二元驱采出水乳化稳定性的影响因素研究

第３２卷第３期油田化学Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．３２０１５年９月２５日ＯｉｌｆｉｅｌｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ２５Ｓｅｐｔ，２０１５文章编号：１０００＞４０９２（２０１５）０３－３９６－０５二元驱采出水乳化稳定性的影响因素研究＃陈宏Ｕ３，谢姝２，林莉莉２，张蕾蕾％焦思明、王鑫、高迎新１（１．中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室，北京１０００８５；２．中国石油新疆油田分公司实验检测研究院，新疆克拉玛依８３４０００：３．长沙理工大学水利工程学院，湖南长沙４１０００４）摘要：通过模拟新疆油田二元驱采出水各组分组成，考察固体颗粒、聚合物（ＨＰＡＭ）和表面活性剂种类及浓度对油水分离性能和乳化稳定性的影响。结果表明，表面活性剂对二元驱油田模拟采出水稳定性的影响最大，固体颗粒和聚合物的影响较小。相对于高岭土和蛭石颗粒，蒙脱土颗粒对采出水乳化稳定性的影响最为明显。在加量２００ｍｇ／Ｌ时对应最大的含油量和浊度值，分别为８０７ｍｇ／Ｌ和１９８４ＮＴＵ；当高于２００ｍｇ／Ｌ时对应的含油量和浊度降低，并且对应较高的Ｚｅｔａ电位。增大ＨＰＡＭ（Ｍ＝ｌ〇ｘｌ〇６）的浓度，采出水体相黏度升高，超高分子量聚合物具有极强的絮凝性能，在农度较高时裹挟大量油滴发生絮凝沉降，降低了采出水的乳化稳定性。表面活性剂通过界面顶替和电性作用，直接改变油滴Ｚｅｔａ电位，决定油滴间的碰撞和聚并的发生，主导了采出水的乳化稳定性；表面活性剂对采出水乳化稳定性的影响从大到小依次为：十二坑基苯碳酸枘＞Ｔｗｅｅｎ－８０＞Ｓｐａｎ－８０＞苯扎氣铵。图８参１２关键词：油田采出水；聚合物／表面活性剂驱；乳化；稳定性；新疆油田中图分类号：Ｘ７０３：ＴＱ４２３．９文献标识码：Ａ化学驱油提高采收率技术已经被广泛应用于（ＰＡＭ）、表面活性剂和碱可以影响三元复合驱采出我国各大油田，与此同时也产生了大量化学驱油田水的油水分离性能、油滴Ｚｅｔａ电位、界面张力、流变采出水［１＇由于其具有成分复杂、乳化严重、难生性和油滴粒径，进而影响污水体系的稳定性［＂１２］。化降解的特点，传统的采出水处理方法和工艺无法然而，针对二元驱采出水乳化稳定性影响因子的研满足其处理要求？］。聚合物／表面活性剂二元复合究还很少。驱油田采出水是一类典型的化学驱油田采出水，成新疆油田已经开展了聚合物／表面活性剂二元分非常复杂，含有原油、矿物离子、固体颗粒、重金复合驱先导试验，即将面临大量二元驱采出水处理属、微生物与极少量的除氧剂、杀菌剂、破乳剂、防的问题。本研究根据新疆油田采出水的物质组成，垢剂和润滑剂等，还残留了大量的化学驱油剂如聚配制模拟聚合物／表面活性剂复合驱采出水，分别研合物和表面活性剂［５］。究固体颗粒、聚合物和表面活性剂种类及其浓度对化学驱油田采出水乳化严重、稳定性极强，乳油水分离性能的影响，探究模拟聚合物／表面活性剂化稳定性的影响因子众多而且复杂［６￣８］。固体颗粒二元驱采出水的乳化稳定机理，为解决二元驱采出如钠蒙脱土［９］和锂皂石颗粒［１°］能显著影响聚合物驱水的处理难题提供技术依据。采油污水的乳化稳定性，也被认为是化学驱采出水中最难以去除的杂质。驱油剂如聚丙烯酰胺１＊收稿日期：２０１４－０４－１５；修改日期：２０１４－０６－２４。基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３计划）项目“短流程废水处理工艺及成套装备研制与产业化”（项目编号２０１２ＡＡ０６２３１３）。作者简介：陈宏（１９８３－），男，讲师，中科院生态环境研究中心博士后研究人员（２０１２－），主要从事工业水处理研究，Ｅ－ｍａｉｌ：[e-mail]。高迎新（１９６８－），男，Ｓ！）研究员，本文通讯联系人，通讯地址：１０００８５北京市海淀区双清路１８号中国科学院生态环境研究中心环境技术楼３１３室，电话：[phone]。第３２卷第３期陈宏，谢姝，林莉莉等：二元驱采出水乳化稳定性的影响因素研究３９７１．１材料与仪器拌器高速（１５０００ｒ／ｍｉｎ）乳化５ｍｉｎ，制得油珠母液。固体颗粒：蒙脱土、高岭土、蛭石，均为工业级；使用前再超声分散均勻。聚合物：部分水解聚丙烯酰胺（ＨＰＡＭ），平均分子量（４）模拟采出水的乳化稳定性。量取矿物质水（Ｍ）３ｘｌ〇６、ｌ〇ｘｌ〇％水解度２０％？３０％，工业级；表面样，分别加人一定体积的表面活性剂母液、油珠母活性剂：十二烷基苯磺酸钠（ＳＤＢＳ）、Ｔｗｅｅｎ－８０、液、ＰＡＭ母液和／或固体颗粒母液，定容后超声（１００Ｓｐａｎ－８０、苯扎氯铵（ＢｅｎｚａｌｋｏｎｉｕｍＣｈｌｏｒｉｄｅ），均为分ｗ）分散５ｍｉｎ，静置４ｈ后用取样针吸取清水样，测析纯；石油醚（沸程６０？９０￥）及其他常用试剂均为定含油量和浊度，考察二元驱油田模拟采出水的乳分析纯。化稳定性，并通过Ｚｅｔａ电位、粒径和黏度等指标来ＺＥＴＡ电位仪，英国马尔文公司；ＤＶ－ＩＩＩ黏度计，分析模拟采出水的乳化稳定机制。美国Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ公司；ＵＶ－２５５０紫外分光光度计，日本岛津公司；２１００ＡＮ浊度仪，美国哈希公司；ＬＰｒｏｄｉｇｙＩＣＰ－ＯＥＳ光谱仪，美国利曼公司；ＩＣＳ－１５００２．１固体颗粒种类的影响离子色谱仪，美国戴安公司等。在含油量１０００ｍｇ／Ｌ、ＨＰＡＭ（Ｍ＝３ｘ１〇６）５００１．２分析方法１１１８／１＞、８０８８２０〇１１１§／１＾条件下，蒙脱石、高岭土和蛭参照石油天然气行业标准ＳＹ／Ｔ５３２９－２０１２《碎石加量对模拟二元驱采出水乳化稳定性的影响见屑岩油藏注水水质指标及分析方法》，用紫外分光图１。由图１（ａ）可知，蛭石颗粒随浓度增大对模拟光度计在２２４ｒａｎ测定含油量。避开上层浮渣和下采出水含油量和浊度的影响相对较小；高岭土颗粒层沉淀物，取清水样，摇匀后，用浊度仪测定浊度，对应先略有增大后略有减小的含油量。蒙脱土颗单位ＮＴＵ。取清水样摇匀，维持测量温度４０￥，用粒对含油量和浊度的影响最为复杂，先随浓度增大电位仪测定粒径和Ｚｅｔａ电位。维持剪切速率６０对应显著增大的含油量，且显著高于高岭土和蛭石ｒ／ｍｉｎ和测量温度４０丈，加载０号转子，用黏度计测颗粒；在２００ｍｇ／Ｌ时达到最大值，分别为８０７ｍｇ／Ｌ定采出水的体相黏度。和１９８４ＮＴＵ，此时采出水乳化稳定性最好；加量继１．３实验步骤＿（１）配制矿物质水。新疆油田二元驱采出水ｐＨ１〇｜］２５值为７．３？７．７，离子组成（ｍｇ／Ｌ）为：Ｎａ＋２９００、Ｋ＋２０、＂＾８；ＴＡ＇２０＾Ｃａ２＋６０、＾＾＋１０、Ｃ１－３６９３．３、Ｃ０３２－５０、ＨＣ〇ｒ１４５０、Ｖ／ｆ＼．１５｜Ａｌ３＋３、Ｆｅ３＋７。Ｉ４二＝ｔ．１０Ｉ（２）配制悬浮颗粒母液、聚合物母液和表面活漂２．５＃性剂母液［９“１］。分别将蒙脱土、高岭土、蛭石过２００Ｊ（ａ）￣Ｉ目筛，筛下部分加入去离子水浸泡２４ｈ，除去表层浮°２质量１〇液，高速（１００００ｒ／ｍｉｎ）离心５ｍｉｎ；将离心得到的固体颗粒用去离子水洗涤多次，然后于ｎｏｔ干燥２４２５ｒｒ］３〇ｈ；取出冷却。称取处理后的固体颗粒，加去离子２５：＼水，用力摇匀或超声分散，室温下老化２４ｈ，即得固｜１５＼＾￣ｇ．５〇｜体颗粒母液。分别将不同种类的聚合物和表面活｜ｉｎ…＾性剂加入去离子水中，配制一定浓度的聚合物母液＃￣７〇＾和表面活性剂母液，超声分散均匀，代保存。Ｊ（ｂ）＾，１＾〇（３）提取标准油，制备油珠母液。采集新疆油Ｇ２４６８１〇－质量浓度／ｌｔｆｍｇ．Ｉ／１田二元驱采出液样品，参照行业标准ＳＹ／Ｔ１，方形，蒙脱石；２，圆形，高岭土；３，三角形，蛭石；图中实心数据点５３２９－２０１２提取标准油样。称取标准油样，用去离对应左纵坐标，空心数据点对应右纵坐标子水定容，并于４０＾水浴恒温６０ｍｉｎ后，用高速搅图１固体颗粒对模拟采出水乳化稳定性的影响３９８油田化学２０１５年续增大，含油量和浊度降低，且明显小于高岭土和定性的降低。蛭石颗粒。图１（ｂ）表明，蒙脱土颗粒对模拟采出水增大聚合物浓度使得油滴表面负电荷增多，聚中油滴粒径和Ｚｅｔａ电位的影响较大，均在２００ｍｇ／Ｌ合物水解后形成空间网状结构，增大了液膜强度，时达到最低值；高岭土颗粒对应先下降后趋于稳定阻碍了油滴的碰撞和聚并，导致油滴中值粒径的减的油滴粒径和比较平稳的Ｚｅｔａ电位曲线；蛭石颗粒小，因此采出水的稳定性增强。但是超高分子量聚对应先略有降低后明显增大的粒径和一直平缓上合物具有极强的絮凝性能，在浓度较高时裹挟大量升的Ｚｅｔａ电位曲线。各浓度下，蒙脱土颗粒对应的油滴发生絮凝沉降，增大了悬浮体的中值粒径，反Ｚｅｔａ电位均比高岭土和蛭石颗粒的高。而降低了二元驱采出水的稳定性。固体颗粒与油滴都带有负电荷，尽管其界面作１０［］３〇用能力相对较弱，但可在一定程度上降低油滴的．．－２５Ｚｅｔａ电位，在浓度较高时与ＨＰＡＭ作用会裹挟大颗■２０｜粒油滴形成絮状沉淀，进而破坏采出水的乳化稳定Ｉ□＇Ｖ■１５ｃ性。相对于高岭土和蛭石，蒙脱土接近油藏地层矿｜。￣％？■１〇１物组成，能较好模拟实际采出水中的固体颗粒。当５蒙脱土颗粒质量浓度为２００ｍｇ／Ｌ时，模拟采出水的〇ｆ３〇？２＇；＇６＇８＇１〇°油滴粒径和Ｚｅｔａ电位最小，溶液中液滴／颗粒间静电质量浓度／ｌｔｆｍｇ．Ｌ－斥力最强，严重阻碍了油滴间的碰撞和聚结，出现１６｜］５了单个或少许的几个液滴被矿物粒子包围，形成稳１２＿＇４定液滴型（ｏｉｌ－ｍｉｎｅｒａｌａｇｇｒｅｇａｔｅｓ，ＯＭＡ）结构［９］，采旨，－３｜出水处于比较稳定的阶段。蒙脱土在高浓度时极Ｉ＾＾．２２易与ＨＰＡＭ形成微絮凝状态，可以裹挟溶液中的细＿＿＿＾小油滴形成絮状沉淀，使得含油量明显减少、浊度（【严＇＊显著降低。而高岭土和蛭石颗粒则容易在底部形°〇２＇４６＇８＇ｉｏ°质量浓度／ｌｔｆｍｇ．Ｌ—１成致密的沉淀物。〇聚合物相对分子质量山方形，３ｘ１０６；２，圆形，１０ｘ１０％图中实心数厶２衆口卿分于貢的髂＿据点对应左纵坐标，空心数据点对应右纵坐标由于地层剪切等多重作用会导致聚合物分图２聚合物分子量对模拟采出水乳化稳定性的影响子量的降低，在采出水中一般分布在数百万左右。在含油量１００〇１１１８＾、蒙脱土２０〇１１１§＾、３０８３２．３表面活性剂种类的影响２００ｍｇ／Ｌ的条件下，Ｍ分别为３ｘｌ〇６和ｌ〇ｘｌ〇６ＨＰＡＭ在含油量１０００ｍｇ／Ｌ、蒙脱土２００ｍｇ／Ｌ、聚合物对模拟二元驱采出水乳化稳定性的影响见图２。由（Ｍ＝ｌ〇ｘ１〇６）５００ｍｇ／Ｌ的条件下，ＳＤＢＳ、Ｔｗｅｅｎ－８０、图２可知，增大３ｘｌ０６聚合物的浓度对模拟采出水含Ｓｐａｎ－８０和苯扎氯铵对模拟二元驱采出水乳化稳定油量、浊度和体相黏度的影响较小，但会使油滴粒性的影响见图３。由图３可见，表面活性剂对采出水径减小并逐渐稳定在２８５ｎｍ。初期含油量和浊度稳定性的影响从大到小依次为：ＳＤＢＳ＞Ｔｗｅｅｎ－８０＞呈现先下降后上升的趋势，是由于浓度较低、分子８１）〇１１－８０＞苯扎氯铵。５０８８加量从５〇１１１８＾增大到量较低的聚合物水解后形成的空间