聚合物驱含油污水乳状液稳定性及破乳絮凝研究

论文摘要

聚合物驱是一种重要的三次采油技术,为中国胜利油田原油稳产提供了重要保证。但由于污水中含有一定量的水解聚丙烯酰胺（HPAM）,而且污水油含量高、油珠平均粒径小、悬浮物含量高,处理难度很大。目前对含聚污水中乳化活性物质的组成、稳定性影响因素及处理对策还缺乏深入认识。本论文首先对孤岛采油厂含聚采油污水中乳化活性物质进行了系统分离及组成结构表征,在此基础上研究了乳化活性亚组分及污水中残余HPAM对乳状液稳定性的影响,考察了污水中各亚组分及HPAM对不同结构水处理剂作用效果的影响,提出了含聚采油污水处理对策,研发了针对孤岛油田含聚采油污水的处理剂并进行了现场试验,取得了明显效果。用石油醚和三氯甲烷依次萃取孤二联和孤五联含聚污水中的油分,得到弱极性组分F1和强极性组分F2;然后用石油醚沉淀及甲醇/异丙醇抽提,将两个组分分成六个亚组分。六个亚组分的结构组成分析及乳化性能研究结果表明,固体亚组分SF41和SF42的H/C低,相对分子质量高,杂原子含量高,金属钙、铁含量高(SF42相对分子质量高达4533,总杂原子含量25.3%,钙、铁含量分别达到2357mg·kg-1和455.8mg·kg-1),低浓度下( < 0. 5g·L-1)界面活性强,乳化能力强;液体亚组分SF1和SF31酸值高(SF31酸值高达23.9mgKOH·g-1),界面活性和乳化能力均较强;黏稠液体亚组分SF32和SF2酸值较低,界面活性和乳化能力相对较弱;各亚组分按界面张力由小到大排序为:SF42≤SF41 < SF31≈SF1 <SF32≈SF2。孤二联含聚污水中酸性物质以石油酸和降解HPAM为主,降解HPAM约占酸性物质的30%;孤二联含聚污水中的轻质石油酸以单环环烷酸、四环环烷酸和脂肪酸为主,其中环烷酸的含量远大于脂肪酸的含量。脂肪酸以C16和C18为主,单环环烷酸以C1418为主,四环环烷酸以C1821为主;孤二联含聚污水中降解HPAM水解度为30.1%,相对分子质量为2.26×106。孤二联含聚污水比孤五联含聚污水稳定性强的原因是污水中HPAM含量及三氯甲烷萃取物含量高,而且高酸值亚组分SF31的含量高。污水中HPAM与强极性亚组分SF31、SF42有很强的相互作用,当HPAM质量浓度大于200mg·L-1,亚组分SF31与SF42质量浓度的比值在310之间时,含聚乳状液的稳定性很强;HPAM、强极性物质、无机固体颗粒是含聚污水中悬浮物的重要组成成分,无机固体颗粒质量浓度在050mg·L-1范围内,对乳状液的稳定作用很强;HPAM的盐敏效应导致盐质量浓度超过1800mg·L-1后,乳状液的稳定性增强,盐质量浓度超过7000mg·L-1以后,zeta电位变成正值;因此,含聚污水不易用聚铝等以电中和作用为主的絮凝剂进行处理。对于不含聚的模拟乳状液,水处理剂PAC、PDMDAA、PAMAM系列都具有较好的处理效果,但HPAM的盐效应导致具有一定阳离子度的高相对分子质量处理剂CPAM-1与污水中较大相对分子质量HPAM在较宽的浓度范围内都有很强的协同破乳絮凝作用;高相对分子质量、强极性亚组分SF42与HPAM共同稳定的乳状液比弱极性亚组分SF2所稳定的乳状液更难处理;CPAM-1与污水及采出液剧烈混合时处理效果更好,污水中浮油与CPAM-1有协同除油效果,适合在井排加药,提高处理效果,减少污油的产生。研发了针对孤二联和孤五联含聚污水处理的复合阳离子处理剂FX-02和FX-05。现场实验取得了明显的效果,孤二联和孤五联外输污水油含量分别由试验前的平均2700 mg·L-1和950 mg·L-1降为平均180 mg·L-1和144 mg·L-1。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 聚合物驱含油污水稳定性及破乳絮凝研究进展
• 1.2.1 聚合物驱采油污水的组成分析
• 1.2.2 聚合物驱含油污水稳定性的影响因素研究
• 1.2.3 油水乳状液稳定的机理研究
• 1.2.4 聚合物驱含油污水乳状液的处理方法研究
• 1.2.5 含油污水破乳絮凝机理研究
• 1.2.6 结论
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 聚合物驱采油污水组成的分离与分析
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 主要实验仪器
• 2.1.3 实验方法
• 2.2 实验结果及讨论
• 2.2.1 孤岛油田含聚污水水质分析
• 2.2.2 污水中乳化活性组分的富集及亚组分的分离
• 2.2.3 乳化活性亚组分的结构组成分析
• 2.2.4 含聚污水中酸性物质的分离与结构组成分析
• 2.2.5 污水中HPAM 的富集及纯化HPAM 的表征
• 2.2.6 含聚污水中悬浮物的组成分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 亚组分的乳化性能及对乳状液稳定性影响的研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 实验方法
• 3.2 实验结果及讨论
• 3.2.1 组分及亚组分的乳化性能研究
• 3.2.2 多亚组分共存对乳状液稳定性的影响
• 3.2.3 亚组分的组成及界面性质与乳状液稳定性的关系
• 3.3 本章小结
• 第4章 HPAM 与亚组分相互作用对乳状液稳定性的影响
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 不同水样的粘度
• 4.2.2 pH 值对活性亚组分乳状液稳定性的影响
• 4.2.3 HPAM 与亚组分相互作用对乳状液稳定性的影响
• 4.2.4 固体颗粒对HPAM 与亚组分乳化相互作用的影响
• 4.2.5 HPAM 的盐敏效应对乳状液稳定性的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 污水中乳化活性亚组分对水处理剂性能的影响研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验原料
• 5.1.2 实验仪器
• 5.1.3 实验方法
• 5.2 实验结果与讨论
• 5.2.1 PAMAM 系列产品的纯化与表征
• 5.2.2 阳离子聚丙烯酰胺的表征
• 5.2.3 不同水处理剂对模拟乳状液的破乳絮凝效果
• 5.2.4 HPAM 与亚组分共同作用对处理剂破乳絮凝效果的影响
• 5.2.5 HPAM 对实际污水处理效果的影响
• 5.3 本章小结
• 第6章 孤岛油田含聚污水处理的实验室研究
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 实验原料
• 6.1.2 实验仪器
• 6.1.3 实验方法
• 6.2 实验结果与讨论
• 6.2.1 孤二联含聚污水的除油实验
• 6.2.2 孤五联含聚污水的除油实验
• 6.2.3 孤岛油田采出液的油水分离实验
• 6.3 本章小结
• 第7章 孤岛聚合物驱含油污水处理现场试验
• 7.1 孤二联和孤五联生产概况
• 7.1.1 孤二联生产概况
• 7.1.2 孤五联生产概况
• 7.2 孤二联和孤五联现行油水分离工艺流程
• 7.3 油水分离工艺流程的开发
• 7.4 现场试验工艺流程
• 7.4.1 孤五联现场试验工艺流程
• 7.4.2 孤二联现场试验工艺流程
• 7.5 现场试验
• 7.5.1 孤二联现场试验
• 7.5.2 孤五联现场试验
• 7.5.3 现场试验采出液处理成本核算
• 7.6 本章小结
• 第8章 结论
• 参考文献
• 附录 论文中引用的标准分析方法
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 作者简介