在化学驱提高原油采收率技术中, 地下原油与表面活性剂溶液之间的界面张力是一个非常重要的参数[1-3]。目前已经开展了大量有关表面活性剂溶液与原油之间界面张力特性的研究, 尤其是碱水和三元体系的界面张力研究较多, 内容涉及表面活性剂结构、碱、矿化度、聚合物、预接触时间等因素对动态界面张力的影响[4-11]。油田污水中含有大量的高价离子, 能够和表面活性剂反应而使其降低或失去界面活性, 因此加入水处理剂可以降低污水中高价离子的含量, 从而增加体系的界面活性。康万利[12, 13]等研究了络合剂对三元体系与大庆原油间界面张力的影响, 但是, 有关水处理剂对孤东原油和污水配制的表面活性剂溶液间界面张力的影响研究尚未见报道。本试验针对胜利油田孤东区块的油藏条件, 采用Na5P3O10、HEDP·Na4和ATMP·Na5三种水处理剂对油田采出污水进行处理后用来配制表面活性剂溶液, 测定表面活性剂溶液与原油之间的界面张力特性, 探讨了三种水处理剂种类和浓度对油水界面张力的影响规律。
HYFQ表面活性剂, 济南华峰实业有限公司提供; Na5P3O10、HEDP·Na4 (30%)和ATMP·Na5 (40%), 山东泰和水处理有限公司提供; NaCl, 分析纯, 南京化学试剂有限公司生产; 原油, 孤东六区脱气原油; 油田采出水, 矿化度为8850 mg/L, 取自孤东采油厂第三联合站。
用美国的TX-500C全量程旋转滴界面张力仪测定油水动态界面张力。将水处理剂加入到油田采出水中, 用多头磁力搅拌器搅拌10 min, 然后加入表面活性剂, 再搅拌10 min即配制成表面活性剂溶液。用针管把表面活性剂溶液注入样品管中, 再用注射器将油滴注入样品管中, 用界面张力仪测定油水界面张力。测定时间为120 min[14]。如果没有特殊说明, 所有实验用的表面活性剂浓度均为0.3%, 实验温度为60℃。
图 1为表面活性剂HFYQ浓度为0.3%时, Na5P3O10浓度对孤东原油和污水间动态界面张力的影响。图 1表明, 无Na5P3O10时, 油水界面张力随时间下降较快, 12 min后界面张力值随时间变化很小, 基本接近平衡值。加入Na5P3O10后油水界面张力值显著降低。Na5P3O10浓度为3000 mg/L和5000 mg/L时, 界面张力先降低到最低值, 又逐渐升高后至平衡值。
从图 1还可以看出, 随着Na5P3O10浓度的增加, 油水间界面张力达到最低值所用时间逐渐缩短, 当Na5P3O10浓度为5000 mg/L时, 油水界面张力达到最低值所用时间最短(10 min)。此外, 该体系界面张力最低值和平衡值都没有达到超低界面张力范围(< 10-2mN/m)。
Na5P3O10属于链状缩聚磷酸盐类防垢剂[15], 可与水中的钙、镁离子生成可溶性的螯合物, 从而将硬水软化。螯合物结构十分稳定, 不易分解。Na5P3O10与金属离子的络合反应式可表示为[16]:
油田采出污水中含高价金属离子(如Ca2+, Mg2+), 易与表面活性剂反应生成沉淀而使活性剂失去活性。Na5P3O10与高价金属离子络合后减小了二价离子对表面活性剂和油水界面张力的影响。
图 2为表面活性剂HFYQ浓度为0.3%时, HEDP·Na4浓度对孤东原油和污水间动态界面张力的影响。图 2表明, 加入HEDP·Na4处理污水后, 界面张力值显著地降低。当HEDP·Na4浓度为4000 mg/L时, 界面张力值进入超低界面张力范围。随着HEDP·Na4浓度从0 mg/L增加到4000 mg/L时, 界面张力值逐渐降低, 而当HEDP·Na4浓度从4000mg/L增加到6000 mg/L时, 界面张力值反而升高, 因此存在着HEDP·Na4的最佳浓度范围。另外, HEDP·Na4体系和Na5P3O10体系的动态界面张力曲线具有明显的不同, HEDP·Na4体系在界面张力达到平衡值之前没有出现最低值, 这可能是HEDP·Na4的加入降低了表面活性剂分子向油水界面的扩散速度。
图 3为表面活性剂HFYQ浓度为0.3%时, ATMP·Na5浓度对孤东原油和污水间动态界面张力的影响。图 3表明, 加入ATMP·Na5处理污水后, 界面张力值也是显著地降低。当ATMP·Na5浓度为4000 mg/L时, 界面张力值进入超低界面张力区。随着ATMP·Na5浓度的增加, 界面张力值总体上先降低后升高, 也存在着ATMP·Na5的最佳浓度范围。
从图 3还可以看出, 加入ATMP·Na5与HEDP·Na4对污水与孤东原油间动态界面张力的影响规律基本相同。原因是:HEDP·Na4和ATMP·Na5两者都属于有机膦酸盐类防垢剂, 磷原子与碳原子直接相连。实用意义较大的有机膦酸盐, 必须是碳原子上连接两个或两个以上的膦酸基或膦酸基和其它酸基的化合物。只有这样它才具备生物活性、表面活性以及能够同金属离子生成稳定的五元或六元螫合环[17], 如图 4所示。正是由于有机膦酸盐与Na5P3O10不同的结构和性质决定了它们对胜利原油与污水间动态界面张力的影响规律不同。
图 5为表面活性剂HYFQ浓度为0.3%时, 改变三种水处理剂浓度时油水动态界面张力最低值的变化规律。图 5表明, 对三种水处理剂, 随着浓度的增加, 动态界面张力的最低值都是先减小后增加。HEDP·Na4体系和ATMP·Na5体系界面张力的最低值能够达到超低界面张力范围, 其中HEDP·Na4体系界面张力最低值范围在超低界面张力范围内对应的浓度范围最宽, 所以HEDP·Na4的最佳浓度为2000 mg/L~4500 mg/L。
(1) 当HFYQ表面活性剂浓度为0.3%时, 加入Na5P3O10、HEDP·Na4和ATMP·Na5三种水处理剂对采出污水进行处理后, 显著地降低了胜利原油与污水间的界面张力。HEDP·Na4和ATMP·Na5能使孤东原油与污水间界面张力最低值达到超低。
(2) 含HEDP·Na4体系的动态界面张力最低值能达到超低, 且浓度范围最宽, 为2000 mg/L~4500 mg/L。
2010, Vol. 39 Issue (3): 262-264
2010, Vol. 39 Issue (3): 262-264