聚丙烯酰胺浓度对于海上采油平台电脱水器效果的影响

胡玉东

摘 要：海上某采油平台循环液含有主要成分为聚丙烯酰胺的水溶性聚合物，其在油水相界面间分布，增加了水化层的厚度，使界面膜强度增高，导致乳化液性质趋于稳定，电导率上升，从而形成了难于电破乳的“皮膜”，使海上某采油平台电脱水器的脱水效果显著降低。该平台通过将循环液从流程中分离，降低电脱水器中聚丙烯酰胺浓度，实现处理含水显著降低，取得了良好的经济和环保效益。

关键词：聚丙烯酰胺;乳化液稳定性;电导率;电破乳;原油含水

一、课题背景

海上某采油平台循环液含有主要成分为聚丙烯酰胺的水溶性聚合物。该平台在电脱水器原油脱水效果较差，达不到设计要求的1%以内，电脱水器处于低电压高电流的运行状态，平台外输含水一直超过12.5%。

二、理论分析

2.1 该平台处理液中聚丙烯酰胺的主要特点

该平台循环液主要为污水处理过程中产生的污油与含聚污油泥的主要成分为聚丙烯酰胺PAM及污油杂质的混合物。来液中聚合物的主要成分是疏水缔合聚丙烯酰胺（AP-P4）。

聚丙烯酰胺是水溶性聚合物，尽管可使油相粘度降低，有利于水滴的运动碰撞，但聚合物分子在油水相界面的分布（见图2，黄色为聚合物颗粒），增加了水化层的厚度，使界面膜强度增高，表面张力增大，从而形成了难于破乳的“皮膜”，使水滴在相互碰撞中破裂而聚集成大水滴的几率减小。

对疏水缔合聚丙烯酰胺的水溶液性质进行分析，分别对含疏水缔合聚丙烯酰胺的污水样进行界面张力、粘度张力、Zeta电位、电导率、机械杂质等参数进行了试验测试。其中，界面张力、机械杂质随聚合物浓度变化趋势不明显，因此排除此参数对于脱水效果影响的研究。

2.2 含聚污水粘度张力与聚合物浓度的关系

由图可见，含聚污水粘度张力随聚合物浓度上升而上升，其中又随分子量逐步加大而趋势更加明显。

海上某采油平台使用的聚合物分子量约在200万左右，即黑色曲线。依据斯托克斯公式，粘度张力升高会导致油水分离速度有所降低。当聚合物浓度由30ppm上升至100ppm时，重力沉降速度约下降4.9%。

2.3 含聚污水Zeta电位与聚合物浓度的关系

Zeta电位的重要意义在于它的数值与胶态分散的稳定性相关。Zeta电位是对颗粒之间相互排斥或吸引力的强度的度量。Zeta电位越低，越倾向于凝结或凝聚，即吸引力超过了排斥力，分散被破坏而发生凝结或凝聚。

该平台含聚污水Zeta电位测试结果：

海上某采油平台来液中使用的聚合物为HMPAM，如红点曲线所示，在其浓度小于200ppm以内时，Zeta电位会随浓度上升而显著下降，进而导致了电脱水器内乳化液性质趋于稳定，增加了破乳难度。

2.4 含聚污水电导率与聚合物浓度的关系

采出液见聚后使乳状液导电特性发生变化，电导率增加，电场泄露电流增大。

导电性发生变化是造成电脱水器效果不理想的直接原因：

1、聚合物含量越多，电流峰值越大。实际情况为电脱水器电流经常维持在110A左右，并且电压很低，说明电场强度较弱。

2、随着聚合物浓度的增加，达到电流峰值所需的时间相对延长，这是因为原油乳状液含有聚合物后导电能力增强，完成电脱水过程所需时间也相应延长。

该平台对不同流程节点原油进行取样分析得到图6是该平台原油流程原油电导率与含聚浓度关系图。由图可以得出以下结论：

1、流程原油电导率确实随含聚浓度上升而上升。

2、流程中老化油含聚浓度最高，电导率也最高。

三、現场解决措施

3.1  总体解决思路

明确问题后，利用设施现有条件将该部分高浓度聚丙烯酰胺循环液单独处理。

自流程优化完毕，该平台平均外输含水降至8%左右，同比项目实施前6个月的平均外输含水12.5%，下降4.5%。

该项目的成功实施，明确了控制聚合物浓度对于含聚油田电脱水器的影响。针对稠油注聚油田，有一定的推广和借鉴价值。

参考文献：

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