海上S 油田含聚油泥超聲波洗脫除油實(shí)驗(yàn)研究

蘇延輝，王秀平，劉敏，王永軍，高波，高迎新

(1.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;2.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境水質(zhì)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085)

海上S 油田自2003 年始采用注聚提高采收率技術(shù)，后經(jīng)不斷擴(kuò)大井組，目前已形成規(guī)?；⒕?，增油效果顯著［1-2］。注入聚合物在采油井中有不同程度返出，造成油水處理難度增大，絮凝劑等化學(xué)藥劑用量增加，造成在污水處理流程斜板除油器、氣浮選器等設(shè)備中生成流動(dòng)性較差的含聚油泥，影響設(shè)備處理效果及流程穩(wěn)定性，并造成大量原油的浪費(fèi)。

超聲波的空化作用、聲流、微射流及超聲自生振動(dòng)引起的機(jī)械攪拌作用，可以降低含油污泥中污油黏度，減少污油對(duì)固體的粘附作用，有效加速固體表面的油污剝離。同時(shí)超聲波還具有處理時(shí)間短、能耗低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。王新強(qiáng)［3］、楊繼生［4］、朱宏武［5］等分別針對(duì)含油污泥、油泥砂、油砂開展超聲處理除油相關(guān)研究，在適宜的超聲頻率和功率、作用時(shí)間和溫度的條件下，污油泥除油率均達(dá)90%以上，經(jīng)濟(jì)效益可觀。針對(duì)海上S 油田含聚油泥，超聲波洗脫技術(shù)是否可行，目前沒(méi)有相關(guān)研究。

本文以海上S 油田平臺(tái)含聚油泥為研究對(duì)象，利用超聲波洗脫除油技術(shù)思路和方法，分別進(jìn)行超聲功率、頻率、作用時(shí)間、溫度、輔助藥劑等因素對(duì)含聚油泥除油效果的影響實(shí)驗(yàn)，對(duì)于超聲波洗脫含聚油泥可行性進(jìn)行探索，為海上S 油田含聚油泥的處理工藝提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

十二烷基硫酸鈉、石油磺酸鈉均為工業(yè)品;正己烷，光譜純;含聚油泥樣品，為平臺(tái)污水處理系統(tǒng)氣浮選器頂部油泥，呈膠凝狀，流動(dòng)性差。樣品分析參考文獻(xiàn)方法［6］，結(jié)果表明，含聚油泥樣品含水率為35.5%，含油率為15.8%，含有機(jī)聚合物46.8%，無(wú)機(jī)固體機(jī)雜含量為1.8%。

KQ100DB 超聲波清洗器;InfraCal CH 型水中含油分析儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 超聲功率、頻率、溫度對(duì)含聚油泥除油效果的影響 (1)稱取一定量的含聚油泥加入反應(yīng)器中，同時(shí)按油泥∶水為1 ∶1(質(zhì)量比)加入清水，選擇頻率25 kHz，功率分別為100，200，300 W，進(jìn)行超聲清洗并定時(shí)取樣測(cè)定含聚油泥的脫油率。

(2)稱取一定量的含聚油泥加入反應(yīng)器中，同時(shí)按油泥∶水為1 ∶1(質(zhì)量比)加入清水，選擇功率300 W，頻率分別為25，50，100 kHz，進(jìn)行超聲清洗并定時(shí)取樣測(cè)定含聚油泥的脫油率。

(3)稱取一定量的含聚油泥加入反應(yīng)器中，同時(shí)按油泥∶水為1 ∶1(質(zhì)量比)加入清水，選擇功率300 W，頻率為25 kHz，初始溫度分別設(shè)定為25，35，45 ℃，進(jìn)行超聲清洗并定時(shí)取樣測(cè)定含聚油泥的脫油率。

1.2.2 輔助藥劑對(duì)含聚油泥超聲除油效果的影響

稱取一定量的含聚油泥加入反應(yīng)器中，同時(shí)按油泥∶水為1 ∶1(質(zhì)量比)加入清水，選擇功率300 W，頻率為25 kHz，初始溫度設(shè)定為45 ℃，分別加入0.05%，0.1%，0.3%，0.5%投加量的輔助藥劑石油磺酸鈉和十二烷基硫酸鈉，進(jìn)行超聲清洗60 min，取樣測(cè)定含聚油泥的脫油率。

2 結(jié)果與討論

2.1 超聲功率、頻率、溫度的影響

圖1 為超聲功率對(duì)含聚油泥脫油效果的影響。

圖1 超聲功率對(duì)含聚油泥脫油效果的影響Fig.1 Influence of the ultrasonic power on the deoiling ratio

由圖1 可知，在固定超聲頻率為25 kHz 情況下，隨著超聲功率的增加，含聚油泥的脫油效果也明顯增加，主要由于功率的增加提高超聲波的聲場(chǎng)強(qiáng)度和空化效果，但相對(duì)于常規(guī)的油泥砂或罐底油泥，含聚油泥洗脫效果較低，主要與含聚油泥中弱親水性的疏水締合聚合物與石油類物質(zhì)具有較強(qiáng)的吸附能力有關(guān)。

圖2 為超聲頻率對(duì)含聚油泥脫油效果的影響。

圖2 不同超聲頻率對(duì)含聚油泥脫油效果的影響Fig.2 Influence of the ultrasonic frequency on the deoiling ratio

由圖2 可知，在固定超聲功率300 W 不變情況下，頻率的增加并沒(méi)有提高脫油效果，低頻(20 ～30 kHz)時(shí)具有低的空化閾和高的空化強(qiáng)度，比較中高頻的密集的、低能量的氣泡，低頻超聲將產(chǎn)生尺寸更大、能量較高的空化氣泡。

表1 為溫度對(duì)含聚油泥脫油效果的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表1 溫度對(duì)含聚油泥脫油效果的影響Table 1 Influence of temperature on the deoiling ratio

由表1 可知，在超聲功率為300 W，頻率為25 kHz情況下，隨著溫度升高，含聚油泥脫油效率增加，溫度的提高有助于原油黏度的下降，增大油水接觸面積，最終提高油泥的脫油效率。

2.2 輔助藥劑的影響

含聚油泥主要源于返出聚合物與絮凝劑等藥劑反應(yīng)或發(fā)生交聯(lián)，形成凝膠過(guò)程中吸附大量原油造成的，膠結(jié)強(qiáng)度大且流動(dòng)性差，因此需要通過(guò)添加輔助化學(xué)藥劑，改善含聚油泥在水中的分散性，提高其在水中溶解性及流動(dòng)性，最終增加脫油效率。

為了進(jìn)一步評(píng)估超聲洗脫除油效果，本實(shí)驗(yàn)選取了常用的表面活性劑，在相同條件下油泥中投加不同濃度的輔助藥劑，考察不同藥劑及投加量對(duì)超聲清洗效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 輔助藥劑對(duì)含聚油泥除油率的影響Table 2 Influence of the assistant detergent on the deoiling ratio

由表2 可知，與十二烷基硫酸鈉相比，石油磺酸鈉更具有易形成O/W 體系，在對(duì)含聚油泥洗脫過(guò)程中，污油的洗脫效果都隨加藥量的增大而提高，但相比十二烷基苯硫酸鹽石油磺酸鹽的洗脫效果要更好，這與其分子結(jié)構(gòu)中含有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)單元有關(guān)。

3 結(jié)論

(1)在溫度不變條件下，隨著超聲頻率和功率的提高，脫油率成升高趨勢(shì)，反應(yīng)溫度提高，脫油率也隨之增長(zhǎng)。加入輔助清洗藥劑，能夠提高含聚油泥超聲洗脫除油效果，隨著投加量的提高，清洗效果也隨之提高。

(2)在超聲功率300 W，頻率25 kHz，溫度45 ℃，0.5%的十二烷基苯硫酸鈉等優(yōu)化條件下，含聚油泥的超聲洗脫除油率僅為20%左右。

(3)針對(duì)海上S 油田含聚油泥，由于其特殊的組成及性狀，僅靠超聲洗脫技術(shù)效率較低，經(jīng)濟(jì)效益較低，該技術(shù)適用性較差，需進(jìn)一步考慮開展降解、超聲洗脫等復(fù)合處理技術(shù)的研究。

［1］ 張鳳久，姜偉，孫福街，等.海上稠油聚合物驅(qū)關(guān)鍵技術(shù)研究及礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)［J］. 中國(guó)工程科學(xué)，2011，13(5):28-33.

［2］ 劉宗昭，劉福海，易飛，等.海上油田聚合物驅(qū)配套技術(shù)研究［J］.中國(guó)工程科學(xué)，2011，13(5):50-52.

［3］ 王新強(qiáng)，楊志剛，謝娟.超聲處理含油污泥除油實(shí)驗(yàn)研究［J］.石油與天然氣化工，2006，35(3):239-241.

［4］ 楊繼生，徐輝.超聲波處理油泥砂脫油實(shí)驗(yàn)研究［J］.石油學(xué)報(bào)(石油加工)，2010，26(2):300-304.

［5］ 朱宏武.油砂超聲波除油實(shí)驗(yàn)研究［J］.石油礦產(chǎn)機(jī)械，2004，33(5):43-46.

［6］ 謝志海，張旭，趙敏，等.延長(zhǎng)油田油泥組分分析［J］.應(yīng)用化工，2011，40(2):353-354.