聚合物對(duì)海上油田破乳劑和清水劑的影響

周偉強(qiáng)，鄭繼龍，張 寧

1.中海石油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300452；2.中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司，天津 300452

隨著海上油田采出程度的降低、含水率的增高，提高原油采收率的技術(shù)迅猛發(fā)展。日前，SZ 36-1、LD 10-1、JZ 9-3等油田主要采用聚合物驅(qū)油劑，有四川的AP-P4、法國(guó)艾森和大慶的幾種產(chǎn)品。聚合物驅(qū)油劑的使用，在一定程度上提高了原油的產(chǎn)量，但對(duì)油水處理系統(tǒng)造成了一定的影響。近些年，油水處理系統(tǒng)波動(dòng)比較頻繁，導(dǎo)致破乳劑、清水劑經(jīng)常需要更新?lián)Q代[1-2]。

海上油田的油水處理系統(tǒng)一般有一級(jí)處理器、二級(jí)處理器、電脫、斜板除油器、氣浮選器、核桃殼過濾器等。每一級(jí)光靠系統(tǒng)來分離處理油和水，很難達(dá)到外輸外排的要求，因此破乳劑和清水劑起了很重要的作用。除了這些，根據(jù)平臺(tái)特性還需要諸如消泡劑、緩蝕劑、防垢劑、殺菌劑和降黏劑等協(xié)同作用，才能達(dá)到預(yù)期效果。當(dāng)然，破乳劑和清水劑是所有藥劑中最重要的組分，起著至關(guān)重要的作用[3-5]。

破乳劑主要為環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷的聚醚類，按照起始劑的不同，分為不同的品種，有適用于含蠟原油，有適用于瀝青質(zhì)、膠質(zhì)的原油，也有適用于稠油、含水多的油田。破乳劑本來就是一種表面活性劑，它能改變?cè)瓉碛退缑娴男再|(zhì)，達(dá)到將更多的油和水分離的目的。清水劑多為丙烯酰胺衍生物的聚合物、聚醚或二硫代氨基甲酸鹽，有陽離子的、陰離子的，也有非離子的、兩性離子的。通俗說，清水劑分為絮凝劑和助凝劑，就是將水中的雜質(zhì)絮凝在一塊，便于下一步分離。驅(qū)油用聚合物主要為水解聚丙烯酰胺類，有普通線性結(jié)構(gòu)，也有疏水締合類結(jié)構(gòu)。聚合物在井底高溫高壓的作用下，性質(zhì)會(huì)發(fā)生一定的變化，吸附在油水界面處，在一定程度上增強(qiáng)了界面膜的強(qiáng)度，加大了破乳劑和清水劑的處理難度。這樣會(huì)導(dǎo)致集輸油品不合格，油中含水增多，外排水中含油也增多，給生態(tài)環(huán)境造成破壞，所以油田開采時(shí)經(jīng)常面臨破乳劑、清水劑等需要轉(zhuǎn)型更新的問題[6-8]。因此，本研究選取了CB-B平臺(tái)和SZ 36-1CEPK平臺(tái)的綜合油水樣為評(píng)價(jià)對(duì)象，考察各種聚合物對(duì)在用破乳劑和清水劑作用效果的影響，以期為以后的生產(chǎn)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 藥劑

聚合物：1#，HPAM，大慶煉化公司；2#，AP-P4，四川光亞聚合物化工有限公司；3#，HENGFLOC 62718，北京恒聚化工集團(tuán)有限責(zé)任公司；4#，F(xiàn)LOJET DRP 2100 X，法國(guó)艾森公司；5#，31751，河南正佳能源環(huán)保股份有限公司。聚合物質(zhì)量濃度為2 000 mg/L。

油水樣：CB-B綜合油水樣(未加藥劑)、SZ 36-1CEPK綜合油水樣(未加藥劑)。

清水劑：BHQ-321(CB-B平臺(tái)在用，中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司生產(chǎn))，用蒸餾水稀釋至10%，加藥量240 mg/L。BHQ-351(SZ 36-1CEPK平臺(tái)在用，中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司生產(chǎn))，用蒸餾水稀釋至10%，加藥量320 mg/L。

破乳劑：BH-132(CB-B平臺(tái)在用，中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司生產(chǎn))，用酒精稀釋至10%，加藥量90 mg/L。BH-123(SZ 36-1CEPK平臺(tái)在用，中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司生產(chǎn))，用酒精稀釋至10%，加藥量100 mg/L。

1.2 儀器

XG-CAMB1型接觸角測(cè)量?jī)x，上海軒軼創(chuàng)析工業(yè)設(shè)備有限公司；脫水瓶(100 mL)，四川蜀玻有限責(zé)任公司；水浴鍋(0～100 ℃)，無錫瑪瑞特科技有限公司；加藥槍(20～200 μL)，濟(jì)南歐萊博科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 乳化及破乳實(shí)驗(yàn)

1)取CB-B綜合油水樣(未加藥劑)中的水，平均分成5份，聚合物(1#、2#、3#、4#和5#)2 000 mg/L，分別緩慢加入其中5份燒杯中攪勻，配制成聚合物溶液，待用。

2)準(zhǔn)備12個(gè)脫水瓶，將5份聚合物溶液，各取5 mL分別倒入其中5個(gè)脫水瓶中，記為一組；同理，將5份聚合物溶液，再各取5 mL分別倒入另5個(gè)脫水瓶中，記為二組；再向剩下的2個(gè)空脫水瓶中分別只加入5 mL的綜合油水樣中的水，作為空白樣，分別置于一組和二組中。

3) 向12個(gè)脫水瓶中分別補(bǔ)加CB-B油樣至80 mL，放入72 ℃的水浴鍋中預(yù)熱15 min。

4)一組的6個(gè)脫水瓶不加破乳劑，二組的6個(gè)脫水瓶中分別加入90 mg/L的在用破乳劑BH-132，搖晃200下，置于水浴鍋中，定時(shí)觀察乳化和脫水情況。

對(duì)于SZ 36-1CEPK綜合油水樣，按同樣的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行。

1.3.2 清水實(shí)驗(yàn)

1)將5份聚合物溶液，各取5 mL倒入10個(gè)脫水瓶中，分為一組和二組，向剩下的2個(gè)脫水瓶中加入5 mL的綜合油水樣中的水，作為空白樣，分別置于一組和二組中。

2)向12個(gè)脫水瓶中分別補(bǔ)加CB-B水樣至80 mL，放入72 ℃的水浴鍋中預(yù)熱 min。

3)一組的6個(gè)脫水瓶中不加清水劑，向二組的6個(gè)脫水瓶中分別加入240 mg/L的在用清水劑BHQ-321，搖晃200次，置于水浴鍋中，定時(shí)觀察水色情況。

對(duì)于SZ 36-1CEPK綜合油水樣，按同樣的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 CB-B實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

2.1.1 乳化及破乳實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

考察不同反應(yīng)時(shí)間下5種聚合物(1#、2#、3#、4#和5#)對(duì)CB-B綜合油水樣的乳化及破乳實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖1～3，脫水實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

圖1 未加和加入破乳劑30 min時(shí)狀態(tài)

圖2 未加和加入破乳劑60 min時(shí)狀態(tài)

圖3 未加和加入破乳劑90 min時(shí)狀態(tài)

表1 聚合物對(duì)破乳劑BH-132脫水效果的影響 μL

續(xù)表 聚合物對(duì)破乳劑BH-132脫水效果的影響 μL

由圖1～3和表1可見：各個(gè)聚合物樣品尤其是空白樣，加入破乳劑之后，效果確實(shí)有很大提高，說明破乳劑對(duì)脫水很重要；同時(shí)，3#聚合物的乳化更為嚴(yán)重，始終沒有水析出，其他聚合物或多或少有少量水析出；從加破乳劑后的效果可以看出，所試驗(yàn)的聚合物，對(duì)破乳劑或多或少存在著不同的影響，但3#聚合物影響更大，說明疏水締合類的聚丙烯酸胺(PAM)嚴(yán)重制約著破乳劑作用的發(fā)揮，4#、5#聚合物對(duì)破乳劑有一定的影響，但它比在用的聚合物要好得多。

2.1.2 清水實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

考察5種聚合物(1#、2#、3#、4#、5#)對(duì)CB-B綜合油水樣的清水實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖4。

圖4 未加和加入清水劑10 min時(shí)狀態(tài)

由圖4可以看出：利用自然沉降，水色依然無法改變，當(dāng)加入清水劑后，水色較為透明，有很大改觀；與空白樣相比，聚合物的加入對(duì)水色沒有促進(jìn)作用，因?yàn)槟壳案鞣N聚合物為陰離子型，與陽離子清水劑相互中和，一定程度上影響了清水劑效果的發(fā)揮，但自制的聚合物比目前在用的疏水締合聚合物影響要小得多。

2.2 SZ 36-1CEPK實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

2.2.1 乳化及破乳實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

考察不同反應(yīng)時(shí)間下5種聚合物(1#、2#、3#、4#、5#)對(duì)SZ 36-1CEPK綜合油水樣的乳化及破乳實(shí)驗(yàn)，每張圖片中前4個(gè)為乳化實(shí)驗(yàn)，從左往右依次為空白樣、3#、4#、5#(均未加破乳劑)；后4個(gè)為破乳實(shí)驗(yàn)，依次為空白樣、3#、4#、5#(均加入破乳劑)， 結(jié)果見圖5，脫水實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

由圖5和表2可見：1)加入破乳劑后，較空白樣，原油的脫水效果確實(shí)有很大提高；2)從前4個(gè)乳化的結(jié)果可以看出，3#聚合物的乳化更為嚴(yán)重，始終沒有水析出，而空白和4#、5#聚合物或多或少有少量沉降水析出；3)從后4個(gè)乳化的結(jié)果可以看出，聚合物對(duì)破乳劑脫水有很大影響，但3#影響較4#和5#更大，即疏水締合類的影響更為嚴(yán)重。

圖5 不同反應(yīng)時(shí)間下的乳化破乳情況

表2 聚合物+破乳劑BH-123的脫水結(jié)果μL

2.2.2 清水實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)于5種聚合物(1#、2#、3#、4#、5#)對(duì)SZ 36-1CEPK綜合油水樣的清水實(shí)驗(yàn)，各脫水瓶加藥情況如下：1#、2#、3#、4#、5#樣品各取2 mL分別與320 mg/L的清水劑BHQ-351體系復(fù)配，分析聚合物體系對(duì)現(xiàn)場(chǎng)清水劑的清水效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6。

由圖6可以看出：聚合物1#和3#對(duì)后期水處理影響較大，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)清水劑的應(yīng)用有著嚴(yán)重的影響；從清水效果來看，按照在用清水劑的影響大小，聚合物按4#、5#、2#、1#、3#的順序影響越來越大(由左至右依次為空白、BHQ-351、1#+BHQ-351、2#+BHQ-351、4#+BHQ-351、5#+BHQ-351、3#+BHQ-351、1#+2#+BNQ-351)，其中3#疏水締合聚合物為現(xiàn)場(chǎng)在用聚合物，其對(duì)流程影響很大。

圖6 清水試驗(yàn)結(jié)果

2.3 接觸角測(cè)試結(jié)果分析

將用CB-B模擬水配制的2 000 mg/L的2種聚合物(3#和4#)溶液在70 ℃下老化10 d，在室溫下測(cè)定其接觸角，結(jié)果見圖7。

圖7 接觸角測(cè)試結(jié)果

由圖7可知：4#、3#聚合物的接觸角(θ)分別為54.70°、52.15°。因0～90°屬于極易潤(rùn)濕固體，而且親水性在此范圍內(nèi)隨著接觸角增大而減小，因此，聚合物3#比4#更易吸附在黏土表面，一方面容易裹覆黏土形成油泥，另一方面增大了油水界面膜的強(qiáng)度，導(dǎo)致后續(xù)油水分離困難。

3 結(jié)論

1)破乳劑和清水劑對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水處理有明顯改善作用；從兩個(gè)平臺(tái)油水樣脫水和清水效果來看，聚合物對(duì)破乳劑和清水劑有很大負(fù)面影響。

2)單從聚合物之間比較來說，疏水締合類聚合物的影響最嚴(yán)重，即疏水締合類的聚合物對(duì)聚醚類破乳劑和陽離子清水劑影響甚大。

3)疏水締合聚合物親水性比較強(qiáng)，容易裹覆黏土形成油泥，增強(qiáng)油水界面膜的強(qiáng)度，降低排液速度。