聚合物对海上油田破乳剂和清水剂的影响

周伟强，郑继龙，张 宁

1.中海石油能源发展股份有限公司 工程技术分公司，天津 300452；2.中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300452

随着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术迅猛发展。日前，SZ 36-1、LD 10-1、JZ 9-3等油田主要采用聚合物驱油剂，有四川的AP-P4、法国艾森和大庆的几种产品。聚合物驱油剂的使用，在一定程度上提高了原油的产量，但对油水处理系统造成了一定的影响。近些年，油水处理系统波动比较频繁，导致破乳剂、清水剂经常需要更新换代[1-2]。

海上油田的油水处理系统一般有一级处理器、二级处理器、电脱、斜板除油器、气浮选器、核桃壳过滤器等。每一级光靠系统来分离处理油和水，很难达到外输外排的要求，因此破乳剂和清水剂起了很重要的作用。除了这些，根据平台特性还需要诸如消泡剂、缓蚀剂、防垢剂、杀菌剂和降黏剂等协同作用，才能达到预期效果。当然，破乳剂和清水剂是所有药剂中最重要的组分，起着至关重要的作用[3-5]。

破乳剂主要为环氧乙烷、环氧丙烷的聚醚类，按照起始剂的不同，分为不同的品种，有适用于含蜡原油，有适用于沥青质、胶质的原油，也有适用于稠油、含水多的油田。破乳剂本来就是一种表面活性剂，它能改变原来油水界面的性质，达到将更多的油和水分离的目的。清水剂多为丙烯酰胺衍生物的聚合物、聚醚或二硫代氨基甲酸盐，有阳离子的、阴离子的，也有非离子的、两性离子的。通俗说，清水剂分为絮凝剂和助凝剂，就是将水中的杂质絮凝在一块，便于下一步分离。驱油用聚合物主要为水解聚丙烯酰胺类，有普通线性结构，也有疏水缔合类结构。聚合物在井底高温高压的作用下，性质会发生一定的变化，吸附在油水界面处，在一定程度上增强了界面膜的强度，加大了破乳剂和清水剂的处理难度。这样会导致集输油品不合格，油中含水增多，外排水中含油也增多，给生态环境造成破坏，所以油田开采时经常面临破乳剂、清水剂等需要转型更新的问题[6-8]。因此，本研究选取了CB-B平台和SZ 36-1CEPK平台的综合油水样为评价对象，考察各种聚合物对在用破乳剂和清水剂作用效果的影响，以期为以后的生产提供参考。

1 实验部分

1.1 药剂

聚合物：1#，HPAM，大庆炼化公司；2#，AP-P4，四川光亚聚合物化工有限公司；3#，HENGFLOC 62718，北京恒聚化工集团有限责任公司；4#，FLOJET DRP 2100 X，法国艾森公司；5#，31751，河南正佳能源环保股份有限公司。聚合物质量浓度为2 000 mg/L。

油水样：CB-B综合油水样(未加药剂)、SZ 36-1CEPK综合油水样(未加药剂)。

清水剂：BHQ-321(CB-B平台在用，中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司生产)，用蒸馏水稀释至10%，加药量240 mg/L。BHQ-351(SZ 36-1CEPK平台在用，中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司生产)，用蒸馏水稀释至10%，加药量320 mg/L。

破乳剂：BH-132(CB-B平台在用，中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司生产)，用酒精稀释至10%，加药量90 mg/L。BH-123(SZ 36-1CEPK平台在用，中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司生产)，用酒精稀释至10%，加药量100 mg/L。

1.2 仪器

XG-CAMB1型接触角测量仪，上海轩轶创析工业设备有限公司；脱水瓶(100 mL)，四川蜀玻有限责任公司；水浴锅(0～100 ℃)，无锡玛瑞特科技有限公司；加药枪(20～200 μL)，济南欧莱博科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 乳化及破乳实验

1)取CB-B综合油水样(未加药剂)中的水，平均分成5份，聚合物(1#、2#、3#、4#和5#)2 000 mg/L，分别缓慢加入其中5份烧杯中搅匀，配制成聚合物溶液，待用。

2)准备12个脱水瓶，将5份聚合物溶液，各取5 mL分别倒入其中5个脱水瓶中，记为一组；同理，将5份聚合物溶液，再各取5 mL分别倒入另5个脱水瓶中，记为二组；再向剩下的2个空脱水瓶中分别只加入5 mL的综合油水样中的水，作为空白样，分别置于一组和二组中。

3) 向12个脱水瓶中分别补加CB-B油样至80 mL，放入72 ℃的水浴锅中预热15 min。

4)一组的6个脱水瓶不加破乳剂，二组的6个脱水瓶中分别加入90 mg/L的在用破乳剂BH-132，摇晃200下，置于水浴锅中，定时观察乳化和脱水情况。

对于SZ 36-1CEPK综合油水样，按同样的实验操作进行。

1.3.2 清水实验

1)将5份聚合物溶液，各取5 mL倒入10个脱水瓶中，分为一组和二组，向剩下的2个脱水瓶中加入5 mL的综合油水样中的水，作为空白样，分别置于一组和二组中。

2)向12个脱水瓶中分别补加CB-B水样至80 mL，放入72 ℃的水浴锅中预热 min。

3)一组的6个脱水瓶中不加清水剂，向二组的6个脱水瓶中分别加入240 mg/L的在用清水剂BHQ-321，摇晃200次，置于水浴锅中，定时观察水色情况。

对于SZ 36-1CEPK综合油水样，按同样的实验操作进行。

2 结果与分析

2.1 CB-B实验的结果

2.1.1 乳化及破乳实验结果分析

考察不同反应时间下5种聚合物(1#、2#、3#、4#和5#)对CB-B综合油水样的乳化及破乳实验，结果见图1～3，脱水实验结果见表1。

图1 未加和加入破乳剂30 min时状态

图2 未加和加入破乳剂60 min时状态

图3 未加和加入破乳剂90 min时状态

表1 聚合物对破乳剂BH-132脱水效果的影响 μL

续表 聚合物对破乳剂BH-132脱水效果的影响 μL

由图1～3和表1可见：各个聚合物样品尤其是空白样，加入破乳剂之后，效果确实有很大提高，说明破乳剂对脱水很重要；同时，3#聚合物的乳化更为严重，始终没有水析出，其他聚合物或多或少有少量水析出；从加破乳剂后的效果可以看出，所试验的聚合物，对破乳剂或多或少存在着不同的影响，但3#聚合物影响更大，说明疏水缔合类的聚丙烯酸胺(PAM)严重制约着破乳剂作用的发挥，4#、5#聚合物对破乳剂有一定的影响，但它比在用的聚合物要好得多。

2.1.2 清水实验结果分析

考察5种聚合物(1#、2#、3#、4#、5#)对CB-B综合油水样的清水实验，结果见图4。

图4 未加和加入清水剂10 min时状态

由图4可以看出：利用自然沉降，水色依然无法改变，当加入清水剂后，水色较为透明，有很大改观；与空白样相比，聚合物的加入对水色没有促进作用，因为目前各种聚合物为阴离子型，与阳离子清水剂相互中和，一定程度上影响了清水剂效果的发挥，但自制的聚合物比目前在用的疏水缔合聚合物影响要小得多。

2.2 SZ 36-1CEPK实验的结果

2.2.1 乳化及破乳实验结果分析

考察不同反应时间下5种聚合物(1#、2#、3#、4#、5#)对SZ 36-1CEPK综合油水样的乳化及破乳实验，每张图片中前4个为乳化实验，从左往右依次为空白样、3#、4#、5#(均未加破乳剂)；后4个为破乳实验，依次为空白样、3#、4#、5#(均加入破乳剂)， 结果见图5，脱水实验结果见表2。

由图5和表2可见：1)加入破乳剂后，较空白样，原油的脱水效果确实有很大提高；2)从前4个乳化的结果可以看出，3#聚合物的乳化更为严重，始终没有水析出，而空白和4#、5#聚合物或多或少有少量沉降水析出；3)从后4个乳化的结果可以看出，聚合物对破乳剂脱水有很大影响，但3#影响较4#和5#更大，即疏水缔合类的影响更为严重。

图5 不同反应时间下的乳化破乳情况

表2 聚合物+破乳剂BH-123的脱水结果μL

2.2.2 清水实验结果分析

对于5种聚合物(1#、2#、3#、4#、5#)对SZ 36-1CEPK综合油水样的清水实验，各脱水瓶加药情况如下：1#、2#、3#、4#、5#样品各取2 mL分别与320 mg/L的清水剂BHQ-351体系复配，分析聚合物体系对现场清水剂的清水效果的影响，实验结果见图6。

由图6可以看出：聚合物1#和3#对后期水处理影响较大，对现场清水剂的应用有着严重的影响；从清水效果来看，按照在用清水剂的影响大小，聚合物按4#、5#、2#、1#、3#的顺序影响越来越大(由左至右依次为空白、BHQ-351、1#+BHQ-351、2#+BHQ-351、4#+BHQ-351、5#+BHQ-351、3#+BHQ-351、1#+2#+BNQ-351)，其中3#疏水缔合聚合物为现场在用聚合物，其对流程影响很大。

图6 清水试验结果

2.3 接触角测试结果分析

将用CB-B模拟水配制的2 000 mg/L的2种聚合物(3#和4#)溶液在70 ℃下老化10 d，在室温下测定其接触角，结果见图7。

图7 接触角测试结果

由图7可知：4#、3#聚合物的接触角(θ)分别为54.70°、52.15°。因0～90°属于极易润湿固体，而且亲水性在此范围内随着接触角增大而减小，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强度，导致后续油水分离困难。

3 结论

1)破乳剂和清水剂对现场水处理有明显改善作用；从两个平台油水样脱水和清水效果来看，聚合物对破乳剂和清水剂有很大负面影响。

2)单从聚合物之间比较来说，疏水缔合类聚合物的影响最严重，即疏水缔合类的聚合物对聚醚类破乳剂和阳离子清水剂影响甚大。

3)疏水缔合聚合物亲水性比较强，容易裹覆黏土形成油泥，增强油水界面膜的强度，降低排液速度。