海上平臺注聚原油的分離技術(shù)研究

摘要：

海上油田經(jīng)注聚后所產(chǎn)生的含聚原油在處理中面臨眾多問題，如：水質(zhì)狀況差，注采比低，注水量達(dá)不到配注要求：注水井措施有效期短，層間矛盾突出：含聚污水乳化程度高，油水分離困難，沒有配套的高效污水處理藥劑等等，限制了海上石油的開采。本文開展含聚原油與儲層適應(yīng)性程度的研究，確定水質(zhì)指標(biāo)，分析含聚污水組成及特性，搞清楚含聚原油穩(wěn)定機(jī)制，有針對性地研制適用于含聚原油處理劑體系，以實(shí)現(xiàn)注聚原油分離的目的。

前言

原油處理是維持石油資源持續(xù)開發(fā)與環(huán)境保護(hù)之間協(xié)調(diào)發(fā)展的重要措施，然而目前海上油田經(jīng)注聚后所產(chǎn)生的含聚原油處理面臨眾多問題，如：水質(zhì)狀況差，注采比低，注水量達(dá)不到配注要求；注水井措施有效期短，層間矛盾突出；含聚污水乳化程度高，油水分離困難，這些問題嚴(yán)重制約含聚原油處理，也同時(shí)限制了海上石油的開采。含聚污水屬于水包油型乳狀液，其穩(wěn)定性是一個相對概念，主要決定于分散相絮凝和聚并速度的快慢。從理論上分析，聚合物增強(qiáng)乳狀液穩(wěn)定性的可能機(jī)理有兩種：一種認(rèn)為聚合物的存在增加水相粘度，進(jìn)而增加乳狀液粘度，從而阻礙油水分離速度：另一種認(rèn)為聚合物吸附在油水界面增加了界面膜強(qiáng)度，從而導(dǎo)致乳狀液更穩(wěn)定。通過考察不同分子量及濃度的HPAM分配系數(shù)和相對粘度對脫水率的影響，以探討聚合物對原油乳狀液穩(wěn)定性的具體作用機(jī)理。

1.含聚污水的油水分離特性及穩(wěn)定機(jī)理研究

1.1聚合物對污水穩(wěn)定性的影響

以聚合物配制系列濃度模擬含聚污水，采用M2000近紅外掃描分散穩(wěn)定性分析儀檢測污水不同條件下的透射光，分析污水的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)原理：將待測樣裝入特制的圓柱形測量管中，該儀器的探測頭是由一個脈沖近紅外光源（A=850nm）和兩個同步監(jiān)測器組成，透射光監(jiān)測器檢測穿過樣品池的透射光（0°），同時(shí)背散射光接受被樣品背散射的光（135°）。探測頭掃描整個樣品高度，每40）am采集一次透射光和被散射光的信號，用圖形表示透射光及背散射光的強(qiáng)度相對于樣品高度的變化，在樣品由混濁到澄清時(shí)可得到透射光的信息，此時(shí)背散射光的信息很弱：而對于不透明的樣品，可得到背散射光的信息。由散射的物理模型得知背散射光強(qiáng)度的值是由分散體系中顆粒的平均粒徑d和顆粒的體積百分比濃度定的，同時(shí)當(dāng)顆粒粒徑大于0.3pm時(shí)，背散射光強(qiáng)度與顆粒粒徑的i1/2成反比，即隨著顆粒粒徑的增加，背散射光強(qiáng)度降低。

1.2聚合物水相粘度對油水分離速度影響

以聚合物溶液在烏氏粘度計(jì)中的流出時(shí)間表征粘度，考察油水乳狀液脫水率與聚合物溶液粘度之間的關(guān)系。單液滴的理想沉降速度公式為Stokes沉降公式，水相的粘度增大則油珠上升時(shí)所受的阻力也增大，上升速度下降。乳狀液的破壞與液滴的絮凝和聚結(jié)速度直接相關(guān)。HPAM經(jīng)過多重剪切降解作用后，分子量較注入時(shí)已大幅下降，且地層水中的高礦化度，尤其是鈣鎂離子會促使HPAM分子鏈卷曲，這些都導(dǎo)致現(xiàn)場采出的實(shí)際含聚污水的粘度并沒有發(fā)生明顯的變化。因此，僅靠水相粘度的增加還無法完全解釋含聚污水的高度穩(wěn)定性。

1.3聚合物在油水界面的吸附及對界面的性質(zhì)影響

含聚污水中殘存的HPAM，大部分由于良好的親水性溶解于水相當(dāng)中，還有少量分布于油水界面上。通過測定其在油水兩相的分配系數(shù)證實(shí)這點(diǎn)。將不同分子量的聚合物配成不同濃度的溶液作為模擬乳狀液水相，55℃下靜置120min后，測定下層水相之中的聚合物濃度，計(jì)算HPAM的分配系數(shù)，分配系數(shù)可反映聚合物從水相遷移至油水界面的情況，由圖4.3可知，HPAM的分配系數(shù)低于100%，說明部分聚合物被吸附到乳液的油水界面上。但是聚合物的分配系數(shù)隨其分子量、濃度的改變而變化不大，這說明聚合物在油水界面的吸附量隨其濃度的增大而相應(yīng)增大。而聚合物在油水界面的吸附必然導(dǎo)致油水界面性質(zhì)的改變。這些性質(zhì)

包括界面膜的彈性模量、膜的厚度、界面張力、電荷和界面粘度等，影響乳狀液的穩(wěn)定性。

2.乳液型污水處理劑的合成條件優(yōu)化

2.1乳液型污水處理劑的合成

在250ml的三頸燒瓶中，稱取一定量的丙烯酰胺單體（AM）和陽離子單體溶于適量，的蒸餾水中，加入一定量的乳化劑和一定量的無味煤油，在常溫下高速攪拌（1200r/min）乳化1h，得到均一穩(wěn)定的白色乳狀液。再在一定溫度的水浴中，將制得的乳液通氮30min除氧，在260r/min的攪拌速度下加入一定量的引發(fā)劑，恒溫反應(yīng)5h左右，得到無色透明的聚合物乳液（有雜質(zhì)時(shí)略帶淡黃色）。將制得的乳液滴加到攪拌著的無水乙醇中使其破乳，在無水乙醇中剪碎聚合物，然后再用無水乙醇洗滌兩次，洗掉乳液中的乳化劑和煤油，再用丙酮洗滌兩次。置于65℃的真空烘箱中烘干，測定聚合物的特性粘數(shù)和陽離子度等。

2.2乳液聚合的合成條件優(yōu)化

HLB值是選擇合適乳化劑和調(diào)整復(fù)合型乳化劑的重要參數(shù)，通常狀況下，乳化劑的HLB值可以決定乳化體系的類型，即制備o/w型乳液時(shí)，選用的乳化劑的HLB值的范圍為8-18，而W/O型乳液體系則應(yīng)選用HLB值為3-8的乳化劑。提高乳化劑的HLB值才能保持體系的穩(wěn)定性。但隨著HLB值再繼續(xù)增加聚合物的特性粘數(shù)又呈降低趨勢，這可能是由于體系中部分的乳膠粒開始向o/w體系轉(zhuǎn)化，因而特性粘數(shù)又有所降低。乳化劑的用量對乳液粒徑的大小有著至關(guān)重要的作用，乳化劑用量太少，乳化劑不能完全覆蓋乳膠粒，這將會使得乳膠粒之間相互聚并，聚并成較大的乳膠粒，這必然使乳液的粒徑增大，嚴(yán)重時(shí)將可能導(dǎo)致乳液不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)凝膠顆粒。

3.結(jié)束語

3.1通過含聚原油穩(wěn)定性評價(jià)及微觀界面物理化學(xué)性質(zhì)研究，對處理后的污水穩(wěn)定性提高發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

3.2根據(jù)作用機(jī)理及藥劑的礦場使用要求，開發(fā)出對應(yīng)的污水處理劑。