CN111087037B - 一种改善含阴离子型聚合物的o/w型采出液和采出水油水分离效果的方法 - Google Patents

一种改善含阴离子型聚合物的o/w型采出液和采出水油水分离效果的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改善含有阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水油水分离效果的方法。该方法的特征在于向含有阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水中投加阴离子型表面活性剂和嵌段聚醚型非离子高分子表面活性剂，通过阴离子型表面活性剂在油水界面上的吸附，顶替油水界面上吸附的同样带有负电荷的阴离子型聚合物分子团，破坏具有界面活性的阴离子型聚合物分子团吸附在油水界面上形成的界面膜和其对油珠聚并产生的空间位阻，促进油珠之间的聚并，同时结合亲水性聚醚型高分子表面活性剂的油珠聚集作用，加速含有阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水的油水分离。

Description

一种改善含阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水油水分 离效果的方法
技术领域
本发明涉及油田采油技术领域，特别涉及一种改善含阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水油水分离效果的方法。
背景技术
作为一种可大幅度提高原油采收率的实用技术，聚合物驱技术近年来得到了大规模应用，采收率提高幅度可达10％以上,对提高原油采收率和增加原油产量起了重要作用。
在大幅度提高原油采收率的同时，部分聚合物驱技术的应用也给采出液和采出水的分离带来了新的问题。为改善聚合物在高矿化度注入水中的增粘效果，在一些聚合物驱项目中所用的聚合物为主分子链上同时接有直链烷基等憎水基团和羧酸基、酰胺基、磺酸基等亲水基团的阴离子型聚合物。由于憎水侧链和亲水侧链的同时存在，这些聚合物一般都具有油水界面活性，在O/W型采出液和采出水中会吸附在油珠表面上参与油水界面膜的形成，由于聚合物分子团尺寸大，在水连续相中具有较大的伸展空间，在两个相互接近的油滴之间的距离小到各自表面上的聚合物吸附层部分重叠时，聚合物吸附层之间的相互排斥力就会对油珠之间的进一步接近和后续的合并形成阻碍，此即所谓的“空间位阻”。
目前解决含阴离子聚合物的O/W型采出液和采出水油水分离问题的物理方法主要包括重力沉降、电致聚结、填料表面聚结、离心沉降、气浮选、深床过滤等，其油水分离效果在很大程度上取决于O/W型采出液和采出水中油珠之间相互聚集和聚并的难易程度，在油珠聚集和聚并困难的情况下，上述物理方法的油水分离效率很低甚至无效；为弥补上述物理方法处理含阴离子聚合物的O/W型采出液和采出水的缺陷，通常采用化学方法与其相结合，主要包括投加嵌段聚醚型高分子表面活性剂、阳离子型混凝剂、阳离子型絮凝剂和氧化剂，其中嵌段聚醚型高分子表面活性剂的优点为与含阴离子聚合物的O/W型采出液和采出水中的阴离子型聚合物配伍性好，在促进油珠聚集的过程中不会产生新的机械杂质，缺点是只能促进油珠之间的聚集而不能导致油珠聚并；阳离子型混凝剂和阳离子型絮凝剂的主要缺陷为与阴离子型聚合物发生电中和沉淀反应，在促进油珠聚集的过程中会产生新的机械杂质；氧化剂的优点为可以降解阴离子型聚合物，一定程度上减弱油珠表面上聚合物吸附层对油珠之间相互聚并的阻碍作用。
发明内容
本发明在于克服背景技术中存在的缺点和不足，而提供一种改善含阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水油水分离效果的方法，该方法能够促进油珠之间的聚并，加速含有阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水的油水分离。
本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：一种改善含有阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水油水分离效果的方法，向含有阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水中投加阴离子型表面活性剂和嵌段聚醚型非离子高分子表面活性剂，每升采出液水相和采出水中阴离子表面活性剂的投加量为50mg～300mg；每升采出液水相和采出水中嵌段聚醚型非离子高分子表面活性剂投加量为100～200mg。
阴离子型表面活性剂的投加位置为油井掺水管线、油气分离器进液管线、三相分离器进液管线、游离水脱除器进液管线处。
阴离子型表面活性剂的投加位置在采出水处理设施沉降罐进水管线处。
阴离子型表面活性剂为下列药剂中的一种或两种以上的复配物：烷基磺酸或其盐、烷基苯磺酸或其盐、脂肪醇硫酸酯或其盐、α烯烃磺酸或其盐、醇醚羧酸或其盐、烷基酚醚硫酸酯或其盐、烷基酚醚羧酸或其盐、琥珀酸二辛酯磺酸或其盐、脂肪酸或其盐；所述嵌段聚醚型非离子高分子表面活性剂为破乳剂SP169或AE121。
该改善含阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水油水分离效果的方法的原理为向含有阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水中投加阴离子表面活性剂和嵌段聚醚型高分子表面活性剂，通过阴离子型表面活性剂在油水界面上的吸附，顶替油水界面上吸附的同样带有负电荷的阴离子型聚合物分子团，破坏具有界面活性的阴离子型聚合物吸附在油水界面上形成的界面膜和其对油珠聚并产生的空间位阻，促进油珠之间的聚并，同时结合亲水性聚醚型高分子表面活性剂的油珠聚集作用，加速含有阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水的油水分离。
本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：
本发明改善含阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水油水分离效果的方法，通过在含阴离子聚合物的O/W型采出液和/或采出水中同时投加阴离子表面活性剂和嵌段聚醚型非离子表面活性剂，其中阴离子型表面活性剂可顶替吸附在油水界面上的表面带有过剩负电荷的阴离子型聚合物分子团，消除其对油珠聚并的阻碍，同时嵌段聚醚型非离子表面活性剂吸附在油水界面上促进油珠之间的聚集和聚并，显著改善含阴离子型聚合物O/W型采出液和采出水的油水分离特性，降低含阴离子型聚合物采出水的处理难度。在投加有嵌段聚醚型非离子表面活性剂的含有阴离子型聚合物的采出水中投加50mg/l阴离子型表面活性剂可使其经过24h 40℃静置沉降后的水相残余乳化油量由807mg/l降低到118mg/l～361mg/l，降低幅度为为55.3％～85.4％
为克服单一种类的阴离子表面活性剂顶替吸附在油水界面上的阴离子型聚合物分子团能力不足的问题，可将两种或两种以上阴离子表面活性剂复合在一起使用。从抑制阴离子型聚合物分子团在油水界面上的吸附的作用效果看，各种阴离子型表面活性剂的复配比例可以是任意的都能达到本发明的效果，因为都是阴离子表面活性剂，它们对本发明的作用和贡献是一样的。
由于阴离子表面活性剂不能有效中和油珠表面上过剩的负电荷，消除油珠之间的远程静电斥力，甚至吸附在油水界面上增大油珠表面的过剩负电荷密度，导致油水乳状液稳定性增强，在油珠表面带过剩负电荷的O/W型采出液和采出水处理中极少应用。本发明中正是利用了阴离子表面活性剂在油水界面上的吸附来顶替吸附在油水界面上的表面带有过剩负电荷的阴离子型聚合物分子团，而对其增大油珠之间的远程静电排斥力的副作用，则采用嵌段聚醚型非离子表面活性剂对油珠的聚集作用来克服。
附图说明
附图1为本发明的阴离子表面活性剂的加药点设置示意图；
附图2为本发明实施方式中聚中115转油放水站沉降罐放水在30℃下经过12h静置沉降后的油水分离情况；
附图3为本发明实施方式中聚中115转油放水站三相分离器进液经过12h 30℃静置后油水界面区域水层的显微照片；
附图4为本发明实施方式中聚中115转油放水站沉降罐放水中分离出的不能溶于水和石油醚的具有油水界面活性的机械杂质的傅立叶变换红外光谱测试曲线。
图中：1-油井井口的采油树，2-阴离子型表面活性剂加药装置，3-油气分离器或油气水三相分离器，4-掺水加热炉，5-游离水脱除器(罐)，6-脱水器(罐)。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步对本发明进行说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
下面以该改善含有阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水油水分离效果的方法用于处理大庆油田聚中115转油放水站沉降罐放水(聚合物含量为475mg/L,初始含油量1440mg/L，其中含有100-200mg/L嵌段聚醚型破乳剂)中的应用为例，进一步对本发明进行说明。
大庆油田聚中115转油放水站沉降罐放水(聚合物含量为475mg/L,初始含油量1440mg/L，其中含有200mg/L嵌段聚醚型破乳剂)在30℃下经过12h静置沉降和经过12h静置沉降并上下颠倒一次后的油水分离情况对比见附图2。由图2中可见，聚中115转油放水站沉降罐放水经过12h 30℃静置沉降后水层为白色，表明绝大部分油珠已经上浮到水面；但当水样被缓慢上下颠倒一次后水色立即变成黄色，表明颠倒过程中一部分原本已经上浮到水面的小油滴又重新分散到水体中，说明在12h 30℃静置沉降过程中尽管油珠可以上浮和聚集，但一部分小油珠并不能相互聚并成大油珠，而只能形成松散的油珠次稳态聚集体。
聚中115转油放水站三相分离器进液经过12h 30℃静置后油水界面区域水层的显微照片如图3所示。由图3中可见大量的小油珠已经相互接触，但由于接触区域内的水膜强度过高而不能合并成大油珠，只能形成松散的油珠聚集体。由于这种松散的聚集体稳定性差，在流场中机械剪切的作用下会发生解聚而释放出其中的小油滴，因而尽管静置沉降中油水可以分离，但在三相分离器和沉降罐中的流场中由于油珠不能聚并长大，大量小油珠不能从水连续相中分离出去，造成分离采出水含油量过大，增大了下游采出水处理的难度。
聚中115转油放水站沉降罐放水中分离出的不能溶于水和石油醚的具有油水界面活性的机械杂质的傅立叶变换红外光谱测试曲线如图4所示。图4中聚中115转油放水站沉降罐放水中分离出的不能溶于水和石油醚的具有油水界面活性的机械杂质的傅立叶变换红外光谱测试曲线中典型吸收峰所对应的基团见表1。
表1
波数，cm<sup>-1</sup> 基团
1411.64 酰胺C-N
1463.71 (羧酸盐/酯)C＝O
1550.49 (羧酸盐/酯)C＝O
1562.06 (羧酸盐/酯)C＝O
1589.72 酰胺N-H(第二酰胺峰)
1660.41 酰胺C＝O(第一酰胺峰)
1724.05 酯C＝O
2850.27 C-H
2919.70 C-H
3434.60 酰胺N-H
由图4中的红外光谱吸收峰强度和表1鉴定出的基团可以确定聚中115转油放水站沉降罐放水中分离出的不能溶于水和石油醚的具有油水界面活性的机械杂质的主要成分为分子结构中含有羧酸基、酯基和酰胺基的部分水解聚丙烯酰胺，由于其分子结构中含有羧酸盐基团而在水中带有负电荷，同时因分子结构中含有酯基团而具有油水界面活性。
综合上述数据，上述含有阴离子型聚合物的采出液和采出水因聚合物分子团具有油水界面活性而吸附在油水界面上，形成了阻碍油珠之间相互聚并的空间位阻，是导致上述含有阴离子聚合物的采出液和采出水油水分离困难的一个重要原因。
实施例1
在11个容量为450ml的具盖玻璃配方瓶中分别依次加入300g从聚中115转油放水站计量间来液中分离出的游离水样(聚合物含量为461mg/L)和从100g从聚中115转油放水站计量间来液中分离出的低含水率乳化油，置于水温为40℃的水浴中静置30min；将盛有油水样的配方瓶置于Polytron PT3100D型均化仪上在转速为20,000r/min的转速下乳化2min；在每个配方瓶中均加入200mg/L破乳剂SP169，在其中的10个配方瓶中加入表2中规定浓度的阴离子表面活性剂，置于KS-10型空气浴振荡机中在420r/min和40℃下振荡2min；将配方瓶置于水温为40℃的水浴中静置，30min后将配方瓶从水浴中取出，上下颠倒2次后放回到水浴中,2min后用配有长针头的玻璃注射器从配方瓶底部抽取60ml水样测试其含油量记作残余乳化油量；用配有长针头的注射器将配方瓶中的底水抽尽后将配方瓶上下手振20次，从中倒出20g乳化油样测试其水含量。按上述步骤测试的水相残余乳化油量和油相水含量数据见表2。
表2
Figure BDA0002295348080000061
对比表2中的水相残余乳化油量可见，在含有阴离子型聚合物的模拟O/W型采出液中投加300mg/l(按水相计)表2中的阴离子型表面活性剂可使其经过30min 40℃静置沉降后的水相残余乳化油量由8306mg/l降低到189mg/l～337mg/l，降低幅度为95.9％～97.7％；由表2中的30min油相水含量测试数据对比可见，在含有阴离子型聚合物的模拟O/W型采出液中投加300mg/l表2中的阴离子型表面活性剂可使其经过30min 40℃静置沉降后的油相水含量由23.7％降低到10.5％～16.9％，降低幅度为28.7％～55.7％。
实施例2
在11个容量为450ml的具盖玻璃配方瓶中分别加入400g从聚中115转油放水站计量间来液中分离出的游离水样(初始含油量为2470mg/L，聚合物含量为461mg/L)，在每个配方瓶中均加入200mg/L破乳剂AE121，在其中的10个配方瓶中的水样中加入表3中规定数量的阴离子型表面活性剂；将配方瓶置于KS-10型空气浴振荡机中在420r/min和40℃下振荡2min；将配方瓶置于水温为40℃的水浴中静置24h；将配方瓶从水浴中取出，上下颠倒2次后放回到水浴中,2min后用配有长针头的玻璃注射器从配方瓶底部抽取100ml水样测试其含油量记作残余乳化油量。按上述步骤测试的水相残余乳化油量数据见表3。
表3
Figure BDA0002295348080000071
对比表3中的水相残余乳化油量可见，在含有阴离子型聚合物的采出水中投加300mg/l表3中的阴离子型表面活性剂可使其经过24h 40℃静置沉降后的水相残余乳化油量由756mg/l降低到77mg/l～314mg/l，降低幅度为58.5％～89.8％。
实施例3
在11个容量为450ml的具盖玻璃配方瓶中分别依次加入300g从聚中115转油放水站计量间来液中分离出的游离水样(聚合物含量为533mg/L)和从100g从聚中115转油放水站计量间来液中分离出的低含水率乳化油，置于水温为40℃的水浴中静置30min；将盛有油水样的配方瓶置于Polytron PT3100D型均化仪上在转速为20,000r/min的转速下乳化2min；在每个配方瓶中均加入100mg/L破乳剂SP169，在其中的10个配方瓶中加入表4中规定浓度的阴离子型表面活性剂，置于KS-10型空气浴振荡机中在420r/min和40℃下振荡2min；将配方瓶置于水温为40℃的水浴中静置，30min后将配方瓶从水浴中取出，上下颠倒2次后放回到水浴中,2min后用配有长针头的玻璃注射器从配方瓶底部抽取60ml水样测试其含油量记作残余乳化油量；用配有长针头的注射器将配方瓶中的底水抽尽后将配方瓶上下手振20次，从中倒出20g乳化油样测试其水含量。按上述步骤测试的水相残余乳化油量和油相水含量数据见表4。
表4
Figure BDA0002295348080000081
对比表4中的水相残余乳化油量可见，在含有阴离子型聚合物的模拟O/W型采出液中投加50mg/l(按水相计)表4中的阴离子型表面活性剂可使其经过30min 40℃静置沉降后的水相残余乳化油量由8193mg/l降低到293mg/l～946mg/l，降低幅度为88.4％～96.4％；由
表4中的30min油相水含量测试数据对比可见，在含有阴离子型聚合物的模拟O/W型采出液中投加50mg/l表4中的阴离子型表面活性剂可使其经过30min 40℃静置沉降后的油相水含量由21.9％降低到12.0％～17.7％，降低幅度为19.2％～45.2％。
实施例4
在11个容量为450ml的具盖玻璃配方瓶中分别加入400g从聚中115转油放水站计量间来液中分离出的游离水样(初始含油量为2470mg/L，聚合物含量为533mg/L)，在每个配方瓶中均加入100mg/L破乳剂AE121，在其中的10个配方瓶中的水样中加入表5中规定数量的阴离子型表面活性剂并混匀；将配方瓶置于KS-10型空气浴振荡机中在420r/min和40℃下振荡2min；将配方瓶置于水温为40℃的水浴中静置24h；将配方瓶从水浴中取出，上下颠倒2次后放回到水浴中,2min后用配有长针头的玻璃注射器从配方瓶底部抽取100ml水样测试其含油量记作残余乳化油量。按上述步骤测试的水相残余乳化油量数据见表5。
表5
Figure BDA0002295348080000091
对比表5中的水相残余乳化油量可见，在含有阴离子型聚合物的采出水中投加50mg/l表5中的阴离子型表面活性剂可使其经过24h40℃静置沉降后的水相残余乳化油量由807mg/l降低到118mg/l～361mg/l，降低幅度为55.3％～85.4％。
上述方法的实施方式为在油井掺水管线、油气分离器/三相分离器进液管线、游离水脱除器进液管线、水处理设施进水管线位置处同时投阴离子型表面活性剂和嵌段聚醚型非离子表面活性剂。含阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水的水相聚合物含量>100mg/l。阴离子表面活性剂为下列药剂中的一种或两种以上的复配物：烷基磺酸或其盐、烷基苯磺酸或其盐、脂肪醇硫酸酯或其盐、α烯烃磺酸或其盐、醇醚羧酸或其盐、烷基酚醚硫酸酯或其盐、烷基酚醚羧酸或其盐、琥珀酸二辛酯磺酸或其盐、脂肪酸或其盐。嵌段聚醚型非离子表面活性剂为脂肪醇和多乙烯多胺起始剂的二嵌段或三嵌段乙氧基和丙氧基化产物，如破乳剂SP169和AE121。
在现场应用中，如附图1所示，图中给出了适合在含阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水中投加阴离子表面活性剂的4个位置示意图，图中包括油井井口的采油树1，油井井口的采油树1通过油井掺水管线连接油气分离器或油气水三相分离器3，油气分离器或油气水三相分离器3通过油气分离器/三相分离器进液管线依次连接游离水脱除器(罐)5、脱水器(罐)6；所述游离水脱除器(罐)5、脱水器(罐)6分别连接水处理设施进水管线；油井井口的采油树1的油井掺水管线通过掺水加热炉4连接游离水脱除器进液管线；所述油井掺水管线、油气分离器/三相分离器进液管线、水处理设施进水管线、游离水脱除器进液管线上分别连接有阴离子型表面活性剂加药装置2。
按油井采出液的流动方向从上游到下游的加药位置依次为：1、油井掺水管线：从该加药点投阴离子型表面活性剂的优点是药剂在井口就加入到单井采出液中，便于阴离子型表面活性剂作用的发挥，而且药剂投加点少，方便运行和管理；2、油气分离器/三相分离器进液管线：从该加药点投加阴离子型表面活性剂的优点是药剂投加点少，方便运行和管理；3、游离水脱除器进液管线：从该加药点投加阴离子表面活性剂的优点是药剂投加点少，方便运行和管理及减轻投加的阴离子型表面活性剂干扰油气分离；4、水处理设施进水管线：从该加药点投加阴离子型表面活性剂的优点是药剂投加点少，方便运行和管理及减轻投加的阴离子型表面活性剂干扰油气分离。
上述4个加药点应根据阴离子型聚合物造成O/W型采出液和采出水油水分离困难的程度、地面集输系统的规模及具体的地面集输工艺参数来选择。单从改善油水分离效果的作用看，宜按油井掺水管线、油气分离器/三相分离器进液管线、游离水脱除器器进液管线、水处理设施进水的优先顺序来选择加药点。
嵌段聚醚型非离子表面活性剂的加药点一般设置在油气分离器/三相分离器进液管线处，特殊情况下也可以设置在油井掺水管线处。

Claims (3)

1.一种改善含阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水油水分离效果的方法，其特征在于：向含有阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水中投加阴离子型表面活性剂和嵌段聚醚型非离子高分子表面活性剂，每升采出液水相和采出水中阴离子表面活性剂的投加量为50mg～300mg； 每升采出液水相和采出水中嵌段聚醚型非离子高分子表面活性剂投加量为100～200mg；所述阴离子型表面活性剂为下列药剂中的一种或两种以上的复配物：烷基磺酸或其盐、烷基苯磺酸或其盐、 脂肪醇硫酸酯或其盐、α烯烃磺酸或其盐、醇醚羧酸或其盐、烷基酚醚硫酸酯或其盐、烷基酚醚羧酸或其盐、琥珀酸二辛酯磺酸或其盐、脂肪酸或其盐；
向含有阴离子型聚合物的O/W型采出液中投加阴离子型表面活性剂的位置为油井掺水管线、油气分离器进液管线、三相分离器进液管线、游离水脱除器进液管线处；
向含有阴离子型聚合物的O/W型采出水中投加阴离子型表面活性剂的位置为在采出水处理设施沉降罐进水管线处。
2.根据权利要求1所述的改善含阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水油水分离效果的方法，其特征在于：所述烷基磺酸或其盐为十二烷基磺酸或其盐；烷基苯磺酸或其盐为十二烷基苯磺酸或其盐； 脂肪醇硫酸酯或其盐为椰油醇硫酸钠K12；α烯烃磺酸盐为α烯烃磺酸钠AOS；醇醚羧酸盐为醇醚羧酸盐AEC-10Na；烷基酚醚硫酸酯或其盐为十二烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES；烷基酚醚羧酸或其盐为壬基酚聚氧乙烯醚羧酸钠；琥珀酸二辛酯磺酸盐为磺化琥珀酸二辛酯酸钠盐；脂肪酸盐为硬脂酸钠。
3.根据权利要求1所述的改善含阴离子型聚合物的O/W型采出液和采出水油水分离效果的方法，其特征在于：所述嵌段聚醚型非离子高分子表面活性剂为破乳剂SP169或AE121。
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