一種陰離子聚丙烯酰胺的合成及其應(yīng)用

曹陽，徐鋮

（天津正達科技有限責(zé)任公司，天津 300308）

目前，我國海上采油平臺大部分都已進入高含水的開發(fā)后期，油井采出液綜合含水率大于90%。而海上油田平臺由于空間有限設(shè)備精簡，要求處理的時間更短、速度更快，且平臺采出液中的污水經(jīng)處理后最終要回注或者直接排海，這就對污水處理后水中含油(OIW)要求的更為嚴格。因此研制新型的海上油田水處理專用藥劑對于海上平臺來說具有重要意義。

聚丙烯酰胺(PAM)是一種水溶性高分子聚合物，由于其特殊的理化性質(zhì)和分子結(jié)構(gòu)特點而多被應(yīng)用到石油開采、污水處理、造紙等行業(yè)中，尤其在鉆井、三次采油等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1,2]。同時，PAM 又稱為“百業(yè)助劑”、“萬能產(chǎn)品”，在國內(nèi)油田三次采油技術(shù)中被大范圍推廣[3,4]。

由于在水中解離形態(tài)的差異，PAM 可以分為非離子型、陽離子型、陰離子型和兩性離子型四種，由于其分子鏈中含有一定數(shù)量的極性基團，因此能吸附水中懸浮的固體顆粒，使粒子間吸附架橋或電性中和，形成大的絮凝物質(zhì)而快速的沉淀或上浮[5]。因此近年來，PAM 作為絮凝劑被越來越多的使用于油田污水的處理中，其中陰離子聚丙烯酰胺（APAM）的應(yīng)用逐漸增多。

1 實驗合成

1.1 主要原料和試劑

丙烯酰胺(AM)，丙烯酸(AA)，NaOH，EDTA；均為分析純，天津化學(xué)試劑廠生產(chǎn)。引發(fā)劑為自配，主要成分為亞硫酸氫鹽。

1.2 APAM 的合成

將一定量的丙烯酰胺、丙烯酸水溶液，助劑等加入到帶有溫度計、導(dǎo)氣管和攪拌器的四口瓶中，將四口瓶置于恒溫水浴中，通入N2并加熱至預(yù)定溫度，加入引發(fā)劑，反應(yīng)6h 左右，得透明粘稠液體，結(jié)束反應(yīng)。

根據(jù)之前的實驗工作，丙烯酰胺（AM）與丙烯酸（AA）的比例為5∶1，EDTA 用量為0.02%，體系pH 值為5，反應(yīng)時間為6h，合成全程中通N2除氧，為合成新型APAM 的最佳工藝條件。參照GB／T 1 2005.10-92，測得相對分子質(zhì)量約為1.9×107，符合預(yù)期。

2 現(xiàn)場性能評價

2.1 產(chǎn)品性能評價方法

本文采用南海某油田下游生產(chǎn)水進行評價實驗。南海某油田原有密度約為0.87g/cm3（20℃），其采出液的綜合含水率約為90.2%。取油田現(xiàn)場流程下游生產(chǎn)水作為本次實驗的樣品，該水樣為油田現(xiàn)場一級分離器出水，已加入現(xiàn)場日常使用的反向破乳劑作為清水劑使用。將500mL 水樣加入到500mL 試驗瓶中，放入恒溫水浴鍋加熱到設(shè)定的溫度，用微量移液槍分別向每個試驗瓶加注一定量的藥劑樣品，蓋緊瓶蓋，將各實驗瓶同時且平行的震蕩200 次，放回水浴鍋中靜置，觀察不同試驗瓶中的現(xiàn)象狀態(tài)，待試驗瓶中絮凝上浮過程結(jié)束后，記錄觀察結(jié)果。靜置30min 后，從試驗瓶中抽取100mL 下層水樣，用便攜式水中含有分析儀檢測水中含油質(zhì)量濃度（mg/L）。

2.2 現(xiàn)場小試評價結(jié)果

將新型陰離子聚丙烯酰胺與市面上同類型產(chǎn)品進行對比，驗證產(chǎn)品性能。市購三種常見的APAM 將其編號為1#、2#、3#，藥劑加注濃度為1.2mg/L，實驗溫度為油田現(xiàn)場生產(chǎn)流程溫度45℃，靜置30min 后，對比不同實驗瓶中的絮凝和上浮情況，并檢測中下層水中含油質(zhì)量濃度（mg/L），數(shù)據(jù)參見表1，結(jié)果參見圖1～圖4。

表1 不同絮凝劑下層水質(zhì)對比結(jié)果

圖1 加入不同藥劑并震蕩后1min 的水質(zhì)對比（從左向右依次為1～5 號）

圖2 加入不同藥劑并靜置30min 的水質(zhì)對比（從左向右依次為1～5 號）

圖3 靜置30min 后，試驗瓶中下層水樣（從左向右依次為1#、4#和5#）

圖4 萃取后的試驗瓶中下層水樣（從左向右依次為1#、4# 和5#）

瓶試實驗表明：靜置30min 后，新型APAM的效果較好，其試驗瓶中絮凝上浮最明顯，下層水質(zhì)無色透亮，水樣OIW 值相對其它藥劑最低，去除率最高。

2.3 現(xiàn)場大試評價結(jié)果

為了進一步驗證新型陰離子聚丙烯酰胺的現(xiàn)場應(yīng)用效果，在南海某油田使用新型APAM工業(yè)品進行現(xiàn)場中試。將新型陰APAM 作為浮選劑加注在油田生產(chǎn)水處理系統(tǒng)的前端（油水分離器水相出口）。試驗中連續(xù)取水力旋流器和氣浮選器的水相出口樣品，使用現(xiàn)場水中含油分析儀檢測OIW 值，并根據(jù)檢測結(jié)果對新型APAM 的注入量進行調(diào)整，試驗數(shù)據(jù)參見表2，試驗期間排海情況參見圖5 和圖6。

表2 南海某油田新型APAM 現(xiàn)場中試期間OIW 平均值

圖5 新型APAM 加注量1.2ppm 期間排海狀態(tài)

圖6 新型APAM 加注量1.0ppm 期間排海狀態(tài)

現(xiàn)場大試結(jié)果表明：在工況沒有明顯波動，油田現(xiàn)場生產(chǎn)水處理系統(tǒng)進口水質(zhì)穩(wěn)定的前提下，當(dāng)新型APAM 在加藥量為1.2～1.4 mg/L 時，油田現(xiàn)場各水相取樣點OIW 的平均值均好于現(xiàn)場在用藥劑；新型APAM 加藥量為1.0mg/L時，其處理效果與10mg/L 的現(xiàn)場藥劑相似。新型APAM 現(xiàn)場大試期間，排海水質(zhì)良好，海面無明顯油膜。

3 結(jié)論

1）以丙烯酰胺（AM）與丙烯酸（AA）為原料，水溶液共聚法合成一種陰離子聚丙烯酰胺，其最佳工藝條件為丙烯酰胺（AM）與丙烯酸（AA）的比例為5∶1，EDTA 用量為0.02%，體系pH 值為5，反應(yīng)時間為6h，合成全程中通N2除氧，合成的APAM 相對分子質(zhì)量約為1.9×107。

2）在南海某油田，將合成的APAM 工業(yè)產(chǎn)品作為浮選劑加入在油田現(xiàn)場生產(chǎn)水處理系統(tǒng)中，具有絮凝上浮速度快，脫出水清澈且用量少的特點，能夠有效改善現(xiàn)場生產(chǎn)水的處理效果，減少排海油膜。