海上平台注聚原油的分离技术研究

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摘要：

海上油田经注聚后所产生的含聚原油在处理中面临众多问题，如：水质状况差，注采比低，注水量达不到配注要求：注水井措施有效期短，层间矛盾突出：含聚污水乳化程度高，油水分离困难，没有配套的高效污水处理药剂等等，限制了海上石油的开采。本文开展含聚原油与储层适应性程度的研究，确定水质指标，分析含聚污水组成及特性，搞清楚含聚原油稳定机制，有针对性地研制适用于含聚原油处理剂体系，以实现注聚原油分离的目的。

前言

原油处理是维持石油资源持续开发与环境保护之间协调发展的重要措施，然而目前海上油田经注聚后所产生的含聚原油处理面临众多问题，如：水质状况差，注采比低，注水量达不到配注要求；注水井措施有效期短，层间矛盾突出；含聚污水乳化程度高，油水分离困难，这些问题严重制约含聚原油处理，也同时限制了海上石油的开采。含聚污水属于水包油型乳状液，其稳定性是一个相对概念，主要决定于分散相絮凝和聚并速度的快慢。从理论上分析，聚合物增强乳状液稳定性的可能机理有两种：一种认为聚合物的存在增加水相粘度，进而增加乳状液粘度，从而阻碍油水分离速度：另一种认为聚合物吸附在油水界面增加了界面膜强度，从而导致乳状液更稳定。通过考察不同分子量及浓度的HPAM分配系数和相对粘度对脱水率的影响，以探讨聚合物对原油乳状液稳定性的具体作用机理。

1.含聚污水的油水分离特性及稳定机理研究

1.1聚合物对污水稳定性的影响

以聚合物配制系列浓度模拟含聚污水，采用M2000近红外扫描分散稳定性分析仪检测污水不同条件下的透射光，分析污水的稳定性。实验原理：将待测样装入特制的圆柱形测量管中，该仪器的探测头是由一个脉冲近红外光源（A=850nm）和两个同步监测器组成，透射光监测器检测穿过样品池的透射光（0°），同时背散射光接受被样品背散射的光（135°）。探测头扫描整个样品高度，每40）am采集一次透射光和被散射光的信号，用图形表示透射光及背散射光的强度相对于样品高度的变化，在样品由混浊到澄清时可得到透射光的信息，此时背散射光的信息很弱：而对于不透明的样品，可得到背散射光的信息。由散射的物理模型得知背散射光强度的值是由分散体系中颗粒的平均粒径d和颗粒的体积百分比浓度定的，同时当颗粒粒径大于0.3pm时，背散射光强度与颗粒粒径的i1/2成反比，即随着颗粒粒径的增加，背散射光强度降低。

1.2聚合物水相粘度对油水分离速度影响

以聚合物溶液在乌氏粘度计中的流出时间表征粘度，考察油水乳状液脱水率与聚合物溶液粘度之间的关系。单液滴的理想沉降速度公式为Stokes沉降公式，水相的粘度增大则油珠上升时所受的阻力也增大，上升速度下降。乳状液的破坏与液滴的絮凝和聚结速度直接相关。HPAM经过多重剪切降解作用后，分子量较注入时已大幅下降，且地层水中的高矿化度，尤其是钙镁离子会促使HPAM分子链卷曲，这些都导致现场采出的实际含聚污水的粘度并没有发生明显的变化。因此，仅靠水相粘度的增加还无法完全解释含聚污水的高度稳定性。

1.3聚合物在油水界面的吸附及对界面的性质影响

含聚污水中残存的HPAM，大部分由于良好的亲水性溶解于水相当中，还有少量分布于油水界面上。通过测定其在油水两相的分配系数证实这点。将不同分子量的聚合物配成不同浓度的溶液作为模拟乳状液水相，55℃下静置120min后，测定下层水相之中的聚合物浓度，计算HPAM的分配系数，分配系数可反映聚合物从水相迁移至油水界面的情况，由图4.3可知，HPAM的分配系数低于100%，说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数随其分子量、浓度的改变而变化不大，这说明聚合物在油水界面的吸附量随其浓度的增大而相应增大。而聚合物在油水界面的吸附必然导致油水界面性质的改变。这些性质

包括界面膜的弹性模量、膜的厚度、界面张力、电荷和界面粘度等，影响乳状液的稳定性。

2.乳液型污水处理剂的合成条件优化

2.1乳液型污水处理剂的合成

在250ml的三颈烧瓶中，称取一定量的丙烯酰胺单体（AM）和阳离子单体溶于适量，的蒸馏水中，加入一定量的乳化剂和一定量的无味煤油，在常温下高速搅拌（1200r/min）乳化1h，得到均一稳定的白色乳状液。再在一定温度的水浴中，将制得的乳液通氮30min除氧，在260r/min的搅拌速度下加入一定量的引发剂，恒温反应5h左右，得到无色透明的聚合物乳液（有杂质时略带淡黄色）。将制得的乳液滴加到搅拌着的无水乙醇中使其破乳，在无水乙醇中剪碎聚合物，然后再用无水乙醇洗涤两次，洗掉乳液中的乳化剂和煤油，再用丙酮洗涤两次。置于65℃的真空烘箱中烘干，测定聚合物的特性粘数和阳离子度等。

2.2乳液聚合的合成条件优化

HLB值是选择合适乳化剂和调整复合型乳化剂的重要参数，通常状况下，乳化剂的HLB值可以决定乳化体系的类型，即制备o/w型乳液时，选用的乳化剂的HLB值的范围为8-18，而W/O型乳液体系则应选用HLB值为3-8的乳化剂。提高乳化剂的HLB值才能保持体系的稳定性。但随着HLB值再继续增加聚合物的特性粘数又呈降低趋势，这可能是由于体系中部分的乳胶粒开始向o/w体系转化，因而特性粘数又有所降低。乳化剂的用量对乳液粒径的大小有着至关重要的作用，乳化剂用量太少，乳化剂不能完全覆盖乳胶粒，这将会使得乳胶粒之间相互聚并，聚并成较大的乳胶粒，这必然使乳液的粒径增大，严重时将可能导致乳液不稳定，甚至出现凝胶颗粒。

3.结束语

3.1通过含聚原油稳定性评价及微观界面物理化学性质研究，对处理后的污水稳定性提高发挥了关键作用。

3.2根据作用机理及药剂的矿场使用要求，开发出对应的污水处理剂。