非離子和陽離子清水劑效果差異研究

徐 超, 王 晶

隨著海上油田的不斷開發, 產液含水率逐漸上升, 油田的油水處理矛盾逐漸由原油脫水轉向含油污水處理。 常規的陽離子型清水劑由于其產生污油粘度大, 易造成污水處理濾器的堵塞和濾料的板結, 且污油轉至原油系統進行處理時, 對原油的整體脫水效果造成負面影響[1-3]。 近年來由于陽離子清水劑的種種弊端, 非離子清水劑在油田使用越來越廣泛, 由于其良好的處理效果及較小的負面影響, 也越來越受到油田的關注及歡迎[4-5]。

本文針對渤海某稠油油田開展了非離子、 陽離子清水劑的研究, 對非離子清水劑的評價方法進行了完善。 最終使用改進后的方法選出了適合現場應用的非離子型清水劑, 并在現場試驗中取得成功。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

市售蒸餾水; 不同分子量的PDDA 類清水劑, 不同分子量的多乙烯多胺類清水劑, 中海油(天津)油田化工有限公司生產; Wilks ATR-SP 便攜式紅外測油儀, 精度±0.2 mg/L, 美國Wilks 公司; 872Af 羅賓遜離心機配套離心管, 美國羅賓遜Robinson 公司, 體積100 mL, 精度0.05 mL; TW20 水浴, 德國優博萊公司, 穩定性±0.2 ℃, 工作范圍5 ～99.9 ℃; 微量移液器Transferpettor, 德國BRAND 公司, 精度0.05 μL, 量程0 ～10 μL; Brookfield DV-Ⅲ粘度計, 美國Brookfield 公司; 12 孔定制木質手工震蕩架(震蕩離心管用); 分析純正己烷, 市售; 渤海某油田原油及污水。

1.2 實驗方法

(1)清水效果評價實驗: 參照SY/T 5797-1993《水包油乳狀液破乳劑使用性能評定方法》, 分別用PDDA 類清水劑與多乙烯多胺類清水劑針對斜板除油器入口污水, 在污水處理系統運行溫度60 ℃下, 開展清水效果評價實驗。

(2)抗乳化性實驗: 在60 ℃下, 對經清水劑處理后的污水, 在1000 r/min 的剪切速度下, 剪切5 min, 然后對其水相含油值進行檢測。

(3)對污油粘度的影響實驗: 在60 ℃下, 針對清水劑實驗后, 不同類型清水劑產生的污油進行粘度檢測。

(4)對原油脫水效果的影響實驗: 參照SY/T 5281-2000《原油破乳劑使用性能檢測方法(瓶試法)》, 在一級分離器運行溫度60 ℃下, 針對油田原油, 開展了PDDA 類清水劑及多乙烯多胺類清水劑對原油脫水效果的影響實驗。

(5)開展了多乙烯多胺類清水劑在污水系統的加注實驗。

2 結果與討論

2.1 清水效果評價實驗

從圖1 可以看出: 加注濃度為200 mg/L 時, 針對PDDA 類陽離子型清水劑及多乙烯多胺類非離子型清水劑, 清水效果均隨著分子量的增加而改善。 由于PDDA 類清水劑屬于陽離子型清水劑, 其作用機理為絮凝, 所以其作用時間短, 清水劑效果基本不隨時間的延長而改善。 多乙烯多胺類屬于非離子型清水劑, 其作用機理為破乳, 所以其清水效果隨著時間的延長而改善。

圖1 不同分子量陽離子與非離子型清水劑清水效果實驗Fig.1 Effectiveness of the water clarifier ofthe nonionic and cation water clarifier with different molecular weight

從圖2 可以看出: 針對分子量為10000 的PDDA 類清水劑,其清水效果隨加注濃度的升高而改善, 當濃度超過150 ppm后, 清水效果隨濃度的升高改善不明顯; 針對分子量為30000的多乙烯多胺類清水劑, 加注濃度為100 ～200 mg/L 范圍內,其清水效果隨其加注濃度的升高而改善。

圖2 不同濃度陽離子與非離子型清水劑清水效果對比Fig.2 Effectiveness of the water clarifier ofthe nonionic and cation water clarifier with different concentration

2.2 抗乳化性實驗

從圖3 可以看出: 由于PDDA 類清水劑產生的污油粘度大, 性質與正常原油差異較大, 形成的污油經剪切后不易再次乳化, 所以剪切對其清水效果影響不大; 由于多乙烯多胺類清水劑產生的污油性質與正常原油基本一致, 經快速剪切后易再次乳化, 所以剪切對多乙烯多胺類清水劑清水效果有較大的負面影響。

圖3 剪切對清水劑效果的影響Fig.3 The influences of cutting for the effectiveness of water clarifier

2.3 清水劑對污油粘度的影響實驗

從圖4 可以看出: 由于PDDA 清水機理為絮凝, 加注濃度越高絮凝能力越強、 形成的絮團越緊密, 所以分子量為10000的PDDA 類清水劑產生的污油粘度隨其加注濃度為升高而增加; 多乙烯多胺類類清水劑機理為破乳, 所以分子量為30000的多乙烯多胺類類清水劑產生的污油粘度基本與其加注濃度無關。

圖4 清水劑加注濃度對污油粘度的影響Fig.4 Viscosity of the waste oil with different concentration of water clarifier

2.4 對原油脫水效果的影響實驗

從表1 可以看出: PDDA 類清水劑加注濃度越高, 絮凝能力越強, 對原油性質影響越大, 所以分子量為10000 的PDDA類清水劑隨著其加注濃度的升高, 其對原油脫水效果的負面影響越大; 由于多乙烯多胺類清水劑作用機理為破乳, 其的加注對原油物性基本無影響, 所以分子量為30000 的多乙烯多胺類類清水劑基本對原油脫水效果基本無影響。

表1 不同類型清水劑對原油脫水效果的影響Table 1 The oil dehydration influential of different kind of water clarifier

續表1

2.5 清水劑現場加注實驗

從表2 可以看出: 針對分子量為10000 的PDDA 類清水劑其加注濃度為150 mg/L 其清水劑效果基本不隨濃度的升高而改善, 在該濃度下其的處理效果能夠滿足注水含油值≤30 mg/L 的技術要求; 針對分子量為30000 的多乙烯多胺類清水劑其加注濃度為150 mg/L 其清水劑效果基本不隨濃度的升高而改善, 在該濃度下其的處理效果能夠滿足注水含油值≤30 mg/L 的技術要求。 從核桃殼過濾器出口與注水緩沖出口含油值對比看,PDDA 類清水劑處理后的污水在注水緩沖罐中沉降一段時間后,注水緩沖罐出口水中含油值仍有明顯降低, 而注水緩沖罐的沉降對多乙烯多胺類清水劑處理后的污水含油值影響不大。 該原因主要是由于核桃殼過濾器前增壓泵對多乙烯多胺類清水劑處理污水高速剪切導致污水乳化性增強, 而高乳化性的污水穩定性較高, 短時間沉降對其污水含油值影響不大。

表2 清水劑現場加注實驗Table 2 The field trial of the water clarifier

3 結 論

針對渤海某油田污水, PDDA 類清水劑有良好的清水效果,但其對原油脫水效果有較大的負面影響從而限制了其在現場的應用; 多乙烯多胺類清水劑在現場加注后, 清水效果滿足現場要求, 且對原油脫水效果無影響。 多乙烯多胺類清水劑在其它油田進行評價及應用時在考慮其清水效果的同時, 應結合現場的流程特點充分考慮該類型藥劑處理后污水經高速剪切后效果變差的問題。