬时界面张力值动态变化曲线，结果如图2所示。

图2 1500P+0.1%S+1.0%A三元体系瞬时界面张力动态曲线

由此数据表明，4 个矿化度点在2h 以内均达到10-3mN/m 数量级，但可以明显观察到在3000mg/L 矿化度条件下，达到超低界面张力的时间较慢，而且最终界面张力值较大，而在8000mg/L 矿化度条件下，达到超低界面张力值最快，最终界面张力值也最小，是4个矿化度条件中最优矿化度值，在实验条件范围内，矿化度越高，达到超低界面张力值所用时间越短。

2.3 不同矿化度模拟污水配制三元体系对粘度界面张力稳定性影响

以3500mg/L、5000mg/L、8000mg/L 的模拟污水配制C(P)为1500mg/L+ω(A)为1.2%+ω(S)为0.3%以及C(P)为1500mg/L+ω(A)为1.0%+ω(S)为0.1%的三元体系，测定两种三元体系在不同天数后的粘度以及平衡界面张力值。

如图3 为C(P)为1500mg/L+ω(A)为1.0%+ω(S)为0.1%和C(P)为1500mg/L+ω（A）为1.2%+ω(S)为0.3%的三元体系粘度稳定性对比曲线图。

由图3 可见，两种三元体系的粘度稳定性均较差，15d时粘度保留率均低于70%，30d时低于60%，不同矿化度模拟污水配制的三元体系之间对比可见，初始时8000mg/L 矿化度配制体系粘度值最低，3500mg/L 矿化度配制体系粘度值最高。30d后粘度保留率方面，两种体系均是3500mg/L 矿化度配制体系粘度保留率最大，其他值相对较低。综上，矿化度相对低值，配制的三元体系初始粘度以及粘度保留率均最优。

图3 不同矿化度1500P+0.1%S+1.0%A和1500P+0.3%S+1.2%A三元体系粘度稳定性对比图

由图4可见，该三元体系下界面张力值都能维持在超低界面张力值以下，随着天数增加而且界面张力值会降低，对驱油是有利的，矿化度对界面张力稳定性影响较弱。

图4 不同矿化度1500P+0.1%S+1.0%A三元体系界面张力稳定性对比曲线图

2.4 污水中Ca2+、Mg2+对三元体系粘度以及界面张力影响

在总矿化度为5000mg/L 条件下，配制C(P)为1500mg/L+ω(A)为1.2%+ω(S)为0.3%的三元体系，在无钙镁离子以及分别加入30mg/L钙镁离子条件下，测定三元体系界面张力、粘度值。

如表1 中数据所示，模拟污水中含有30mg/L Ca2+、Mg2+对三元体系界面张力值影响很弱，但对粘度的影响是不可忽略的，会降低三元体系粘度值。

表1 模拟污水加入Ca2+、Mg2+对三元体系性能影响表

3 结论及认识

（1）矿化度低于1000mg/L 时，三元体系形成不了超低界面张力，在本论文实验范围内，随着矿化度升高，界面活性范围逐渐扩大。矿化度对2h内瞬时界面张力动态曲线显示矿化度相对高值，达到超低界面张力值所用时间最短，同时矿化度对界面张力稳定性影响不大。

（2）初始配制粘度，矿化度越高，粘度值反而越低。粘度稳定性实验表明，矿化度相对低值，粘度保留率较高。

（3）综合矿化度对界面张力以及粘度影响，本文认为，3500～5000mg/L 为配制三元体系较合理矿化度值，在此基础上降低钙、镁离子含量，有利于三元体系粘度保持。