海上平臺注聚原油的分離技術研究

摘要：

海上油田經注聚后所產生的含聚原油在處理中面臨眾多問題，如：水質狀況差，注采比低，注水量達不到配注要求：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性程度的研究，確定水質指標，分析含聚污水組成及特性，搞清楚含聚原油穩定機制，有針對性地研制適用于含聚原油處理劑體系，以實現注聚原油分離的目的。

前言

原油處理是維持石油資源持續開發與環境保護之間協調發展的重要措施，然而目前海上油田經注聚后所產生的含聚原油處理面臨眾多問題，如：水質狀況差，注采比低，注水量達不到配注要求；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，這些問題嚴重制約含聚原油處理，也同時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，聚合物增強乳狀液穩定性的可能機理有兩種：一種認為聚合物的存在增加水相粘度，進而增加乳狀液粘度，從而阻礙油水分離速度：另一種認為聚合物吸附在油水界面增加了界面膜強度，從而導致乳狀液更穩定。通過考察不同分子量及濃度的HPAM分配系數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定性的具體作用機理。

1.含聚污水的油水分離特性及穩定機理研究

1.1聚合物對污水穩定性的影響

以聚合物配制系列濃度模擬含聚污水，采用M2000近紅外掃描分散穩定性分析儀檢測污水不同條件下的透射光，分析污水的穩定性。實驗原理：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）和兩個同步監測器組成，透射光監測器檢測穿過樣品池的透射光（0°），同時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度相對于樣品高度的變化，在樣品由混濁到澄清時可得到透射光的信息，此時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，同時當顆粒粒徑大于0.3pm時，背散射光強度與顆粒粒徑的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中的流出時間表征粘度，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速度直接相關。HPAM經過多重剪切降解作用后，分子量較注入時已大幅下降，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，這些都導致現場采出的實際含聚污水的粘度并沒有發生明顯的變化。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定性。

1.3聚合物在油水界面的吸附及對界面的性質影響

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證實這點。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，計算HPAM的分配系數，分配系數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增大。而聚合物在油水界面的吸附必然導致油水界面性質的改變。這些性質

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，影響乳狀液的穩定性。

2.乳液型污水處理劑的合成條件優化

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劑，恒溫反應5h左右，得到無色透明的聚合物乳液（有雜質時略帶淡黃色）。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和陽離子度等。

2.2乳液聚合的合成條件優化

HLB值是選擇合適乳化劑和調整復合型乳化劑的重要參數，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，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定性。但隨著HLB值再繼續增加聚合物的特性粘數又呈降低趨勢，這可能是由于體系中部分的乳膠粒開始向o/w體系轉化，因而特性粘數又有所降低。乳化劑的用量對乳液粒徑的大小有著至關重要的作用，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，嚴重時將可能導致乳液不穩定，甚至出現凝膠顆粒。

3.結束語

3.1通過含聚原油穩定性評價及微觀界面物理化學性質研究，對處理后的污水穩定性提高發揮了關鍵作用。

3.2根據作用機理及藥劑的礦場使用要求，開發出對應的污水處理劑。