一种阴离子聚丙烯酰胺的合成及其应用

曹阳，徐铖

（天津正达科技有限责任公司，天津 300308）

目前，我国海上采油平台大部分都已进入高含水的开发后期，油井采出液综合含水率大于90%。而海上油田平台由于空间有限设备精简，要求处理的时间更短、速度更快，且平台采出液中的污水经处理后最终要回注或者直接排海，这就对污水处理后水中含油(OIW)要求的更为严格。因此研制新型的海上油田水处理专用药剂对于海上平台来说具有重要意义。

聚丙烯酰胺(PAM)是一种水溶性高分子聚合物，由于其特殊的理化性质和分子结构特点而多被应用到石油开采、污水处理、造纸等行业中，尤其在钻井、三次采油等领域应用广泛[1,2]。同时，PAM 又称为“百业助剂”、“万能产品”，在国内油田三次采油技术中被大范围推广[3,4]。

由于在水中解离形态的差异，PAM 可以分为非离子型、阳离子型、阴离子型和两性离子型四种，由于其分子链中含有一定数量的极性基团，因此能吸附水中悬浮的固体颗粒，使粒子间吸附架桥或电性中和，形成大的絮凝物质而快速的沉淀或上浮[5]。因此近年来，PAM 作为絮凝剂被越来越多的使用于油田污水的处理中，其中阴离子聚丙烯酰胺（APAM）的应用逐渐增多。

1 实验合成

1.1 主要原料和试剂

丙烯酰胺(AM)，丙烯酸(AA)，NaOH，EDTA；均为分析纯，天津化学试剂厂生产。引发剂为自配，主要成分为亚硫酸氢盐。

1.2 APAM 的合成

将一定量的丙烯酰胺、丙烯酸水溶液，助剂等加入到带有温度计、导气管和搅拌器的四口瓶中，将四口瓶置于恒温水浴中，通入N2并加热至预定温度，加入引发剂，反应6h 左右，得透明粘稠液体，结束反应。

根据之前的实验工作，丙烯酰胺（AM）与丙烯酸（AA）的比例为5∶1，EDTA 用量为0.02%，体系pH 值为5，反应时间为6h，合成全程中通N2除氧，为合成新型APAM 的最佳工艺条件。参照GB／T 1 2005.10-92，测得相对分子质量约为1.9×107，符合预期。

2 现场性能评价

2.1 产品性能评价方法

本文采用南海某油田下游生产水进行评价实验。南海某油田原有密度约为0.87g/cm3（20℃），其采出液的综合含水率约为90.2%。取油田现场流程下游生产水作为本次实验的样品，该水样为油田现场一级分离器出水，已加入现场日常使用的反向破乳剂作为清水剂使用。将500mL 水样加入到500mL 试验瓶中，放入恒温水浴锅加热到设定的温度，用微量移液枪分别向每个试验瓶加注一定量的药剂样品，盖紧瓶盖，将各实验瓶同时且平行的震荡200 次，放回水浴锅中静置，观察不同试验瓶中的现象状态，待试验瓶中絮凝上浮过程结束后，记录观察结果。静置30min 后，从试验瓶中抽取100mL 下层水样，用便携式水中含有分析仪检测水中含油质量浓度（mg/L）。

2.2 现场小试评价结果

将新型阴离子聚丙烯酰胺与市面上同类型产品进行对比，验证产品性能。市购三种常见的APAM 将其编号为1#、2#、3#，药剂加注浓度为1.2mg/L，实验温度为油田现场生产流程温度45℃，静置30min 后，对比不同实验瓶中的絮凝和上浮情况，并检测中下层水中含油质量浓度（mg/L），数据参见表1，结果参见图1～图4。

表1 不同絮凝剂下层水质对比结果

图1 加入不同药剂并震荡后1min 的水质对比（从左向右依次为1～5 号）

图2 加入不同药剂并静置30min 的水质对比（从左向右依次为1～5 号）

图3 静置30min 后，试验瓶中下层水样（从左向右依次为1#、4#和5#）

图4 萃取后的试验瓶中下层水样（从左向右依次为1#、4# 和5#）

瓶试实验表明：静置30min 后，新型APAM的效果较好，其试验瓶中絮凝上浮最明显，下层水质无色透亮，水样OIW 值相对其它药剂最低，去除率最高。

2.3 现场大试评价结果

为了进一步验证新型阴离子聚丙烯酰胺的现场应用效果，在南海某油田使用新型APAM工业品进行现场中试。将新型阴APAM 作为浮选剂加注在油田生产水处理系统的前端（油水分离器水相出口）。试验中连续取水力旋流器和气浮选器的水相出口样品，使用现场水中含油分析仪检测OIW 值，并根据检测结果对新型APAM 的注入量进行调整，试验数据参见表2，试验期间排海情况参见图5 和图6。

表2 南海某油田新型APAM 现场中试期间OIW 平均值

图5 新型APAM 加注量1.2ppm 期间排海状态

图6 新型APAM 加注量1.0ppm 期间排海状态

现场大试结果表明：在工况没有明显波动，油田现场生产水处理系统进口水质稳定的前提下，当新型APAM 在加药量为1.2～1.4 mg/L 时，油田现场各水相取样点OIW 的平均值均好于现场在用药剂；新型APAM 加药量为1.0mg/L时，其处理效果与10mg/L 的现场药剂相似。新型APAM 现场大试期间，排海水质良好，海面无明显油膜。

3 结论

1）以丙烯酰胺（AM）与丙烯酸（AA）为原料，水溶液共聚法合成一种阴离子聚丙烯酰胺，其最佳工艺条件为丙烯酰胺（AM）与丙烯酸（AA）的比例为5∶1，EDTA 用量为0.02%，体系pH 值为5，反应时间为6h，合成全程中通N2除氧，合成的APAM 相对分子质量约为1.9×107。

2）在南海某油田，将合成的APAM 工业产品作为浮选剂加入在油田现场生产水处理系统中，具有絮凝上浮速度快，脱出水清澈且用量少的特点，能够有效改善现场生产水的处理效果，减少排海油膜。