一種新型低固相含油污泥調(diào)剖劑研究

羅 躍，劉 磊，程曉寧,譚良柏，劉翩翩，鄭 苗 (長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

一種新型低固相含油污泥調(diào)剖劑研究

羅 躍，劉 磊，程曉寧,譚良柏，劉翩翩，鄭 苗 (長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

分析了油田產(chǎn)出含油污泥的組分和粒徑，根據(jù)固體顆粒調(diào)劑的作用特點(diǎn)，以含油污泥為主要原材料，通過添加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥劑和固體顆粒得到一種新型低固相含油污泥調(diào)剖劑，其配方如下：羧甲基纖維素鈉0.25%(懸浮劑)+十二烷基苯磺酸鈉0.60%(乳化劑)+聚丙烯酰胺0.20%(分散劑)+木質(zhì)素磺酸鈉0.10%(降黏劑)+膨潤土10.0%+含油污泥。研究表明，該低固相含油污泥調(diào)剖劑能順利進(jìn)入巖心，巖心封堵率達(dá)到94%以上，突破壓力達(dá)到7.0 MPa以上，具有良好的封堵效果。

低固相；含油污泥；調(diào)剖劑；滲透率；封堵率

油田采出液經(jīng)脫水處理后形成了凈化油和油田污水。油田污水在再生處理過程中，在除油罐、緩沖沉降罐和儲水罐底部逐漸形成一層黑色黏稠液體，即含油污泥。這種油泥因含有殘余的化學(xué)添加劑，具有較大的活性，因此也稱活性污油泥。由于組成復(fù)雜，對含油污泥的處理和再生利用是油田化學(xué)研究中的難題之一[1]。目前采用的處理含油污泥的方法主要有以下[2-3]：①熱處理法。通過化學(xué)熱洗、焚燒、熱解吸等方式除去含油污泥。②溶劑萃取處理法。采用溶劑將含油污泥中的油和其他有機(jī)物質(zhì)萃取，通過蒸餾把溶劑從混合物中分離循環(huán)使用。③生物處理法。借助微生物的作用處理含油污泥中的有機(jī)物。④固化法。加入化學(xué)添加劑(固化劑)，與含油污泥發(fā)生一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，形成具有一定強(qiáng)度的穩(wěn)定的抗水固體。在其他條件受到限制的情況下，對含油污泥的處理一般采用固化法?？紤]到含油污泥產(chǎn)于地層，與地層有良好的配伍性等有利因素[4]，筆者根據(jù)固體顆粒調(diào)剖的作用特點(diǎn)[5]，對含油污泥實(shí)施化學(xué)處理。

1 含油污泥組成與粒徑分析

1.1組成分析

表1 含油污泥組成分析結(jié)果表

取一定量含油污泥樣品，用蒸餾法測其含水量，然后將蒸餾殘余物趁熱用砂心漏斗過濾，并用石油醚和丙酮的混合溶劑反復(fù)洗滌，直至殘余物不含油為止，最后將盛有殘余物的砂心漏斗放在85℃烘箱內(nèi)恒溫12h后稱重[6](見表1)。由表1可知，含油污泥的固相含量低于2.0%，屬于低固相含油污泥。為達(dá)到最佳的調(diào)剖效果，需要加入一定量的固體顆粒，固體顆粒的選擇可根據(jù)地層孔隙結(jié)構(gòu)來確定。考慮到油田現(xiàn)場應(yīng)用的實(shí)際情況，選取油田常用的膨潤土作為固體顆粒添加劑。

1.2粒徑分析

采用Microtrac S3500激光粒度分析儀對分離出來的固體顆粒和膨潤土的粒徑分布進(jìn)行測定(見圖1和圖2)。由圖1和圖2可知，含油污泥及固體顆粒的粒徑主要分布在≤50μm的范圍內(nèi)，顆粒粒徑的集中分布為調(diào)剖地層創(chuàng)造了良好條件。

圖1 固體顆粒粒徑組成分布曲線圖 圖2 膨潤土粒徑組成分布曲線圖

2 調(diào)剖劑配方選定

2.1懸浮劑的篩選及用量的確定

含油污泥中有一定量的固體顆粒，為保證調(diào)剖劑有一定的懸浮能力，使調(diào)剖劑能順利注入地層，需要在含油污泥中加入一定的懸浮劑。選擇羧甲基纖維素鈉(CMC)和黃原膠(XC)進(jìn)行試驗(yàn)。

表2 懸浮劑對污泥穩(wěn)定性的影響

在常溫下，將50g含油污泥倒入250ml燒杯中，分別加入不同種類和用量的懸浮劑[7]及膨潤土，使其固相含量保持在10%～15%(實(shí)際控制在12%)，攪拌10～30min后，取30ml加入帶刻度的試管中靜置，觀察記錄固體顆粒完全沉降時(shí)間(見表2)。由表2可知，羧甲基纖維素鈉比黃原膠的懸浮能力強(qiáng)。因此，選擇羧甲基纖維素鈉作為懸浮劑，其用量以0.20%～0.30%為宜。

2.2乳化劑的篩選

表3 乳化劑對污泥穩(wěn)定性的影響

為了使含油污泥調(diào)剖劑形成均一、穩(wěn)定的分散液，需加入適量乳化劑來降低油水之間的界面張力[8]。分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.60%的OP-10、吐溫-80、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉和司盤-20共5種乳化劑進(jìn)行篩選評價(jià)，測定油水分層時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。由表3可知，在乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.60%時(shí)，十二烷基苯環(huán)酸鈉的油水分層時(shí)為44min，效果最佳，因此選定十二烷基苯環(huán)酸鈉作為乳化劑。

2.3分散劑用量確定

表4 分散劑加量對污泥穩(wěn)定性的影響

為拆散凝聚作用形成的較大、較強(qiáng)的油、水、泥結(jié)構(gòu)，使固體顆粒和油較好地分散在水溶液中形成均一、穩(wěn)定的乳化懸浮液，結(jié)合油田的施工情況，選取聚丙烯酰胺(分子量為2000萬)作分散劑[9]。在懸浮劑羧甲基纖維素鈉加量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.25%、乳化劑十二烷基苯環(huán)酸鈉加量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.60%、分散劑聚丙烯酰胺加量為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的情況下，用DV-Ⅲ Ultra Programmable數(shù)字流變儀測定調(diào)剖劑的黏度，觀察記錄調(diào)剖劑3h和12h的析水量(體積分?jǐn)?shù))，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4可知，隨著分散劑加入量的增大，調(diào)剖體系的黏度升高，析水量降低，表明該體系的穩(wěn)定性進(jìn)一步提高，但由于加大分散劑加入量會增大生產(chǎn)成本，因此確定分散劑加入量為0.2%。

2.4降黏劑用量的確定

表5 降黏劑加量對污泥穩(wěn)定性的影響

考慮到含油污泥調(diào)剖劑要求黏度低(μ≤300mPa·s)、可泵性好這一要求，選取木質(zhì)素磺酸鈉(降黏劑)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%的羧甲基纖維素鈉(懸浮劑)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.60%的十二烷基苯磺酸鈉(乳化劑)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%聚丙烯酰胺(分散劑)及固相含量12%的膨潤土(固相含量12%)，測定調(diào)剖劑的黏度和調(diào)剖劑3h和12h的析水量(體積分?jǐn)?shù))，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由表5可知，降黏劑的加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%～0.20%時(shí)，調(diào)剖劑的黏度μ≤300mPa·s，符合調(diào)剖劑的要求。由此確定低固相含油污泥調(diào)剖劑的配方為羧甲基纖維素鈉0.25%(懸浮劑)+十二烷基苯磺酸鈉0.60%(乳化劑)+聚丙烯酰胺0.20%(分散劑)+木質(zhì)素磺酸鈉0.10%(降黏劑)+膨潤土10.0%+含油污泥。

3 含油污泥調(diào)剖劑封堵性能評價(jià)

將普通白石英粉用分析篩分成不同的粒徑范圍，洗凈、烘干，按不同配比裝入內(nèi)徑25mm、長300mm的不銹鋼巖心筒中，制成具有不同滲透率的人造巖心，隨后抽真空，計(jì)算孔隙體積和孔隙度，測定其水驅(qū)滲透率[10]。在一定壓力下，將配置好的含油污泥調(diào)剖劑注入巖心，注入體積約為孔隙體積的3倍。在60℃溫度下老化24h，然后用水驅(qū)替，觀測并記錄突破壓力，待壓力穩(wěn)定后，測突破后水相滲透率，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。由表6可知，注入調(diào)剖劑的巖心模型在60℃溫度下老化24h后，其滲透率明顯降低，其封堵率在94%以上，突破壓力達(dá)到7.0MPa以上。由此可見，該調(diào)剖劑具有良好的封堵效果。

表6 低固相含油污泥調(diào)剖劑巖心驅(qū)替試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論和建議

(1)低固相含油污泥調(diào)剖劑配方為懸浮劑0.25%+乳化劑0.60%+分散劑0.20%+降黏劑0.10%+膨潤土10.0%+含油污泥時(shí)，其封堵率在94%以上，突破壓力達(dá)到7.0MPa以上，具有良好的封堵效果。

(2)在現(xiàn)場施工時(shí)應(yīng)根據(jù)地層孔隙結(jié)構(gòu)調(diào)整固體顆粒添加劑的類型，由此進(jìn)一步改善封堵效果。

[1]馬寶歧,吳安明.油田化學(xué)原理與技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1995.

[2]史賢志,郝賀明.冀東油田廢鉆井液處理技術(shù)[J].鉆井液與完井液,2003,20(5):43-45.

[3]Zhou Ling-sheng,Jiang Xiu-min,Liu Jian-guo.Characteristics of oily sludge combustion in circulating fluidized beds[J].Journal of Hazardous Materials,2009,170(1):175-179.

[4]尚朝輝,隋清國,張艷君,等.含油污泥調(diào)剖劑的研究與應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2003,25(3):74-76.

[5]劉一江,王香增.化學(xué)調(diào)剖堵水技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1999.

[6]巨登峰.HB-Ⅱ型含油污泥深部調(diào)剖劑的研究與應(yīng)用[J].鉆采工藝,2000,23(2):57-59.

[7]李金峰,馬云池,肖立新,等.注水井含油污泥深度調(diào)剖技術(shù)[P].中國：CN1480627A，2004-03-10.

[8]王研,劉玉,何光中.一種利用廢棄的含油污泥配制的用于注水井的調(diào)堵劑[P].中國：CN1927991A， 2007-03-14.

[9]Bjorn J,Robert J P,Alexandrova L.Flotation de-inking studies using model hydrophobic particles and non-ionic dispersants[J].Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects,2000,170(23):217-230.

[10]常國勝.含油污泥調(diào)剖技術(shù)研究[D].青島:中國石油大學(xué)，2008.

2013-06-17

羅躍(1958-)，男，教授，現(xiàn)主要從事油田化學(xué)方面的教學(xué)與研究工作。

TE357.46

A

1673-1409(2013)26-0128-03

[編輯] 李啟棟