非离子和阳离子清水剂效果差异研究

徐 超, 王 晶

随着海上油田的不断开发, 产液含水率逐渐上升, 油田的油水处理矛盾逐渐由原油脱水转向含油污水处理。 常规的阳离子型清水剂由于其产生污油粘度大, 易造成污水处理滤器的堵塞和滤料的板结, 且污油转至原油系统进行处理时, 对原油的整体脱水效果造成负面影响[1-3]。 近年来由于阳离子清水剂的种种弊端, 非离子清水剂在油田使用越来越广泛, 由于其良好的处理效果及较小的负面影响, 也越来越受到油田的关注及欢迎[4-5]。

本文针对渤海某稠油油田开展了非离子、 阳离子清水剂的研究, 对非离子清水剂的评价方法进行了完善。 最终使用改进后的方法选出了适合现场应用的非离子型清水剂, 并在现场试验中取得成功。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

市售蒸馏水; 不同分子量的PDDA 类清水剂, 不同分子量的多乙烯多胺类清水剂, 中海油(天津)油田化工有限公司生产; Wilks ATR-SP 便携式红外测油仪, 精度±0.2 mg/L, 美国Wilks 公司; 872Af 罗宾逊离心机配套离心管, 美国罗宾逊Robinson 公司, 体积100 mL, 精度0.05 mL; TW20 水浴, 德国优博莱公司, 稳定性±0.2 ℃, 工作范围5 ～99.9 ℃; 微量移液器Transferpettor, 德国BRAND 公司, 精度0.05 μL, 量程0 ～10 μL; Brookfield DV-Ⅲ粘度计, 美国Brookfield 公司; 12 孔定制木质手工震荡架(震荡离心管用); 分析纯正己烷, 市售; 渤海某油田原油及污水。

1.2 实验方法

(1)清水效果评价实验: 参照SY/T 5797-1993《水包油乳状液破乳剂使用性能评定方法》, 分别用PDDA 类清水剂与多乙烯多胺类清水剂针对斜板除油器入口污水, 在污水处理系统运行温度60 ℃下, 开展清水效果评价实验。

(2)抗乳化性实验: 在60 ℃下, 对经清水剂处理后的污水, 在1000 r/min 的剪切速度下, 剪切5 min, 然后对其水相含油值进行检测。

(3)对污油粘度的影响实验: 在60 ℃下, 针对清水剂实验后, 不同类型清水剂产生的污油进行粘度检测。

(4)对原油脱水效果的影响实验: 参照SY/T 5281-2000《原油破乳剂使用性能检测方法(瓶试法)》, 在一级分离器运行温度60 ℃下, 针对油田原油, 开展了PDDA 类清水剂及多乙烯多胺类清水剂对原油脱水效果的影响实验。

(5)开展了多乙烯多胺类清水剂在污水系统的加注实验。

2 结果与讨论

2.1 清水效果评价实验

从图1 可以看出: 加注浓度为200 mg/L 时, 针对PDDA 类阳离子型清水剂及多乙烯多胺类非离子型清水剂, 清水效果均随着分子量的增加而改善。 由于PDDA 类清水剂属于阳离子型清水剂, 其作用机理为絮凝, 所以其作用时间短, 清水剂效果基本不随时间的延长而改善。 多乙烯多胺类属于非离子型清水剂, 其作用机理为破乳, 所以其清水效果随着时间的延长而改善。

图1 不同分子量阳离子与非离子型清水剂清水效果实验Fig.1 Effectiveness of the water clarifier ofthe nonionic and cation water clarifier with different molecular weight

从图2 可以看出: 针对分子量为10000 的PDDA 类清水剂,其清水效果随加注浓度的升高而改善, 当浓度超过150 ppm后, 清水效果随浓度的升高改善不明显; 针对分子量为30000的多乙烯多胺类清水剂, 加注浓度为100 ～200 mg/L 范围内,其清水效果随其加注浓度的升高而改善。

图2 不同浓度阳离子与非离子型清水剂清水效果对比Fig.2 Effectiveness of the water clarifier ofthe nonionic and cation water clarifier with different concentration

2.2 抗乳化性实验

从图3 可以看出: 由于PDDA 类清水剂产生的污油粘度大, 性质与正常原油差异较大, 形成的污油经剪切后不易再次乳化, 所以剪切对其清水效果影响不大; 由于多乙烯多胺类清水剂产生的污油性质与正常原油基本一致, 经快速剪切后易再次乳化, 所以剪切对多乙烯多胺类清水剂清水效果有较大的负面影响。

图3 剪切对清水剂效果的影响Fig.3 The influences of cutting for the effectiveness of water clarifier

2.3 清水剂对污油粘度的影响实验

从图4 可以看出: 由于PDDA 清水机理为絮凝, 加注浓度越高絮凝能力越强、 形成的絮团越紧密, 所以分子量为10000的PDDA 类清水剂产生的污油粘度随其加注浓度为升高而增加; 多乙烯多胺类类清水剂机理为破乳, 所以分子量为30000的多乙烯多胺类类清水剂产生的污油粘度基本与其加注浓度无关。

图4 清水剂加注浓度对污油粘度的影响Fig.4 Viscosity of the waste oil with different concentration of water clarifier

2.4 对原油脱水效果的影响实验

从表1 可以看出: PDDA 类清水剂加注浓度越高, 絮凝能力越强, 对原油性质影响越大, 所以分子量为10000 的PDDA类清水剂随着其加注浓度的升高, 其对原油脱水效果的负面影响越大; 由于多乙烯多胺类清水剂作用机理为破乳, 其的加注对原油物性基本无影响, 所以分子量为30000 的多乙烯多胺类类清水剂基本对原油脱水效果基本无影响。

表1 不同类型清水剂对原油脱水效果的影响Table 1 The oil dehydration influential of different kind of water clarifier

续表1

2.5 清水剂现场加注实验

从表2 可以看出: 针对分子量为10000 的PDDA 类清水剂其加注浓度为150 mg/L 其清水剂效果基本不随浓度的升高而改善, 在该浓度下其的处理效果能够满足注水含油值≤30 mg/L 的技术要求; 针对分子量为30000 的多乙烯多胺类清水剂其加注浓度为150 mg/L 其清水剂效果基本不随浓度的升高而改善, 在该浓度下其的处理效果能够满足注水含油值≤30 mg/L 的技术要求。 从核桃壳过滤器出口与注水缓冲出口含油值对比看,PDDA 类清水剂处理后的污水在注水缓冲罐中沉降一段时间后,注水缓冲罐出口水中含油值仍有明显降低, 而注水缓冲罐的沉降对多乙烯多胺类清水剂处理后的污水含油值影响不大。 该原因主要是由于核桃壳过滤器前增压泵对多乙烯多胺类清水剂处理污水高速剪切导致污水乳化性增强, 而高乳化性的污水稳定性较高, 短时间沉降对其污水含油值影响不大。

表2 清水剂现场加注实验Table 2 The field trial of the water clarifier

3 结 论

针对渤海某油田污水, PDDA 类清水剂有良好的清水效果,但其对原油脱水效果有较大的负面影响从而限制了其在现场的应用; 多乙烯多胺类清水剂在现场加注后, 清水效果满足现场要求, 且对原油脱水效果无影响。 多乙烯多胺类清水剂在其它油田进行评价及应用时在考虑其清水效果的同时, 应结合现场的流程特点充分考虑该类型药剂处理后污水经高速剪切后效果变差的问题。