聚合物驱油中复配絮凝剂体系的优选及性能研究

李 航陈 波

(1.长江大学非常规油气湖北省协同创新中心,湖北武汉430100;2.长江大学地球科学学院,湖北武汉430100)

聚合物驱油中复配絮凝剂体系的优选及性能研究

李 航1,2,陈 波1,2

(1.长江大学非常规油气湖北省协同创新中心,湖北武汉430100;2.长江大学地球科学学院,湖北武汉430100)

针对聚合物驱油田采出污水处理难度大,处理成本高的特点,以LH油田聚合物区块采出污水为研究对象,在对含油采出污水中悬浮物微观形貌分析的基础上,利用烧瓶实验评价了国内油田常用的几种有机和无机絮凝剂的除油率和去浊率,优选出了3种适应性较好的絮凝剂,并与实验室自制的絮凝剂VB-1复配使用,研究了不同絮凝剂VB-1加量下复配体系的除油率和去浊率,并探究了温度对复配体系絮凝效果的影响规律。结果表明,优选出的最优的絮凝剂复配体系FPTY为:150 mg/L VB-1+3 000 mg/L JDF。温度为40℃条件时,优选出的絮凝剂复配体系FPTY的除油率和去浊率分别为95.78%和88.54%,且复配絮凝体系FPTY的絮凝效果与温度成正比。优选出的复配絮凝剂体系FPTY在LH油田聚合物区块的含油采出水的处理中具有很好的适应性。

聚合物驱; 含油污水; 絮凝剂; 除油率; 去浊率

聚合物驱油技术已成为我国东部油田一种行之有效的提高采收率技术[1-2],但是随着聚合物驱油技术的大面积推广,聚驱后产出采油污水中会有大量的聚合物残留,聚合物会吸附在采出污水中的油滴之间,使油滴更难聚并。与常规水驱相比,聚驱后采出液的乳化现象更严重,采出污水的黏度更大,对油滴或其他的固体颗粒的悬浮携带性能更好,因此聚驱后采出污水的油水分离难度更大[3-5]。目前利用絮凝剂处理油井采出污水是最常用的方法之一,该方法操作工艺简单,处理速度快[6-7]。但是目前絮凝剂的用量大、成本高[8-10]。本文以LH油田聚合物驱区块含油产出水为研究对象,研制出了一种适应于LH油田的低成本絮凝剂复配体系FPTY,并探究了温度对复配絮凝剂体系的絮凝效果的影响。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

实验用污水为LH油田聚驱含油采出污水,其浊度、含油质量浓度分别为80、190 mg/L。絮凝剂: XN-1、XXN-2和DQ-5,由武汉海力科技公司提供;絮凝剂:JDF、CCUW、PPAM-3、PPAM-4,由武汉石油化工厂提供;絮凝剂VB-1,实验室自制;氯化钠,天津市科密欧化学试剂有限公司。

ME104E电子天平,梅特勒托利多公司;HH-8恒温水浴锅,常州市金坛区环宇科学仪器厂;HS4数显磁力搅拌器,德国IKA公司;奥林巴斯电子显微镜,深圳市远景电子设备有限公司;激光粒度分析仪,丹东百特有限公司;TUBR550T浊度仪,意大利HANNA公司;756PC型紫外可见光分光光度计,上海棱谱仪器有限公司;ZN17-FTIR920型傅立叶变换红外光谱仪,北京中诺远东科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 现场采出污水中的悬浮物的形貌 借助电子显微镜观察现场采出污水的悬浮物的微观形貌,并借助激光粒度分析仪测量现场采出污水中的悬浮物的平均粒径及粒径分布范围。

1.2.2 采出液中的浊度和含油量测定 采出液中的浊度和含油量测定参照我国石油天然气行业标准SYT 5796—93《絮凝剂评定方法》。

(1)采出污水浊度

将充分搅拌后的絮凝剂体系的采出污水置于比色管中放置2 h后,用浊度仪测污水浊度。

(2)采出污水含油量

测定方法参照我国石油天然气行业标准SYT 0530—93《油田污水中含油量测定方法-分光光度法》,使用765PC型紫外可见光分光光度计进行测量,采用430 nm作为吸收波长。水中含油量标准曲线见图1。

图1 含油量标准曲线Fig.1 The oil content standard curve

用移液管从试管中取10 m L水,注入分液漏斗中,加入3 m L质量分数10%的NaCl溶液破乳,再用50 m L石油醚萃取3次。用紫外分光光度计在430 nm下测其吸光度,求其含油量。

2 结果与讨论

2.1 污水中悬浮物的微观形貌

图2和图3分别为试验区污水中悬浮物的微观分布形态和粒径分布。从图2和图3中可以看出,采出污水中悬浮物粒径范围在0.189～18.990μm,平均为3.482μm。

图2 试验区污水悬浮物微观分布Fig.2 Microscopic distribution of suspended matter in pilot site

图3 悬浮物粒径分布Fig.3 Particle size of suspended matter

2.2 油田常用絮凝剂单剂的除油率和去浊率

以絮凝剂的除油率和去浊率为评价指标,借助烧杯实验,评价了油田常用的7种絮凝剂单剂的絮凝效果,表1为油田常用絮凝剂单剂的絮凝效果对比。

通过对比表1中7种不同类型的油田常用的絮凝剂单剂对LH油田采出污水的除油率和去浊率影响,可看出3种无机低分子絮凝剂中,在相同的质量浓度(6 000 mg/L)下,絮凝剂XN-1的除油率和去浊率较高,对LH污水的处理效果较好;2种无机高分子絮凝剂中,在相同的质量浓度(5 000 mg/L)下,絮凝剂JDF的除油率和去浊率较高,对LH污水的处理效果较好;2种有机絮凝剂中,在相同的质量浓度(400 mg/L)下,絮凝剂PPAM-3的除油率和去浊率较高,对LH污水的处理效果较好。综合来看,油田现用的絮凝剂的絮凝效果偏差,且用量较高(无机絮凝剂大于5 000 mg/L,有机絮凝剂大于400 mg/L),因此需对絮凝剂进行复配,充分发挥不用类型絮凝剂的协同作用,因此后续复配体系选用絮凝效果较好的XN-1、JDF和PPAM-3作为基础体系。

表1 油田常用絮凝剂单剂的絮凝效果Table1 Flocculation effect of different types of flocculating agent used in oilfield

2.3 实验室自制絮凝剂VB-1的絮凝效果

实验室研制了一种有机絮凝剂VB-1,图4为40℃下,絮凝剂VB-1的絮凝效果随着VB-1质量浓度的变化。絮凝效果测试条件为:搅拌速度和搅拌时间分别为300 r/min和3 min。从图4中可以看出,絮凝剂VB-1的絮凝效果随絮凝剂质量浓度的增大变化较大。除油率随着絮凝剂VB-1质量浓度的增大先变大后逐渐趋于平缓,去浊率随着絮凝剂VB-1质量浓度的增大先变大后逐渐趋于平缓然后继续增大。结合絮凝剂的除油率和去浊率,并从经济成本角度考虑,选取絮凝剂VB-1单独使用时单剂质量浓度为300 mg/L,此时除油率和去浊率分别为71.28%和66.51%。

图4 除油率和去浊率随着絮凝剂VB-1质量浓度的变化Fig.4 Oil removal rate and removal of turbidity of different mass concentration of flocculating agent VB-1

2.4 絮凝剂复配体系的筛选

综合絮凝剂的经济成本以及絮凝效果,将筛选出的油田絮凝剂XN-1、JDF和PPAM-3与絮凝剂VB-1复配,以LH油田采出污水为研究对象,探究了不同絮凝剂复配体系的絮凝效果。复配体系所用的絮凝温度为40℃,筛选出的无机絮凝剂XN-1、JDF质量浓度为3 000 mg/L,有机絮凝剂PPAM-3质量浓度为150 mg/L。图5为3种不同絮凝剂复配体系中,絮凝效果随絮凝剂VB-1的质量浓度的变化曲线。

图5 不同絮凝剂复配体系的絮凝效果随絮凝剂VB-1质量浓度的变化Fig.5 Flocculation effect of different mix system with the increase of VB-1 mass concentration

从图5中可以看出,3种絮凝剂复配体系的除油率和去浊率随着絮凝剂VB-1质量浓度的升高均是先增大后减小,均存在一个最高值。分析其原因可知,絮凝剂VB-1所起的作用是增强复配体系的吸附架桥和电性中和作用,当絮凝剂VB-1的质量浓度较小时,吸附架桥性能和电性中和作用较弱,絮凝效果有限;随着VB-1质量浓度的增加,各絮凝剂复配体系的吸附架桥性能和电性中和作用增强;当VB-1质量浓度增大到150 mg/L后,除油率和去浊率最大,絮凝效果最好;当VB-1质量浓度继续增大后,分散后的VB-1分子可以被采出污水中的絮凝颗粒包覆,絮凝剂VB-1分子上的吸附活化点逐渐变小,絮凝效果逐渐变差。对比图5中的3种絮凝剂复配体系可以看出,由絮凝剂VB-1和絮凝剂JDF组成的复配体系的絮凝效果最好,40℃条件下,由絮凝剂VB-1和絮凝剂JDF组成的复配体系的最佳的配方体系FPTY为:150 mg/L VB-1+ 3 000 mg/L JDF,复配体系FPTY的除油率和去浊率分别为95.78%和88.54%。

在絮凝剂絮凝效果的影响因素中,温度是一个重要的影响因素,温度可以影响整个絮凝过程,包括絮凝体的成长和沉降过程。图6是不同温度下,絮凝剂复配体系FPTY(150 mg/L VB-1+3 000 mg/ L JDF)的絮凝效果。从图6中可以看出,与絮凝剂单剂相比,复配体系FPTY的除油率和去浊率在低温条件下保持在较高的水平。从变化趋势上看,絮凝剂复配体系FPTY的除油率和去浊率随着温度的升高均是先增大后逐渐变缓,这主要是高温条件下,絮凝剂VB-1和JDF的扩散速率越大,降低采出污水中乳化原油的黏度和密度,使絮凝效果变好。

3 结论

(1)LH油田聚驱含油污水中的悬浮物粒径范围在0.189～18.990μm,平均为3.482μm。适用于LH油田采出污水适用性较好的3种絮凝剂为XN-1、JDF和PPAM-3。

(2)对于LH油田聚驱后采出污水,优选出的最佳絮凝剂复配体系为FPTY体系:150 mg/L VB-1+3 000 mg/L JDF。在40℃条件下,絮凝剂复配体系FPTY的除油率和去浊率分别为95.78%和88.54%。随着絮凝温度的升高,絮凝剂复配体系FPTY的除油率和去浊率越大,絮凝效果越好。

图6 絮凝剂复配体系FPTY的絮凝效果随温度的变化曲线Fig.6 Flocculation effect of FPTY system with the increase of temperature

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(编辑 闫玉玲)

Optimization and Performance of Combination Flocculating System in Polymer Flooding

Li Hang1,2,Chen Bo1,2
(1.Hubei Cooperative Innovation Center of Unconventional Oil and Gas,Yangtze University,Wuhan Hubei430100,China; 2.School of Geoscience,Yangtze University,Wuhan Hubei430100,China)

Aiming at the property of oil-bearing sewage after polymer flooding in LH oilfield,on the basis of the microscopic of suspended matter in oil-bearing sewage,flask experiment was used to evaluate the sewage processing effect of several organic and inorganic flocculation agent used in domestic oilfield.Three kinds of flocculating agent were elected and mixed with VB-1, and the oil removal rate and removal of turbidity were studied.The flocculation effect of different concentration of flocculating agent VB-1 in the mixture was researched and the flocculation effect of different experiment temperature was also investigated. The results showed that the best combination flocculating system was 150 mg/L VB-1+3 000 mg/L JDF.The oil removal rate and removal of turbidity were 95.78%and 88.54%under the condition of 40℃.The higher the temperature,the better the flocculation effect of the combination flocculating system.The optimized combination flocculating system FPTY has strong application feasibility in the processing of oil-bearing sewage after polymer flooding in LH oilfield.

Polymer flooding;Oil-bearing sewage;Flocculating agent;Oil removal rate;Removal of turbidity

TE39

:A

10.3969/j.issn.1006-396X.2017.01.005

1006-396X(2017)01-0023-04投稿网址:http://journal.lnpu.edu.cn

2016-09-20

:2016-12-10

国家“973”计划项目(2011CB403000)。

李航(1992-),女,硕士研究生,从事非常规油气研究;E-mail:564439669@qq.com。

陈波(1967-),男,博士,教授,博士生导师,从事非常规油气资源评价方面研究;E-mail:chpo@yantzeu.edu.cn。