油田聚驱采出液乳化特性及其破乳-絮凝

2017-03-15 08:06:30 9

  近年来,在我国开采的石油中,使用三次采油所开采出的原油占绝大部分,三次采油技术应用的越来越广泛,研究改进三次采油和处理三次采油采出液已成为如今石油行业的热点[1,2]。由于聚驱采出液的粘度增大、油珠平均粒径减小、难生物降解的物质含量增高,导致聚驱采出液乳化程度增大,相比于水驱采出液处理更加特殊,且难度更大[3]。如今普遍应用于采油现场的污水处理工艺,如隔油、浮选、沉降[4,5]等,对于处理聚驱采出液来说效果都不理想,不仅处理时间长,药品用量大,经济效益差,而且出水也达不到油田回注水的标准。针对聚驱采出液水质特性及乳化特性,研究有效的处理工艺及方法,有着显著的实际应用价值和良好的环境效益。

  目前聚驱采油常用的聚合物多数为部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)。HPAM作为增稠剂可大幅提高石油采收率,但同时也产生了大量难以处理的聚驱采油污水。为解决国内某油田公司聚驱采出液的处理问题,对聚驱采出液水质特性及乳化特性进行实验研究,针对聚驱采出液研发出具备高效破乳性能的药剂,考察了不同破乳药剂对该采出液的处理效果,确定了最佳破乳剂类型、投加量及最佳反应温度,并进行了与絮凝剂的复配实验研究,污水处理后达到油田回注水水质标准。

  1 实验部分

  1.1 试剂、材料和仪器

  原油和聚驱采油污水 取自国内某油田公司。其中,原油杂质含量为5.464g/L,实验所用HPAM溶解时间<2h,分子量为21.08×106,残余单体含量为0.054%。

  无机破乳药剂1#、2#、3#、4#均为中国石油大学(北京)环境中心自备药剂,阳离子聚丙烯酰胺PAM1#、PAM2#均为德国天使公司生产,阳离子聚丙烯酰胺PAM3#、PAM4#均为法国爱森公司生产,聚合氯化铝PAC及聚合硫酸铝PAS均为A.R.级。

  实验所用仪器包括:JYW200型表面张力仪、MalvernZetasizerNanoZS粒度仪、紫外可见分光光度计、HHY2恒温油浴锅、XHFD高速分散器、分析天平、电动搅拌机及OIL460型红外分光测油仪。

  1.2 取样方式

  受时间及温度等条件影响,现场取回水样放置后会出现轻微沉淀现象,但由于该采油污水乳化稳定性强,较长时间放置及温度变化对水样水质稳定性能影响较小。同时,每次取样前都对采样容器进行充分震荡,并且水样从采样容器转移至烧杯过程中,采取少量、多次、折返加样的方式,尽量保证实验水样水质的均一性及稳定性。

  1.3 实验方法

  采油污水的各项水质分析测试指标、分析方法参考《水和废水监测分析方法》(第4版)。

  采油污水乳化特性测定中,采用表面张力仪法测定表面张力,采用库伦特粒度仪法测定粒径分布及平均粒径,采用Zeta电位仪法测定Zeta电位,采用淀粉碘化镉分光光度法测定聚合物含量。

  模拟盐水配制:基于聚驱采出液水质指标,取CaCl2、MgCl2·6H2O、NaCl、NaHCO3 分别为0.2775、0.2541、5.0817和0.8702g,用蒸馏水定容至1L。用量筒取一定量的盐水于烧杯中,调节磁力搅拌器的转速,使盐水形成漩涡,缓慢撒入称取好的HPAM,搅拌至完全溶解。

  模拟乳状液的配制方法如下:将盛有一定量模拟盐水的烧杯与盛有一定量油品的烧杯放入50℃的水浴锅中预热30min。将预热后的模拟盐水放到高速分散器上,将分散器的转子置于距底部大约2cm处,开启分散器,缓慢将转速调至10000r/min,将预热后的油品慢慢倒入模拟盐水中,搅拌5min,制得模拟乳状液。将制得的乳状液放入60℃的水浴中静置30min,去除表面浮油。

  破乳实验:取国内某油田采油污水乳状液,在水浴中恒温0.5h,加入破乳剂,使用电动搅拌机搅拌均匀,静置一定时间,测破乳后水中的含油量。

  絮凝实验:絮凝实验使用电动搅拌机,在烧杯中加入1L经破乳处理后的水样,于快速搅拌下(200r/min)加入一定量的絮凝剂,继续快速搅拌1min,然后慢速搅拌(40r/min)15min。静置沉降30min,取上清液测量水样含油量、悬浮物。

  2 结果与讨论

  2.1 聚驱采出液水质特性

  由于受到原油中胶质、沥青质和驱油剂以及地层天然颗粒物等影响,聚驱采出液水质比较复杂,处理难度比较大而且回注效率低。对聚驱采出液水质特性进行实验分析是进行处理技术研究的基础。

  对国内某油田聚驱采出液水质实验分析,便于对比讨论,对该油田水驱采出液也进行了水质分析,如表1所示。与水驱采出液相比,聚驱采出液各主要污染物类型含量均较高,油含量接近700mg/L;悬浮物含量接近1000mg/L;硫化物含量约为30mg/L;电导率约为2000μs/cm,Fe2+含量接近30mg/L。其中,较高的Fe2+含量会导致水滴与水相间的融合变得困难,逐渐在油水界面层区域内形成油水过渡层,增强水样的乳化稳定性[6]。

  2.2 聚驱采出液乳化特性

  对聚驱采出液水质特性分析可知,与水驱采出液相比,该污水水质较差,乳化稳定性较强,处理难度较大。为充分了解聚驱采出液乳化程度,对该污水乳化特性进行实验分析。同时,为便于讨论,对水驱采出液乳化特性也进行了实验分析。具体参见污水技术资料更多相关技术文档。

  实验结果表明,聚驱采出液乳化体系较为稳定,油水分离较为困难。如表2所示,与水驱采出液相比,聚驱采出液表面张力小于水驱,且均小于水,2种采出液均显示出一定程度乳化现象,且聚驱采出液乳化程度更加严重;聚驱采出液油珠平均粒径小于水驱,且平均粒径小于100μm,仅通过重力沉降来达到油水分离的目的很困难;聚驱采出液Zeta电位更小,其乳化体系中油珠表面的负电性更强,静电排斥力更大,乳化体系更加稳定;聚驱采出液中还有一定的聚合物含量,约为138mg/L。作为聚驱驱油剂的HPAM 是高分子物质,难以降解,HPAM 还会影响水相的粘度,导致油珠碰撞效率降低[7,8]。

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