海上S 油田含聚油泥超声波洗脱除油实验研究

苏延辉，王秀平，刘敏，王永军，高波，高迎新

(1.中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司，天津 300452;2.中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室，北京 100085)

海上S 油田自2003 年始采用注聚提高采收率技术，后经不断扩大井组，目前已形成规模化注聚，增油效果显著［1-2］。注入聚合物在采油井中有不同程度返出，造成油水处理难度增大，絮凝剂等化学药剂用量增加，造成在污水处理流程斜板除油器、气浮选器等设备中生成流动性较差的含聚油泥，影响设备处理效果及流程稳定性，并造成大量原油的浪费。

超声波的空化作用、声流、微射流及超声自生振动引起的机械搅拌作用，可以降低含油污泥中污油黏度，减少污油对固体的粘附作用，有效加速固体表面的油污剥离。同时超声波还具有处理时间短、能耗低、操作简单等优点。王新强［3］、杨继生［4］、朱宏武［5］等分别针对含油污泥、油泥砂、油砂开展超声处理除油相关研究，在适宜的超声频率和功率、作用时间和温度的条件下，污油泥除油率均达90%以上，经济效益可观。针对海上S 油田含聚油泥，超声波洗脱技术是否可行，目前没有相关研究。

本文以海上S 油田平台含聚油泥为研究对象，利用超声波洗脱除油技术思路和方法，分别进行超声功率、频率、作用时间、温度、辅助药剂等因素对含聚油泥除油效果的影响实验，对于超声波洗脱含聚油泥可行性进行探索，为海上S 油田含聚油泥的处理工艺提供参考。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

十二烷基硫酸钠、石油磺酸钠均为工业品;正己烷，光谱纯;含聚油泥样品，为平台污水处理系统气浮选器顶部油泥，呈胶凝状，流动性差。样品分析参考文献方法［6］，结果表明，含聚油泥样品含水率为35.5%，含油率为15.8%，含有机聚合物46.8%，无机固体机杂含量为1.8%。

KQ100DB 超声波清洗器;InfraCal CH 型水中含油分析仪。

1.2 实验方法

1.2.1 超声功率、频率、温度对含聚油泥除油效果的影响 (1)称取一定量的含聚油泥加入反应器中，同时按油泥∶水为1 ∶1(质量比)加入清水，选择频率25 kHz，功率分别为100，200，300 W，进行超声清洗并定时取样测定含聚油泥的脱油率。

(2)称取一定量的含聚油泥加入反应器中，同时按油泥∶水为1 ∶1(质量比)加入清水，选择功率300 W，频率分别为25，50，100 kHz，进行超声清洗并定时取样测定含聚油泥的脱油率。

(3)称取一定量的含聚油泥加入反应器中，同时按油泥∶水为1 ∶1(质量比)加入清水，选择功率300 W，频率为25 kHz，初始温度分别设定为25，35，45 ℃，进行超声清洗并定时取样测定含聚油泥的脱油率。

1.2.2 辅助药剂对含聚油泥超声除油效果的影响

称取一定量的含聚油泥加入反应器中，同时按油泥∶水为1 ∶1(质量比)加入清水，选择功率300 W，频率为25 kHz，初始温度设定为45 ℃，分别加入0.05%，0.1%，0.3%，0.5%投加量的辅助药剂石油磺酸钠和十二烷基硫酸钠，进行超声清洗60 min，取样测定含聚油泥的脱油率。

2 结果与讨论

2.1 超声功率、频率、温度的影响

图1 为超声功率对含聚油泥脱油效果的影响。

图1 超声功率对含聚油泥脱油效果的影响Fig.1 Influence of the ultrasonic power on the deoiling ratio

由图1 可知，在固定超声频率为25 kHz 情况下，随着超声功率的增加，含聚油泥的脱油效果也明显增加，主要由于功率的增加提高超声波的声场强度和空化效果，但相对于常规的油泥砂或罐底油泥，含聚油泥洗脱效果较低，主要与含聚油泥中弱亲水性的疏水缔合聚合物与石油类物质具有较强的吸附能力有关。

图2 为超声频率对含聚油泥脱油效果的影响。

图2 不同超声频率对含聚油泥脱油效果的影响Fig.2 Influence of the ultrasonic frequency on the deoiling ratio

由图2 可知，在固定超声功率300 W 不变情况下，频率的增加并没有提高脱油效果，低频(20 ～30 kHz)时具有低的空化阈和高的空化强度，比较中高频的密集的、低能量的气泡，低频超声将产生尺寸更大、能量较高的空化气泡。

表1 为温度对含聚油泥脱油效果的影响实验结果。

表1 温度对含聚油泥脱油效果的影响Table 1 Influence of temperature on the deoiling ratio

由表1 可知，在超声功率为300 W，频率为25 kHz情况下，随着温度升高，含聚油泥脱油效率增加，温度的提高有助于原油黏度的下降，增大油水接触面积，最终提高油泥的脱油效率。

2.2 辅助药剂的影响

含聚油泥主要源于返出聚合物与絮凝剂等药剂反应或发生交联，形成凝胶过程中吸附大量原油造成的，胶结强度大且流动性差，因此需要通过添加辅助化学药剂，改善含聚油泥在水中的分散性，提高其在水中溶解性及流动性，最终增加脱油效率。

为了进一步评估超声洗脱除油效果，本实验选取了常用的表面活性剂，在相同条件下油泥中投加不同浓度的辅助药剂，考察不同药剂及投加量对超声清洗效果的影响，实验结果见表2。

表2 辅助药剂对含聚油泥除油率的影响Table 2 Influence of the assistant detergent on the deoiling ratio

由表2 可知，与十二烷基硫酸钠相比，石油磺酸钠更具有易形成O/W 体系，在对含聚油泥洗脱过程中，污油的洗脱效果都随加药量的增大而提高，但相比十二烷基苯硫酸盐石油磺酸盐的洗脱效果要更好，这与其分子结构中含有芳香环结构单元有关。

3 结论

(1)在温度不变条件下，随着超声频率和功率的提高，脱油率成升高趋势，反应温度提高，脱油率也随之增长。加入辅助清洗药剂，能够提高含聚油泥超声洗脱除油效果，随着投加量的提高，清洗效果也随之提高。

(2)在超声功率300 W，频率25 kHz，温度45 ℃，0.5%的十二烷基苯硫酸钠等优化条件下，含聚油泥的超声洗脱除油率仅为20%左右。

(3)针对海上S 油田含聚油泥，由于其特殊的组成及性状，仅靠超声洗脱技术效率较低，经济效益较低，该技术适用性较差，需进一步考虑开展降解、超声洗脱等复合处理技术的研究。

［1］ 张凤久，姜伟，孙福街，等.海上稠油聚合物驱关键技术研究及矿产实验［J］. 中国工程科学，2011，13(5):28-33.

［2］ 刘宗昭，刘福海，易飞，等.海上油田聚合物驱配套技术研究［J］.中国工程科学，2011，13(5):50-52.

［3］ 王新强，杨志刚，谢娟.超声处理含油污泥除油实验研究［J］.石油与天然气化工，2006，35(3):239-241.

［4］ 杨继生，徐辉.超声波处理油泥砂脱油实验研究［J］.石油学报(石油加工)，2010，26(2):300-304.

［5］ 朱宏武.油砂超声波除油实验研究［J］.石油矿产机械，2004，33(5):43-46.

［6］ 谢志海，张旭，赵敏，等.延长油田油泥组分分析［J］.应用化工，2011，40(2):353-354.