海上S 油田含聚油泥超聲波洗脫除油實驗研究

蘇延輝，王秀平，劉敏，王永軍，高波，高迎新

(1.中海油能源發展股份有限公司 工程技術分公司，天津 300452;2.中國科學院生態環境研究中心環境水質學國家重點實驗室，北京 100085)

海上S 油田自2003 年始采用注聚提高采收率技術，后經不斷擴大井組，目前已形成規模化注聚，增油效果顯著［1-2］。注入聚合物在采油井中有不同程度返出，造成油水處理難度增大，絮凝劑等化學藥劑用量增加，造成在污水處理流程斜板除油器、氣浮選器等設備中生成流動性較差的含聚油泥，影響設備處理效果及流程穩定性，并造成大量原油的浪費。

超聲波的空化作用、聲流、微射流及超聲自生振動引起的機械攪拌作用，可以降低含油污泥中污油黏度，減少污油對固體的粘附作用，有效加速固體表面的油污剝離。同時超聲波還具有處理時間短、能耗低、操作簡單等優點。王新強［3］、楊繼生［4］、朱宏武［5］等分別針對含油污泥、油泥砂、油砂開展超聲處理除油相關研究，在適宜的超聲頻率和功率、作用時間和溫度的條件下，污油泥除油率均達90%以上，經濟效益可觀。針對海上S 油田含聚油泥，超聲波洗脫技術是否可行，目前沒有相關研究。

本文以海上S 油田平臺含聚油泥為研究對象，利用超聲波洗脫除油技術思路和方法，分別進行超聲功率、頻率、作用時間、溫度、輔助藥劑等因素對含聚油泥除油效果的影響實驗，對于超聲波洗脫含聚油泥可行性進行探索，為海上S 油田含聚油泥的處理工藝提供參考。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

十二烷基硫酸鈉、石油磺酸鈉均為工業品;正己烷，光譜純;含聚油泥樣品，為平臺污水處理系統氣浮選器頂部油泥，呈膠凝狀，流動性差。樣品分析參考文獻方法［6］，結果表明，含聚油泥樣品含水率為35.5%，含油率為15.8%，含有機聚合物46.8%，無機固體機雜含量為1.8%。

KQ100DB 超聲波清洗器;InfraCal CH 型水中含油分析儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 超聲功率、頻率、溫度對含聚油泥除油效果的影響 (1)稱取一定量的含聚油泥加入反應器中，同時按油泥∶水為1 ∶1(質量比)加入清水，選擇頻率25 kHz，功率分別為100，200，300 W，進行超聲清洗并定時取樣測定含聚油泥的脫油率。

(2)稱取一定量的含聚油泥加入反應器中，同時按油泥∶水為1 ∶1(質量比)加入清水，選擇功率300 W，頻率分別為25，50，100 kHz，進行超聲清洗并定時取樣測定含聚油泥的脫油率。

(3)稱取一定量的含聚油泥加入反應器中，同時按油泥∶水為1 ∶1(質量比)加入清水，選擇功率300 W，頻率為25 kHz，初始溫度分別設定為25，35，45 ℃，進行超聲清洗并定時取樣測定含聚油泥的脫油率。

1.2.2 輔助藥劑對含聚油泥超聲除油效果的影響

稱取一定量的含聚油泥加入反應器中，同時按油泥∶水為1 ∶1(質量比)加入清水，選擇功率300 W，頻率為25 kHz，初始溫度設定為45 ℃，分別加入0.05%，0.1%，0.3%，0.5%投加量的輔助藥劑石油磺酸鈉和十二烷基硫酸鈉，進行超聲清洗60 min，取樣測定含聚油泥的脫油率。

2 結果與討論

2.1 超聲功率、頻率、溫度的影響

圖1 為超聲功率對含聚油泥脫油效果的影響。

圖1 超聲功率對含聚油泥脫油效果的影響Fig.1 Influence of the ultrasonic power on the deoiling ratio

由圖1 可知，在固定超聲頻率為25 kHz 情況下，隨著超聲功率的增加，含聚油泥的脫油效果也明顯增加，主要由于功率的增加提高超聲波的聲場強度和空化效果，但相對于常規的油泥砂或罐底油泥，含聚油泥洗脫效果較低，主要與含聚油泥中弱親水性的疏水締合聚合物與石油類物質具有較強的吸附能力有關。

圖2 為超聲頻率對含聚油泥脫油效果的影響。

圖2 不同超聲頻率對含聚油泥脫油效果的影響Fig.2 Influence of the ultrasonic frequency on the deoiling ratio

由圖2 可知，在固定超聲功率300 W 不變情況下，頻率的增加并沒有提高脫油效果，低頻(20 ～30 kHz)時具有低的空化閾和高的空化強度，比較中高頻的密集的、低能量的氣泡，低頻超聲將產生尺寸更大、能量較高的空化氣泡。

表1 為溫度對含聚油泥脫油效果的影響實驗結果。

表1 溫度對含聚油泥脫油效果的影響Table 1 Influence of temperature on the deoiling ratio

由表1 可知，在超聲功率為300 W，頻率為25 kHz情況下，隨著溫度升高，含聚油泥脫油效率增加，溫度的提高有助于原油黏度的下降，增大油水接觸面積，最終提高油泥的脫油效率。

2.2 輔助藥劑的影響

含聚油泥主要源于返出聚合物與絮凝劑等藥劑反應或發生交聯，形成凝膠過程中吸附大量原油造成的，膠結強度大且流動性差，因此需要通過添加輔助化學藥劑，改善含聚油泥在水中的分散性，提高其在水中溶解性及流動性，最終增加脫油效率。

為了進一步評估超聲洗脫除油效果，本實驗選取了常用的表面活性劑，在相同條件下油泥中投加不同濃度的輔助藥劑，考察不同藥劑及投加量對超聲清洗效果的影響，實驗結果見表2。

表2 輔助藥劑對含聚油泥除油率的影響Table 2 Influence of the assistant detergent on the deoiling ratio

由表2 可知，與十二烷基硫酸鈉相比，石油磺酸鈉更具有易形成O/W 體系，在對含聚油泥洗脫過程中，污油的洗脫效果都隨加藥量的增大而提高，但相比十二烷基苯硫酸鹽石油磺酸鹽的洗脫效果要更好，這與其分子結構中含有芳香環結構單元有關。

3 結論

(1)在溫度不變條件下，隨著超聲頻率和功率的提高，脫油率成升高趨勢，反應溫度提高，脫油率也隨之增長。加入輔助清洗藥劑，能夠提高含聚油泥超聲洗脫除油效果，隨著投加量的提高，清洗效果也隨之提高。

(2)在超聲功率300 W，頻率25 kHz，溫度45 ℃，0.5%的十二烷基苯硫酸鈉等優化條件下，含聚油泥的超聲洗脫除油率僅為20%左右。

(3)針對海上S 油田含聚油泥，由于其特殊的組成及性狀，僅靠超聲洗脫技術效率較低，經濟效益較低，該技術適用性較差，需進一步考慮開展降解、超聲洗脫等復合處理技術的研究。

［1］ 張鳳久，姜偉，孫福街，等.海上稠油聚合物驅關鍵技術研究及礦產實驗［J］. 中國工程科學，2011，13(5):28-33.

［2］ 劉宗昭，劉福海，易飛，等.海上油田聚合物驅配套技術研究［J］.中國工程科學，2011，13(5):50-52.

［3］ 王新強，楊志剛，謝娟.超聲處理含油污泥除油實驗研究［J］.石油與天然氣化工，2006，35(3):239-241.

［4］ 楊繼生，徐輝.超聲波處理油泥砂脫油實驗研究［J］.石油學報(石油加工)，2010，26(2):300-304.

［5］ 朱宏武.油砂超聲波除油實驗研究［J］.石油礦產機械，2004，33(5):43-46.

［6］ 謝志海，張旭，趙敏，等.延長油田油泥組分分析［J］.應用化工，2011，40(2):353-354.