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        聚/表二元體系室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

        2021-07-19 12:31:16兵,安
        石油化工應(yīng)用 2021年6期
        關(guān)鍵詞:殺菌劑活性劑張力

        王 兵,安 鵬

        (1.大港油田公司第一采油廠,天津 300280;2.大港油田公司第四采油廠,天津 300280)

        1 室內(nèi)體系實(shí)驗(yàn)條件

        1.1 實(shí)驗(yàn)用水

        港西三區(qū)油藏溫度為53 ℃,注入污水的總礦化度為6 726 mg/L,鈣鎂離子含量為53 mg/L,具體參數(shù)(見表1)。

        表1 港西污水水質(zhì)參數(shù)表

        1.2 原油性質(zhì)(見表2)

        表2 港西三區(qū)原油參數(shù)表

        1.3 表面活性劑收集

        根據(jù)以上條件及前期室內(nèi)研究基礎(chǔ),通過廣泛收集表面活性劑,最終確定選擇十四種候選表面活性劑進(jìn)行篩選評(píng)價(jià)研究,分別是:TD-01、ROS、DWS-1、DWS-2、DWS-3、DQ-01、YHZ-20、DG-1、DG-2、G3609、ZS-7、ZS-14、ZS-15 及BHS-01。

        1.4 聚/表二元驅(qū)所用聚合物

        聚合物/表面活性劑二元體系中的聚合物采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中在用的HTPW-112(相對(duì)分子質(zhì)量2 500萬),其一般性能指標(biāo)(見表3)。

        表3 聚合物一般性能指標(biāo)

        2 聚合物體系深化研究

        2.1 殺菌劑優(yōu)選

        通過對(duì)11 種化學(xué)殺菌劑初步篩選,其中7 種與港西三區(qū)目前在用聚合物配伍性良好,經(jīng)比較,優(yōu)選了性價(jià)比較好的兩種殺菌劑,分別為HD-A-02 及HD-A-03,開展殺菌效果及與聚合物的配伍性實(shí)驗(yàn)(見表4、表5)。

        表4 不同殺菌劑殺菌效果評(píng)價(jià)

        表5 不同殺菌劑與聚合物的配伍性

        從表4 可以看出,HD-A-02 殺菌劑的殺菌效果優(yōu)于HD-A-03,加入50 mg/L 的殺菌劑就可將污水中細(xì)菌降至25 個(gè)/毫升以下。

        2.2 聚合物穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

        室內(nèi)開展了除氧條件下,加入穩(wěn)定劑100 mg/L 和未加穩(wěn)定劑的熱穩(wěn)定性對(duì)比實(shí)驗(yàn)(見圖1)。

        圖1 穩(wěn)定劑對(duì)體系黏度的影響

        綜合以上兩種添加劑的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在聚合物溶液中加入適量的殺菌劑50 mg/L 和穩(wěn)定劑100 mg/L后,可有效抑制污水中微生物對(duì)聚合物的降解,提高聚合物溶液的穩(wěn)定性。因此,進(jìn)一步優(yōu)化出適合港西三區(qū)聚/表二元驅(qū)的聚合物體系為:應(yīng)用目前在用的HTPW-112 聚合物(相對(duì)分子質(zhì)量2 500 萬),現(xiàn)場(chǎng)污水配聚時(shí)需加入殺菌劑50 mg/L 及聚合物穩(wěn)定劑100 mg/L。

        3 表面活性劑篩選

        3.1 不同類型表面活性劑理化指標(biāo)分析

        3.1.1 常規(guī)指標(biāo) 表面活性劑常規(guī)指標(biāo)評(píng)價(jià)主要內(nèi)容為:有效物質(zhì)含量、溶解性、pH 值、流動(dòng)性四項(xiàng)指標(biāo)。

        (1)有效物含量:14 種表面活性劑中除ZS-7、ZS-14 及ZS-15 有效物含量為35%,其余均為40%以上,有效物含量越低,運(yùn)輸成本將相應(yīng)增加,但對(duì)聚/表二元驅(qū)開發(fā)指標(biāo)沒有影響;

        (2)溶解性:14 種表面活性劑均具有良好的溶解性,經(jīng)短時(shí)間攪拌后可均勻溶解于水中,滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施要求;

        (3)pH 值:現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施要求表面活性劑pH 值為中性或弱堿性,酸性或強(qiáng)堿性易對(duì)設(shè)備造成腐蝕,且強(qiáng)堿性將嚴(yán)重影響采出液的處理,14 種表面活性劑除DG-1、DG-2 及G3609 不符合標(biāo)準(zhǔn),其余均滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施要求;

        (4)流動(dòng)性:現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過程中,從驅(qū)油劑運(yùn)輸?shù)慕嵌瓤紤],要求表面活性劑具有良好的流動(dòng)性,常溫下,14 種表面活性劑均易于流動(dòng),但為防止溫度過低時(shí)表面活性劑產(chǎn)生凝固,現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存裝置需進(jìn)行保溫處理,保證溫度在20 ℃以上。

        表面活性劑驅(qū)油體系與原油間能否形成超低界面張力(約10-3mN/m 數(shù)量級(jí))是評(píng)價(jià)驅(qū)油用表面活性劑性能的重要指標(biāo),因此通常利用對(duì)油水界面張力的評(píng)價(jià)作為篩選驅(qū)油表面活性劑的首要條件。

        4 表面活性劑單劑的乳化效果評(píng)價(jià)[1]

        4.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

        分別配制濃度為0.05%、0.1%、0.2%、0.3%及0.5%的TD-01、DWS-3 和BHS-01 表面活性劑溶液,取所需數(shù)量的具塞刻度試管,按1:3 的油/表面活性劑體積比,配制20 mL 溶液于試管中,放在53 ℃恒溫箱中,每天搖動(dòng)2~3 次,待平衡后觀察表面活性劑與原油的乳化情況。

        通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),剪切后的表面活性劑與原油發(fā)生了較為明顯的乳化現(xiàn)象。體系與原油乳化后大部分形成了O/W 型乳狀液,其直徑平均為0.1~2 μm,對(duì)于港西三區(qū)的油藏條件而言,有利于驅(qū)油效率的提高。

        5 表面活性劑與聚合物的配伍性實(shí)驗(yàn)

        根據(jù)以上表面活性劑的篩選評(píng)價(jià)結(jié)果,確定應(yīng)用聚合物HTPW-112 與表面活性劑TD-01、DWS-3 和BHS-01 開展配伍性實(shí)驗(yàn)研究。適宜的聚/表二元驅(qū)體系應(yīng)不但具有一定的降低油水界面張力能力,而且需有較好的流度控制能力,因此室內(nèi)實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)考察了表面活性劑對(duì)聚/表二元體系黏度的影響、聚合物對(duì)體系界面張力的影響、聚/表體系的流變性、黏彈性及其乳化性能等,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

        5.1 表面活性劑對(duì)體系黏度的影響

        固定聚合物濃度分別為750 mg/L、1 000 mg/L 及1 500 mg/L,在53 ℃的條件下,測(cè)定不同濃度的表面活性劑對(duì)聚/表二元體系黏度的影響:(1)聚合物濃度為1 500 mg/L 時(shí),兩種體系黏度值均最高,且TD-01 表面活性劑濃度的增加使得體系黏度略有增加;(2)對(duì)于其他同一聚合物濃度的聚/表體系,隨著表面活性劑濃度的增加,體系黏度值基本沒有變化。

        5.2 聚合物對(duì)體系界面張力的影響

        二元體系聚合物溶液濃度為500 mg/L、750 mg/L、1 000 mg/L、1 200 mg/L 及1 500 mg/L 時(shí),分別加入濃度為0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%的表面活性劑,界面張力儀在53 ℃條件下,測(cè)試二元體系與原油的界面張力。由于聚合物使水相黏度增加,影響表面活性劑在界面上的吸附平衡時(shí)間,從而對(duì)界面張力有影響(見圖2),且表面活性劑濃度越低,這種影響越顯著。

        圖2 不同聚/表體系界面張力的變化曲線

        5.3 聚/表二元體系的流變性及黏彈性

        流變性是指在外力作用下介質(zhì)發(fā)生流動(dòng)或形變的一種特性。作用在介質(zhì)上的力主要分為兩種力:一種是拉伸,另一種是剪切。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)定聚/表二元體系所呈現(xiàn)出的特性表明其為非牛頓流體,在多孔介質(zhì)中,這種非牛頓流體的流動(dòng)同時(shí)受到剪切和拉伸力作用,因而存在剪切流動(dòng)和拉伸流動(dòng)。

        配制聚合物溶液濃度1 000 mg/L 及1 500 mg/L,加入濃度為0.1%和0.3%的表面活性劑,室內(nèi)利用HAAKE RS600 流變儀,采用同軸圓筒測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定53 ℃下的該體系表觀黏度、剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系;采用椎板測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定其彈性模量、儲(chǔ)能模量與頻率之間的關(guān)系。通過這些靜態(tài)實(shí)驗(yàn)分析聚/表二元體系的流變性及黏彈性,從而有助于研究體系的滲流特性、注入特性及運(yùn)移特性。測(cè)量結(jié)果如下:不同表面活性劑、聚合物濃度的聚/表體系,隨剪切速率的增加,其表觀黏度先較快下降后保持一定,而其剪切應(yīng)力一直隨之非線性增加,這和單純聚合物具有相同的流變特性,同屬于擬塑性非牛頓流體。

        擬塑性非牛頓流體通過多孔介質(zhì)時(shí),在較高流速下會(huì)出現(xiàn)膨脹流變特性是聚合物的黏彈性引起的。因此有必要考察表面活性劑對(duì)體系黏彈性的影響。

        (1)隨著頻率的增加,聚/表體系的儲(chǔ)能模量G'和耗能模量G''呈上升趨勢(shì),且G''明顯大于G',表明在一定聚合物濃度、頻率范圍內(nèi),聚/表體系為黏彈性體,且其流變特性以黏性為主,表明體系的內(nèi)摩擦阻力較大,在多孔介質(zhì)中的附著力越強(qiáng),可增加阻力系數(shù);

        (2)隨著表面活性劑濃度的增加,同一聚合物濃度的聚/表體系G'和G''均有所增加,表明其黏彈性增加;

        (3)相同條件下,應(yīng)用BHS-01 表面活性劑配制的聚/表體系黏彈性最佳。

        6 二元聚/表體系的巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)[2,3]

        6.1 實(shí)驗(yàn)條件

        (1)模擬油黏度:18 mPa·s,巖心水測(cè)滲透率:1.8 D;(2)聚合物驅(qū)濃度:1 500 mg/L;(3)二元組成為聚合物1 000 mg/L+表面活性劑(0.2%),黏度:36.2 mPa·s;(4)實(shí)驗(yàn)溫度:53 ℃。

        6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        先水驅(qū)2 PV,再進(jìn)行0.2 PV 的聚合物驅(qū),最后進(jìn)行0.2 PV 的聚/表二元驅(qū)(見圖3),對(duì)比水驅(qū)和聚合物驅(qū)結(jié)果:0.4 PV 聚合物驅(qū)提高采收率為11.4%;0.2 PV聚合物驅(qū)+0.2 PV 二元驅(qū)提高采收率為19.8%。

        圖3 不同驅(qū)油方式采收率對(duì)比圖

        7 結(jié)論

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果,可得出聚/表二元體系,室內(nèi)將開展殺菌劑與表面活性劑的配伍性研究。室內(nèi)開展了單純表面活性劑與原油配伍性的實(shí)驗(yàn)研究,篩選出性能較佳的表面活性劑,同時(shí)殺菌劑的加入對(duì)聚/表二元體系的界面張力影響不大,略有增加,但仍能保持在超低值10-3mN/m 數(shù)量級(jí),且殺菌劑對(duì)該體系的影響更小,因而表明聚/表體系與殺菌劑的配伍性較好。油水界面張力整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)最低可降至10-4mN/m,尤其是乳化效果最佳,在通過巖石孔喉時(shí),將產(chǎn)生一定的滲流阻力,可有效擴(kuò)大波及體積。

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