趙鵬 陳斌 王成勝 敖文君 吳彬彬 李奇

(1.中海石油有限公司天津分公司， 天津 300452； 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司， 天津 300452； 3.海上石油高效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津 300452)

在油田開(kāi)發(fā)中，采取注入水中添加水溶性聚合物(聚丙烯酰胺類(lèi))的方法可以進(jìn)一步提高驅(qū)油效率[1-2]。但實(shí)施聚合物驅(qū)開(kāi)采后，采出液流體性質(zhì)會(huì)發(fā)生較大改變，導(dǎo)致采出液油水分離過(guò)程中，固體顆粒與原油、聚合物發(fā)生一系列絮凝、聚集及沉降作用，從而形成不易處理的含油污泥。特別是實(shí)施聚合物驅(qū)開(kāi)采后，采出液中有殘留聚合物。殘留聚合物與原油、地層水和固體顆粒之間相互作用而形成黏度大、乳化程度較高的含油污泥，不僅影響到注入水的水質(zhì)，而且含油污泥最終在污水處理罐中聚集后發(fā)生沉降。而海上油田平臺(tái)空間有限，無(wú)法引入大型處理設(shè)備，因此加大了含油污泥的處理難度。如何科學(xué)有效地進(jìn)行含油污泥處理是一項(xiàng)技術(shù)難題，其中含油污泥理化特性參數(shù)的合理確定非常重要[2-7]。

本次研究將針對(duì)渤海海上油田某次聚驅(qū)采出液處理過(guò)程中所形成的含油污泥理化特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料：在渤海海上油田某次聚驅(qū)采出液處理過(guò)程中形成的含油污泥中取樣品1和樣品2；氯仿、石油醚、正己烷、甲苯、無(wú)水乙醇、丙酮和二氯甲烷等均為分析純?cè)噭?/p>

實(shí)驗(yàn)儀器：索氏抽提器；凝膠滲透色譜；Bruker-Tonsor27型紅外光譜儀；Bruker-400 MHz核磁共振氫譜；Tecnai G2 F20 S-TWIN場(chǎng)發(fā)射透射電鏡。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

采用烘干法測(cè)定含油污泥中的含水量；采用索氏抽提法分離與測(cè)定含油污泥中含油量，以甲苯為抽提劑，提取其中殘余原油；參照標(biāo)準(zhǔn)SYT 5119 — 2008的方法測(cè)定殘余原油族組分，對(duì)于原油組成變化可通過(guò)凝膠滲透光譜(GPC)進(jìn)行分析；采用焙燒法分離與測(cè)定含油污泥的泥相。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 含油污泥組分

在實(shí)驗(yàn)中，對(duì)樣品1和樣品2的組分進(jìn)行測(cè)定。由表1所示含油污泥組分測(cè)定結(jié)果可知，樣品1和樣品2中含水率均較高，分別為55.65%和54.07%,故油泥流動(dòng)性較好。樣品1和樣品2含油率分別為18.92%和19.26%，含油量較高，具有較高的回收利用價(jià)值。樣品1和樣品2泥相含量均較低，分別為1.27%和1.32%。含油污泥中的固體顆粒多為注入流體在油層運(yùn)移過(guò)程中攜帶到地面的固體顆粒，通常為成油層與儲(chǔ)油層伴生物，包括砂巖、石灰?guī)r等構(gòu)成的細(xì)小巖屑或黏土。此外，樣品1和樣品2中聚合物含量較高，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為24.16%和25.35%。含油污泥中的聚合物，主要由于污水中存在的殘留聚合物吸附于油滴和懸浮顆粒表面，在絮凝劑或穩(wěn)定條件改變時(shí)，小顆粒將聚集成大顆粒而逐漸沉降，最后沉積于緩沖罐或沉降罐底部[8]。

表1 含油污泥組分測(cè)定結(jié)果 %

2.2 含油污泥的原油組分特性

含油污泥中油相族組成是表征含油污泥原油特性的重要基礎(chǔ)參數(shù)。油相族組分含量直接影響含油污泥回收油的品質(zhì)，以及回收油與含油污泥的黏度。油相族組分決定了含油污泥分離工況如何選擇。油泥中各組分與泥相成分的結(jié)合作用力并不相同。本次研究參照標(biāo)準(zhǔn)SYT 5119 — 2008對(duì)含油污泥中油相族進(jìn)行分析，并與該區(qū)塊采出原油樣品的族組分進(jìn)行對(duì)比。

由表2可知，渤海油田含油污泥中原油組分測(cè)定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)SYT5119 — 2008所要求的閉合度誤差范圍內(nèi)，含油污泥樣品和現(xiàn)場(chǎng)所取采出原油中所含原油的族組分以輕質(zhì)組分(飽和烴和芳香烴)為主，飽和烴含量最高。樣品1和樣品2中飽和烴含量超過(guò)32%，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量分別為20%左右，芳香烴含量最少。與現(xiàn)場(chǎng)所取原油組分相比，含油污泥樣品中芳香烴和膠質(zhì)含量均有所增加，飽和烴和瀝青質(zhì)含量略有減少。出現(xiàn)上述現(xiàn)象，一方面是由于原油中飽和烴易于揮發(fā)，且更易與采出液中表面活性組分發(fā)生作用；另一方面是由于含油污泥形成過(guò)程中，剪切力作用導(dǎo)致膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等組分發(fā)生乳化作用[9]。

表2 含油污泥中原油組分測(cè)定結(jié)果 %

原油及其重質(zhì)組分性質(zhì)在很大程度上也取決于組分結(jié)構(gòu)和分子量分布。為深入分析含油污泥形成過(guò)程中的原油特性變化，采用凝膠滲透色譜(GPC)對(duì)含油污泥樣品所提取原油和采出原油的分子量及其分布進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表3所示。

表3 含油污泥樣品油相GPC分析結(jié)果

由表3可知，樣品1和樣品2的數(shù)均分子量比較接近；與樣品2 相比，樣品1中原油分子量分布指數(shù)相對(duì)較大，分布范圍較寬；采出原油的分子量分布指數(shù)為1.385，表明樣品1和樣品2含油污泥在形成過(guò)程中原油組分變化較大。其主要原因在于，含油污泥沉積過(guò)程中損失了輕組分飽和烴，瀝青質(zhì)比例減少。這與含油污泥原油族組分的分析結(jié)果基本一致。

2.3 含油污泥中泥相組分的特性分析

采用Tecnai G2 F20 S-TWIN場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，分別對(duì)樣品1和樣品2中提取的泥相組分進(jìn)行定性分析，結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1 樣品1泥相場(chǎng)發(fā)射掃描結(jié)果

由圖1和圖2場(chǎng)發(fā)射掃描結(jié)果可知，含油污泥中泥相由大小不一、外觀不規(guī)則的顆粒組成，其外表面比較粗糙，結(jié)構(gòu)較為致密，有多處不規(guī)則突起。污泥顆粒表面凹凸不平，表面出現(xiàn)形狀多樣的孔洞。其中，元素C的含量最高，其次是O和Na。此外，污泥泥土中還含有少量Cl、Ca和Mg等元素。據(jù)此可推測(cè)，含油污泥樣品中的泥相中含有大量碳酸鹽類(lèi)礦物質(zhì)[10-11]。

圖2 樣品2泥相場(chǎng)發(fā)射掃描結(jié)果

2.4 含油污泥中殘留聚合物的特性分析

依據(jù)前述殘留聚合物分離方法，對(duì)含油污泥中的殘留聚合物進(jìn)行分離，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征和對(duì)比。采用紅外光譜分析法對(duì)所提取殘留聚合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。

由圖3所示含油污泥樣品中殘留聚合物紅外光譜分析結(jié)果可看出：在3 200 ～3 500 cm-1范圍內(nèi)，吸收峰較寬，為水分子中 —OH鍵特征吸收峰；3 367 cm-1處，為游離 —NH2特征吸收峰；3 201 cm-1為締合 —NH2特征吸收峰；2 854 cm-1處為亞甲基對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)特征吸收峰；1 670 cm-1處為酰胺部分羰基C=O特征吸收峰，1 600 ～1 650 cm-1處是酰胺部分N—H彎曲振動(dòng)特征吸收峰。此數(shù)據(jù)也可驗(yàn)證疏水締合聚合物中存在丙烯酰胺單元結(jié)構(gòu)，1 457 cm-1處為亞甲基變形的特征吸收峰；1 210 cm-1和1 126 cm-1兩峰為仲酰胺C—N鍵的伸縮振動(dòng)吸收特征峰，說(shuō)明含有酰胺基、疏水尾鏈等活性基團(tuán)。 樣品1和樣品2中殘留聚合物紅外光譜與注入前疏水締合聚合物相比較，特征峰較為接近。這說(shuō)明含油污泥中所提取的聚合物結(jié)構(gòu)基本相同，較為明顯的變化是疏水締合聚合物中酰胺基結(jié)構(gòu)發(fā)生了水解。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)含油污泥中的原油、水、泥相和殘留聚合物進(jìn)行了分離測(cè)定。所取含油污泥樣品含水率較高，油泥流動(dòng)性較好，泥相含量較低，殘留聚合物含量較高，給采出液和含油污泥的處理帶來(lái)很大困難。

圖3 含油污泥樣品中殘留聚合物紅外光譜分析結(jié)果

(2) 通過(guò)提取含油污泥樣品中的原油組分對(duì)其族組分進(jìn)行了分析：飽和烴含量最高，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量次之，芳香烴含量最少；結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)所取原油樣品結(jié)果可知，含油污泥在形成過(guò)程中原油組分變化較大。其主要原因在于，含油污泥沉積過(guò)程中損失了輕組分飽和烴，瀝青質(zhì)減少。

(3) 含油污泥樣品中的泥相主要由O、C和Na等元素組成，其中C含量最高，其次是O和Na。由此，可推測(cè)泥相中含有大量碳酸鹽類(lèi)礦物質(zhì)。

(4) 含油污泥中所提取聚合物的結(jié)構(gòu)基本相同，較為明顯的變化是含油污泥樣品中殘留聚合物結(jié)構(gòu)中酰胺基發(fā)生了水解。

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