近年來,在我國開采的石油中,使用三次采油所開采出的原油占絕大部分,三次采油技術應用的越來越廣泛,研究改進三次采油和處理三次采油采出液已成為如今石油行業的熱點[1,2]｡由于聚驅采出液的粘度增大､油珠平均粒徑減小､難生物降解的物質含量增高,導致聚驅采出液乳化程度增大,相比于水驅采出液處理更加特殊,且難度更大[3]｡如今普遍應用于采油現場的污水處理工藝,如隔油､浮選､沉降[4,5]等,對于處理聚驅采出液來說效果都不理想,不僅處理時間長,藥品用量大,經濟效益差,而且出水也達不到油田回注水的標準｡針對聚驅采出液水質特性及乳化特性,研究有效的處理工藝及方法,有著顯著的實際應用價值和良好的環境效益｡
目前聚驅采油常用的聚合物多數為部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)｡HPAM作為增稠劑可大幅提高石油采收率,但同時也產生了大量難以處理的聚驅采油污水｡為解決國內某油田公司聚驅采出液的處理問題,對聚驅采出液水質特性及乳化特性進行實驗研究,針對聚驅采出液研發出具備高效破乳性能的藥劑,考察了不同破乳藥劑對該采出液的處理效果,確定了最佳破乳劑類型､投加量及最佳反應溫度,并進行了與絮凝劑的復配實驗研究,污水處理后達到油田回注水水質標準｡
1 實驗部分
1.1 試劑､材料和儀器
原油和聚驅采油污水 取自國內某油田公司｡其中,原油雜質含量為5.464g/L,實驗所用HPAM溶解時間<2h,分子量為21.08×106,殘余單體含量為0.054%｡
無機破乳藥劑1#､2#､3#､4#均為中國石油大學(北京)環境中心自備藥劑,陽離子聚丙烯酰胺PAM1#､PAM2#均為德國天使公司生產,陽離子聚丙烯酰胺PAM3#､PAM4#均為法國愛森公司生產,聚合氯化鋁PAC及聚合硫酸鋁PAS均為A.R.級｡
實驗所用儀器包括:JYW200型表面張力儀､MalvernZetasizerNanoZS粒度儀､紫外可見分光光度計､HHY2恒溫油浴鍋､XHFD高速分散器､分析天平､電動攪拌機及OIL460型紅外分光測油儀｡
1.2 取樣方式
受時間及溫度等條件影響,現場取回水樣放置后會出現輕微沉淀現象,但由于該采油污水乳化穩定性強,較長時間放置及溫度變化對水樣水質穩定性能影響較小｡同時,每次取樣前都對采樣容器進行充分震蕩,并且水樣從采樣容器轉移至燒杯過程中,采取少量､多次､折返加樣的方式,盡量保證實驗水樣水質的均一性及穩定性｡
1.3 實驗方法
采油污水的各項水質分析測試指標､分析方法參考《水和廢水監測分析方法》(第4版)｡
采油污水乳化特性測定中,采用表面張力儀法測定表面張力,采用庫倫特粒度儀法測定粒徑分布及平均粒徑,采用Zeta電位儀法測定Zeta電位,采用淀粉碘化鎘分光光度法測定聚合物含量｡
模擬鹽水配制:基于聚驅采出液水質指標,取CaCl2､MgCl2·6H2O､NaCl､NaHCO3 分別為0.2775､0.2541､5.0817和0.8702g,用蒸餾水定容至1L｡用量筒取一定量的鹽水于燒杯中,調節磁力攪拌器的轉速,使鹽水形成漩渦,緩慢撒入稱取好的HPAM,攪拌至完全溶解｡
模擬乳狀液的配制方法如下:將盛有一定量模擬鹽水的燒杯與盛有一定量油品的燒杯放入50℃的水浴鍋中預熱30min｡將預熱后的模擬鹽水放到高速分散器上,將分散器的轉子置于距底部大約2cm處,開啟分散器,緩慢將轉速調至10000r/min,將預熱后的油品慢慢倒入模擬鹽水中,攪拌5min,制得模擬乳狀液｡將制得的乳狀液放入60℃的水浴中靜置30min,去除表面浮油｡
破乳實驗:取國內某油田采油污水乳狀液,在水浴中恒溫0.5h,加入破乳劑,使用電動攪拌機攪拌均勻,靜置一定時間,測破乳后水中的含油量｡
絮凝實驗:絮凝實驗使用電動攪拌機,在燒杯中加入1L經破乳處理后的水樣,于快速攪拌下(200r/min)加入一定量的絮凝劑,繼續快速攪拌1min,然后慢速攪拌(40r/min)15min｡靜置沉降30min,取上清液測量水樣含油量､懸浮物｡
2 結果與討論
2.1 聚驅采出液水質特性
由于受到原油中膠質､瀝青質和驅油劑以及地層天然顆粒物等影響,聚驅采出液水質比較復雜,處理難度比較大而且回注效率低｡對聚驅采出液水質特性進行實驗分析是進行處理技術研究的基礎｡
對國內某油田聚驅采出液水質實驗分析,便于對比討論,對該油田水驅采出液也進行了水質分析,如表1所示｡與水驅采出液相比,聚驅采出液各主要污染物類型含量均較高,油含量接近700mg/L;懸浮物含量接近1000mg/L;硫化物含量約為30mg/L;電導率約為2000μs/cm,Fe2+含量接近30mg/L｡其中,較高的Fe2+含量會導致水滴與水相間的融合變得困難,逐漸在油水界面層區域內形成油水過渡層,增強水樣的乳化穩定性[6]｡
2.2 聚驅采出液乳化特性
對聚驅采出液水質特性分析可知,與水驅采出液相比,該污水水質較差,乳化穩定性較強,處理難度較大｡為充分了解聚驅采出液乳化程度,對該污水乳化特性進行實驗分析｡同時,為便于討論,對水驅采出液乳化特性也進行了實驗分析｡具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
實驗結果表明,聚驅采出液乳化體系較為穩定,油水分離較為困難｡如表2所示,與水驅采出液相比,聚驅采出液表面張力小于水驅,且均小于水,2種采出液均顯示出一定程度乳化現象,且聚驅采出液乳化程度更加嚴重;聚驅采出液油珠平均粒徑小于水驅,且平均粒徑小于100μm,僅通過重力沉降來達到油水分離的目的很困難;聚驅采出液Zeta電位更小,其乳化體系中油珠表面的負電性更強,靜電排斥力更大,乳化體系更加穩定;聚驅采出液中還有一定的聚合物含量,約為138mg/L｡作為聚驅驅油劑的HPAM 是高分子物質,難以降解,HPAM 還會影響水相的粘度,導致油珠碰撞效率降低[7,8]｡
詳情請下載：油田聚驅采出液乳化特性及其破乳-絮凝
