一種新型低固相含油污泥調剖劑研究

羅 躍，劉 磊，程曉寧,譚良柏，劉翩翩，鄭 苗 (長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023)

一種新型低固相含油污泥調剖劑研究

羅 躍，劉 磊，程曉寧,譚良柏，劉翩翩，鄭 苗 (長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023)

分析了油田產出含油污泥的組分和粒徑，根據固體顆粒調劑的作用特點，以含油污泥為主要原材料，通過添加適當的化學藥劑和固體顆粒得到一種新型低固相含油污泥調剖劑，其配方如下：羧甲基纖維素鈉0.25%(懸浮劑)+十二烷基苯磺酸鈉0.60%(乳化劑)+聚丙烯酰胺0.20%(分散劑)+木質素磺酸鈉0.10%(降黏劑)+膨潤土10.0%+含油污泥。研究表明，該低固相含油污泥調剖劑能順利進入巖心，巖心封堵率達到94%以上，突破壓力達到7.0 MPa以上，具有良好的封堵效果。

低固相；含油污泥；調剖劑；滲透率；封堵率

油田采出液經脫水處理后形成了凈化油和油田污水。油田污水在再生處理過程中，在除油罐、緩沖沉降罐和儲水罐底部逐漸形成一層黑色黏稠液體，即含油污泥。這種油泥因含有殘余的化學添加劑，具有較大的活性，因此也稱活性污油泥。由于組成復雜，對含油污泥的處理和再生利用是油田化學研究中的難題之一[1]。目前采用的處理含油污泥的方法主要有以下[2-3]：①熱處理法。通過化學熱洗、焚燒、熱解吸等方式除去含油污泥。②溶劑萃取處理法。采用溶劑將含油污泥中的油和其他有機物質萃取，通過蒸餾把溶劑從混合物中分離循環使用。③生物處理法。借助微生物的作用處理含油污泥中的有機物。④固化法。加入化學添加劑(固化劑)，與含油污泥發生一系列復雜的物理、化學變化，形成具有一定強度的穩定的抗水固體。在其他條件受到限制的情況下，對含油污泥的處理一般采用固化法。考慮到含油污泥產于地層，與地層有良好的配伍性等有利因素[4]，筆者根據固體顆粒調剖的作用特點[5]，對含油污泥實施化學處理。

1 含油污泥組成與粒徑分析

1.1組成分析

表1 含油污泥組成分析結果表

取一定量含油污泥樣品，用蒸餾法測其含水量，然后將蒸餾殘余物趁熱用砂心漏斗過濾，并用石油醚和丙酮的混合溶劑反復洗滌，直至殘余物不含油為止，最后將盛有殘余物的砂心漏斗放在85℃烘箱內恒溫12h后稱重[6](見表1)。由表1可知，含油污泥的固相含量低于2.0%，屬于低固相含油污泥。為達到最佳的調剖效果，需要加入一定量的固體顆粒，固體顆粒的選擇可根據地層孔隙結構來確定。考慮到油田現場應用的實際情況，選取油田常用的膨潤土作為固體顆粒添加劑。

1.2粒徑分析

采用Microtrac S3500激光粒度分析儀對分離出來的固體顆粒和膨潤土的粒徑分布進行測定(見圖1和圖2)。由圖1和圖2可知，含油污泥及固體顆粒的粒徑主要分布在≤50μm的范圍內，顆粒粒徑的集中分布為調剖地層創造了良好條件。

圖1 固體顆粒粒徑組成分布曲線圖 圖2 膨潤土粒徑組成分布曲線圖

2 調剖劑配方選定

2.1懸浮劑的篩選及用量的確定

含油污泥中有一定量的固體顆粒，為保證調剖劑有一定的懸浮能力，使調剖劑能順利注入地層，需要在含油污泥中加入一定的懸浮劑。選擇羧甲基纖維素鈉(CMC)和黃原膠(XC)進行試驗。

表2 懸浮劑對污泥穩定性的影響

在常溫下，將50g含油污泥倒入250ml燒杯中，分別加入不同種類和用量的懸浮劑[7]及膨潤土，使其固相含量保持在10%～15%(實際控制在12%)，攪拌10～30min后，取30ml加入帶刻度的試管中靜置，觀察記錄固體顆粒完全沉降時間(見表2)。由表2可知，羧甲基纖維素鈉比黃原膠的懸浮能力強。因此，選擇羧甲基纖維素鈉作為懸浮劑，其用量以0.20%～0.30%為宜。

2.2乳化劑的篩選

表3 乳化劑對污泥穩定性的影響

為了使含油污泥調剖劑形成均一、穩定的分散液，需加入適量乳化劑來降低油水之間的界面張力[8]。分別加入質量分數為0.60%的OP-10、吐溫-80、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉和司盤-20共5種乳化劑進行篩選評價，測定油水分層時間，試驗結果如表3所示。由表3可知，在乳化劑的質量分數為0.60%時，十二烷基苯環酸鈉的油水分層時為44min，效果最佳，因此選定十二烷基苯環酸鈉作為乳化劑。

2.3分散劑用量確定

表4 分散劑加量對污泥穩定性的影響

為拆散凝聚作用形成的較大、較強的油、水、泥結構，使固體顆粒和油較好地分散在水溶液中形成均一、穩定的乳化懸浮液，結合油田的施工情況，選取聚丙烯酰胺(分子量為2000萬)作分散劑[9]。在懸浮劑羧甲基纖維素鈉加量為質量分數0.25%、乳化劑十二烷基苯環酸鈉加量為質量分數0.60%、分散劑聚丙烯酰胺加量為不同質量分數的情況下，用DV-Ⅲ Ultra Programmable數字流變儀測定調剖劑的黏度，觀察記錄調剖劑3h和12h的析水量(體積分數)，試驗結果如表4所示。由表4可知，隨著分散劑加入量的增大，調剖體系的黏度升高，析水量降低，表明該體系的穩定性進一步提高，但由于加大分散劑加入量會增大生產成本，因此確定分散劑加入量為0.2%。

2.4降黏劑用量的確定

表5 降黏劑加量對污泥穩定性的影響

考慮到含油污泥調剖劑要求黏度低(μ≤300mPa·s)、可泵性好這一要求，選取木質素磺酸鈉(降黏劑)、質量分數為0.25%的羧甲基纖維素鈉(懸浮劑)、質量分數為0.60%的十二烷基苯磺酸鈉(乳化劑)、質量分數為0.20%聚丙烯酰胺(分散劑)及固相含量12%的膨潤土(固相含量12%)，測定調剖劑的黏度和調剖劑3h和12h的析水量(體積分數)，試驗結果如表5所示。

由表5可知，降黏劑的加入質量分數為0.10%～0.20%時，調剖劑的黏度μ≤300mPa·s，符合調剖劑的要求。由此確定低固相含油污泥調剖劑的配方為羧甲基纖維素鈉0.25%(懸浮劑)+十二烷基苯磺酸鈉0.60%(乳化劑)+聚丙烯酰胺0.20%(分散劑)+木質素磺酸鈉0.10%(降黏劑)+膨潤土10.0%+含油污泥。

3 含油污泥調剖劑封堵性能評價

將普通白石英粉用分析篩分成不同的粒徑范圍，洗凈、烘干，按不同配比裝入內徑25mm、長300mm的不銹鋼巖心筒中，制成具有不同滲透率的人造巖心，隨后抽真空，計算孔隙體積和孔隙度，測定其水驅滲透率[10]。在一定壓力下，將配置好的含油污泥調剖劑注入巖心，注入體積約為孔隙體積的3倍。在60℃溫度下老化24h，然后用水驅替，觀測并記錄突破壓力，待壓力穩定后，測突破后水相滲透率，試驗結果如表6所示。由表6可知，注入調剖劑的巖心模型在60℃溫度下老化24h后，其滲透率明顯降低，其封堵率在94%以上，突破壓力達到7.0MPa以上。由此可見，該調剖劑具有良好的封堵效果。

表6 低固相含油污泥調剖劑巖心驅替試驗數據

4 結論和建議

(1)低固相含油污泥調剖劑配方為懸浮劑0.25%+乳化劑0.60%+分散劑0.20%+降黏劑0.10%+膨潤土10.0%+含油污泥時，其封堵率在94%以上，突破壓力達到7.0MPa以上，具有良好的封堵效果。

(2)在現場施工時應根據地層孔隙結構調整固體顆粒添加劑的類型，由此進一步改善封堵效果。

[1]馬寶歧,吳安明.油田化學原理與技術[M].北京:石油工業出版社,1995.

[2]史賢志,郝賀明.冀東油田廢鉆井液處理技術[J].鉆井液與完井液,2003,20(5):43-45.

[3]Zhou Ling-sheng,Jiang Xiu-min,Liu Jian-guo.Characteristics of oily sludge combustion in circulating fluidized beds[J].Journal of Hazardous Materials,2009,170(1):175-179.

[4]尚朝輝,隋清國,張艷君,等.含油污泥調剖劑的研究與應用[J].石油鉆采工藝,2003,25(3):74-76.

[5]劉一江,王香增.化學調剖堵水技術[M].北京:石油工業出版社,1999.

[6]巨登峰.HB-Ⅱ型含油污泥深部調剖劑的研究與應用[J].鉆采工藝,2000,23(2):57-59.

[7]李金峰,馬云池,肖立新,等.注水井含油污泥深度調剖技術[P].中國：CN1480627A，2004-03-10.

[8]王研,劉玉,何光中.一種利用廢棄的含油污泥配制的用于注水井的調堵劑[P].中國：CN1927991A， 2007-03-14.

[9]Bjorn J,Robert J P,Alexandrova L.Flotation de-inking studies using model hydrophobic particles and non-ionic dispersants[J].Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects,2000,170(23):217-230.

[10]常國勝.含油污泥調剖技術研究[D].青島:中國石油大學，2008.

2013-06-17

羅躍(1958-)，男，教授，現主要從事油田化學方面的教學與研究工作。

TE357.46

A

1673-1409(2013)26-0128-03

[編輯] 李啟棟