CN104849127B

CN104849127B - 一种油田多组分油泥分析前处理方法及应用

Info

Publication number: CN104849127B
Application number: CN201510287513.XA
Authority: CN
Inventors: 张梅; 刘伟丽; 高峡
Original assignee: Beijing Physichemistry Analysis & Measurment Centre
Current assignee: Beijing Physichemistry Analysis & Measurment Centre
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2017-09-19
Anticipated expiration: 2035-05-29
Also published as: CN104849127A

Abstract

本发明公开了一种油田多组分油泥分析的前处理方法，包括步骤：(1)将油泥样品置于有机溶剂中浸泡，并用有机溶剂多次反复冲洗；(2)取上述浸泡洗涤后的油泥样品，置于去离子水中，加热并进行超声波处理；(3)将上述处理后的油泥样品置于烘箱中烘至表面无明显水分，之后进行真空冷冻干燥处理，得到的干燥油泥样品。本发明的方法借助热、超声波及真空冷冻干燥处理技术，去除了复杂油泥样品中绝大部分的水分、原油等杂质，获得了最关键的有机胶团部分，且未额外添加有机药剂，避免了引入有机杂质，对分析油泥胶团的组分构成及解析油泥成因有重要意义。

Description

一种油田多组分油泥分析前处理方法及应用

技术领域

本发明属于油田环保技术领域，涉及一种油泥分析的前处理方法。

背景技术

在油田的开发生产过程中会产生大量的含油污泥，简称油泥。根据来源的不同，油泥大致可分为两类：一是在油田的开发、开采及井下作业过程中产生的油泥，一般称为落地油泥(又称作业油泥)；二是在采出液、原油的后续处理过程中，各种处理设备、储油罐、污水罐等底部沉有的大量油泥，一般称为罐底油泥。随着聚合物驱油技术的广泛应用，在注聚油田的开发过程中还产生了大量的含聚油泥，该类含聚油泥通常归属于罐底油泥。

油泥的组分十分复杂，一般由原油、污水、悬浮固体、采油和采出液处理中加入的各种化学药剂等组成，为一种性能高度稳定的混合体系。由于油泥中含有的胶质、沥青质等石油重组分比例大，原油、污水处理过程中加入的破乳剂、清水剂、杀菌剂、缓蚀剂、阻垢剂等处理药剂会与返出聚合物、原油中的石蜡及沥青等组分相互作用，导致油泥的性能非常稳定，处理难度很大。

油泥的存在不仅严重影响油田的生产运行，同时还对环境造成严重污染。目前，国内外报道的油泥处理方法有很多，包括化学清洗法、高温处理法、超声波处理法、溶剂萃取法、电处理法、生物分解法等等，各种方法主要针对如何后期解决已经产生的油泥，侧重于油泥中原油的回收和固体污泥的利用（参见CN103833105A、CN102849907B），油泥中大部分的结合水、极性较强的小分子杂质等仍未有效去除。为从源头上减少油泥的产生，提高油泥处理效率，迫切需要对油泥进行系统的成分分析、结构分析以及油泥稳定机理分析。然而，在油泥的分析处理过程中，由于油滴、污水、沙粒、泥土、重金属盐等被包裹其中，呈性质十分稳定的粘稠体系，难以有效分离，在对油泥中的各组分及结构分析时，准确性受到严重影响，无法有效分析油泥的组分。因此，对多组分油泥进行有效的前处理，对于后续的各种分析方法至关重要。

CN 102094616B公布了一种分离含聚油泥中絮状的有机物的方法，通过该方法可初步实现油泥中有机絮状胶团与油水的分离，但所含的有机小分子杂质较多，原油和污水含量依然较高，无法得到较为纯净的胶团组分。

目前，对油泥组分分析最为关键的有机胶团组分，常规的前处理方法是通过烘箱加热或采用外加油泥清洗剂、破胶剂、破乳剂等药剂。对于传统的加热干燥方法，只能去除部分游离水和小分子挥发物质，对油泥中包裹的结合水、分子间作用力较强的小分子杂质无能为力，而且常规加热会对油泥中胶团的结构造成破坏，无法得到真实的油泥内部结构；对于外加药剂清洗方法，则人为的引入了有机杂质，对于后续的组分分析带来极大干扰。

针对上述存在的问题，本发明公开了一种油泥分析的前处理方法，结合利用热作用、超声波处理及真空冷冻干燥处理技术，将复杂油泥样品中大部分的水分、原油等杂质去除，可得到纯净的有机胶团组分。该方法可用于处理各种类型油泥的成分分析、结构鉴定及稳定机理分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种油田多组分油泥分析的前处理方法，包括如下步骤：

(1) 将油泥样品置于有机溶剂中浸泡，并用有机溶剂多次反复冲洗，溶解、洗去表面的浮油及悬浮物、机械杂质等。

(2) 取上述浸泡洗涤后的油泥样品，置于去离子水中，加热并进行超声波处理，至样品变软为止。

(3) 将上述处理后的油泥样品置于烘箱中烘至表面无明显水分，之后进行真空冷冻干燥处理，包括预冷冻、抽真空、升华三个步骤，进一步除去包裹在内部的自由水、结合水及挥发性物质，得到干燥的油泥样品。

所得样品可以用于进行结构和组分分析。

该方法步骤(1)中，油泥样品与有机溶剂的质量比可为1:5~1:20，优选为1:10~1:20；所用有机溶剂可为石油醚、环己烷、环氧丙烷、正戊烷、正己烷、乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯等中的一种或几种的混合溶剂；浸泡时间可为1~12h，优选为3~8h。

该方法步骤(2)中，所述油泥样品和去离子水的质量比可为1:2~1:8，优选为1:3~1:5；所述加热处理温度可为50~90^oC，优选为65~85^oC；所述超声波频率可为20~40KHz，优选28~40KHz；所述加热超声波处理时间可为5~20min，优选10~15min。

该方法步骤(3)中，所述油泥样品置于烘箱中的烘干温度可为80~120^oC，优选为85~110^oC；所述真空冷冻干燥处理，样品预冷冻5~15min，冷冻温度可为-20 至 -60^oC，优选为-35 至 -50^oC；抽真空时间可为5~60min，优选为15~40min；升华过程分两个阶段：第一阶段温度可为-50至0^oC，升华干燥时间可为0.5~3h，优选为1~2h；第二阶段温度可为0~40^oC，升华干燥时间可为0.5~3h，优选为0.5~1.5h。

本发明提供的油田多组分油泥分析的前处理方法，借助热作用、超声波处理及真空冷冻干燥处理技术，有效破坏了油-水-泥三相稳定体系，将复杂油泥样品中绝大部分的水分、原油等杂质去除，获得了油泥中最为关键的有机胶团部分。

本发明另外涉及根据本发明的方法得到的处理后的油泥。

本发明进一步涉及根据本发明的方法处理后的油泥在后续样品成分分析、结构鉴定及油泥成因、稳定机理分析中的应用。

由于油泥样品本身非常复杂，传统的处理方法绝大多数是通过加入化学药剂预处理，这对后面的关键组分获得及其组分分析非常不利，而简单的物理方法又难以去除大部分杂质。根据本发明的方法创造性地将真空冷冻干燥技术引入到的成分复杂的高含水/含油的油田油泥样品前处理中，与热处理及超声处理结合后，对去除油泥中包裹的水分(特别是结合水)、油分、强极性杂质等有很好的处理效果，是一种操作简单而有效的综合性前处理技术，能够在不使用外加药剂的前提下实现良好的处理效果。

所以，本发明提供的方法具有如下优点：(1)该前处理方法对水、原油、有机小分子杂质等有明显去除效果，特别对油泥中包裹的结合水、分子间作用力很强的有机小分子物质等常规手段无法有效去除的杂质，该方法均有很好效果；(2)该前处理方法未添加任何油泥清洗剂、破胶剂等药剂，避免了有机杂质的引入，对后续组分分析等没有影响；(3)该前处理方法获得的油泥胶团部分，对分析油泥胶团的组分构成及解析油泥成因有重要帮助。

附图说明

图1为实施例1中油泥样品经前处理之后的电镜(SEM)照片。

图2为实施例2中油泥样品经前处理之后的X射线能谱(EDS)谱图。

图3为实施例3中油泥样品经前处理之后的红外光谱(IR)谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明并不限于以下实施例。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

以下实施例所用多组分油泥为渤海某油田产出的油泥，由质量百分含量为大约40%~50%的水、质量百分含量大约15%~30%的原油和其它固体组分组成。

实施例1

(1) 称取20g油泥样品于烧杯中，加入100g的石油醚，搅拌条件下浸泡3h，之后再用石油醚冲洗2次至无明显有机物析出，过滤掉固体杂质，对洗涤后的油泥样品称重约为17.4g。

(2) 将上述油泥样品放于烧杯中，加入80g去离子水。将烧杯置于超声波清洗机，加热至65^oC，超声波频率为28KHz，65^oC下超声波处理10min。

(3) 取上述处理后的油泥置于100^oC烘箱中30min，之后将样品进行冷冻干燥处理，样品预冷冻5min，冷冻温度-40^oC，抽真空时间15min；升华过程第一阶段温度-5^oC，干燥时间1h，第二阶段温度20^oC，升华干燥时间为0.5h。

将上述前处理完毕的样品用于后续电镜(SEM)分析。附图1为实施例1前处理完毕后油泥样品的电镜照片，由图可看出，油泥中除油、水之外的主要固相组分即粘性胶团呈多孔状，孔径在5~10µm。

实施例2

(1)称取5g油泥样品于烧杯中，加入100g的环己烷，搅拌条件下浸泡2h，之后再用石油醚冲洗2次至无明显有机物析出，过滤掉固体杂质，对洗涤后的油泥样品称重约为4.1g。

(2)将上述洗净的油泥样品放于烧杯中，加入30g去离子水。将烧杯置于超声波清洗机，加热至90^oC，超声波频率为35KHz，90^oC下超声波处理15min。

(3)取上述处理后的油泥置于90^oC烘箱中40min，之后将样品进行冷冻干燥处理，样品预冷冻15min，冷冻温度-30^oC，抽真空时间40min；升华过程第一阶段温度-10^oC，干燥时间2h，第二阶段温度25^oC，升华干燥时间为1h。

将上述前处理完毕的样品用于后续X射线能谱(EDS)分析。附图2为实施例2前处理完毕后油泥样品的X射线能谱谱图，由图可知，油泥中的粘性胶团主要成为为C、H、O元素，其中C与O的比例为85:15，说明胶团的主要组分为有机物。

实施例3

(1)称取10g油泥样品于烧杯中，加入100g的正己烷/异丙醇混合溶剂（体积比2:1），搅拌条件下浸泡2h，之后再用石油醚冲洗2次至无明显有机物析出，过滤掉固体杂质，对洗涤后的油泥样品称重约为8.4g。

(2)将上述洗净的油泥样品放于烧杯中，加入50g去离子水。将烧杯置于超声波清洗机，加热至85^oC，超声波频率为40KHz，85^oC下超声波处理20min。

(3)取上述处理后的油泥置于110^oC烘箱中30min，之后将样品进行冷冻干燥处理，样品预冷冻15min，冷冻温度-50^oC，抽真空时间30min；升华过程第一阶段温度-15^oC，干燥时间1.5h，第二阶段温度30^oC，升华干燥时间为1h。

将上述前处理完毕的样品用于后续红外光谱(IR)分析。附图3为实施例3前处理完毕后油泥样品的红外光谱谱图，由图可知，3331cm^-1为酰胺基团特征峰，1661cm^-1、1555cm^-1、1321cm^-1为仲酰胺的I、II和III特征带，说明油泥中的粘性胶团可能为驱油剂聚合物发生某种交联后的产物。

本发明的实施例1-3中均得到了类似结构和组成的油泥前处理产物(表征数据未一一示出)。由此看以看出，采用本发明的油泥前处理方法，得到了有利于进一步后续分析的产物，为探究油泥特别是粘性油泥的产生成因、稳定机理提供了重要帮助，对于找到有效避免油泥产生或有效的油泥处理方法具有重要意义。

Claims

1.一种油田多组分油泥分析的前处理方法，包括如下步骤：

(1)将油泥样品置于有机溶剂中浸泡，并用有机溶剂多次反复冲洗，溶解、洗去表面的浮油及悬浮物、机械杂质等；

(2)取上述浸泡洗涤后的油泥样品，置于去离子水中，加热并进行超声波处理，至样品变软为止；

(3)将上述处理后的油泥样品置于烘箱中烘至表面无明显水分，之后进行真空冷冻干燥处理，包括预冷冻、抽真空、升华三个步骤，进一步除去包裹在内部的自由水、结合水及挥发性物质，得到的干燥油泥样品；其中所述油泥样品置于烘箱中的烘干温度为80～120℃；所述真空冷冻干燥处理，样品预冷冻5～15min，冷冻温度为-20至-60℃；抽真空时间为5～60min；升华过程分两个阶段：第一阶段温度为-50～0℃，升华干燥时间为0.5～3h；第二阶段温度为0～40℃，升华干燥时间为0.5～3h。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，所用有机溶剂可为石油醚、环己烷、环氧丙烷、正戊烷、正己烷、乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯等中的一种或几种的混合溶剂。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，油泥样品与有机溶剂的质量比为1:5～1:20；浸泡时间为1～12h。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，油泥样品与有机溶剂的质量比为1:10～1:20；浸泡时间为3～8h。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述油泥样品和去离子水的质量比为1:2～1:8；所述加热处理温度为50～90℃；所述超声波频率为20～40KHz；所述加热超声波处理时间为5～20min。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述油泥样品和去离子水的质量比为1:3～1:5；所述加热处理温度为65～85℃；所述超声波频率为28～40KHz；所述加热超声波处理时间为10～15min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述油泥样品置于烘箱中的烘干温度为85～110℃；所述真空冷冻干燥处理，样品预冷冻5～15min，冷冻温度为-35至-50℃；抽真空时间为15～40min；升华过程分两个阶段：第一阶段温度为-50～0℃，升华干燥时间为1～2h；第二阶段温度为0～40℃，升华干燥时间为0.5～1.5h。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法处理所得的油泥。

9.根据权利要求1-7任一项所述的方法处理后的油泥在后续样品成分分析、结构鉴定及油泥成因、稳定机理分析中的应用。