強(qiáng)化采油采出水乳液穩(wěn)定性機(jī)理及脫穩(wěn)技術(shù)研究.pdf

1、目前，各大油田在采油中廣泛采用強(qiáng)化采油技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)向儲(chǔ)層加入驅(qū)油劑等組分來(lái)進(jìn)行驅(qū)油。在驅(qū)油過(guò)程中，由于驅(qū)油組分的協(xié)同作用使得強(qiáng)化采油采出水成為一種高穩(wěn)定水包油型乳液。該類采出水不僅含有大量原油，在高溫高壓的油層中還溶解了多種無(wú)機(jī)鹽類，攜帶了許多膠體和懸浮顆粒物，而且還含有聚合物、表面活性劑等驅(qū)油組分，因此成分復(fù)雜且難以處理。
　　雖然已有一些研究在強(qiáng)化采油采出水處理技術(shù)上取得進(jìn)展，然而，至今尚未形成有效處理這種采出水的系統(tǒng)工藝

2、技術(shù)。迄今為止的研究大多傾向于技術(shù)上的探索，較少涉及在采出水乳液穩(wěn)定性機(jī)理上的深層剖析和理論歸納。因而，對(duì)乳液穩(wěn)定性機(jī)理開(kāi)展科學(xué)系統(tǒng)性的研究，明確對(duì)采出水乳液穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用的組分，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行脫穩(wěn)技術(shù)的研究，是強(qiáng)化采油采出水科學(xué)有效處置及資源化利用的關(guān)鍵。
　　本論文研究了地層粘土礦物對(duì)強(qiáng)化采油采出水乳液穩(wěn)定性的影響，明確了驅(qū)油組分部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)對(duì)此類采出水乳液穩(wěn)定性的重要作用，并深入研究了原位生成金屬氫氧化

3、物對(duì)HPAM去除機(jī)理，系統(tǒng)探討了原位生成金屬氫氧化物與HPAM的聚集及沉積行為。在采出水穩(wěn)定性機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了水包油乳液的脫穩(wěn)技術(shù)。本論文的研究成果對(duì)研發(fā)實(shí)際強(qiáng)化采油采出水脫穩(wěn)技術(shù)與方法、驅(qū)油組分的去除及資源化利用奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下:
　　1.首先研究了天然粘土礦物—鈉蒙脫土對(duì)聚合物驅(qū)采出水穩(wěn)定性機(jī)理的影響。雖然目前已有一些關(guān)于帶相反電荷表面活性劑以及聚合物在油水界面競(jìng)爭(zhēng)吸附以及膠體顆粒與表面

4、活性劑或者聚合物在油水界面競(jìng)爭(zhēng)吸附的研究，但是對(duì)于這種顆粒表面活性劑以及聚合物帶相同電荷的體系研究較少。測(cè)定了顆粒存在條件下驅(qū)油用表面活性劑多芳烴石油磺酸鹽(WPS)以及部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)在原油—水界面的界面張力、zeta電位，計(jì)算了顆粒的擴(kuò)散系數(shù)以及對(duì)WPS和HPAM的吸附量。并且制備了含有鈉蒙脫土的模擬聚驅(qū)采油采出水，通過(guò)測(cè)定其宏觀含油率，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果探討了鈉蒙脫土、WPS以及HPAM在油水界面的競(jìng)爭(zhēng)吸附機(jī)理，明確了鈉蒙

5、脫土對(duì)強(qiáng)化采油采出水乳液穩(wěn)定性的影響。
　　2.通過(guò)天然粘土礦物顆粒對(duì)強(qiáng)化采油采出水乳液穩(wěn)定性影響的研究，明確了部分水解聚丙烯酰胺在強(qiáng)化采油采出水乳液穩(wěn)定性中的重要性。而且，油田采出水的處理過(guò)程中，聚合物的去除一直是困擾行業(yè)的難題。本論文在課題組前期關(guān)于原位形成氫氧化物處理強(qiáng)化采油驅(qū)油組分研究基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)鎂、鋁、鐵等原位氫氧化物吸附技術(shù)的篩選，利用原位生成氫氧化鎂對(duì)HPAM的吸附去除進(jìn)行了研究。
　　該部分研究采用簡(jiǎn)單的液

6、相沉淀法在含有兩種不同分子量的HPAM溶液中直接形成Mg(OH)2納米顆粒，研究了MgCl2濃度、pH和反應(yīng)溫度對(duì)Mg(OH)2形態(tài)和粒徑的影響。采用高分辨透射電鏡(HRTEM)、X-射線衍射(XRD)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、動(dòng)態(tài)激光光散射(DLS)和zeta電勢(shì)等測(cè)試技術(shù)對(duì)Mg(OH)2與HPAM之間的相互作用以及HPAM在Mg(OH)2顆粒上的吸附進(jìn)行了研究。另外，本章還采用一種四區(qū)域分布模型作為吸附等溫線模型對(duì)平衡時(shí)HP

7、AM在Mg(OH)2顆粒上的吸附進(jìn)行了評(píng)價(jià)。HPAM在固-液或液-液界面的吸附行為會(huì)改變固-液或液-液界面的性質(zhì)，充分了解水溶性聚合物在固-液或液-液界面的吸附也許會(huì)幫助我們處理該類含水溶性聚合物的廢水。在吸附過(guò)程中，靜電作用、橋聯(lián)、氫鍵和范德華力的協(xié)同效應(yīng)使HPAM有效地吸附在Mg(OH)2顆粒上。
　　3.原位形成膠體顆粒在HPAM存在下的聚集行為與普通無(wú)機(jī)顆粒在聚電解質(zhì)存在狀態(tài)下的聚集行為有較大差別。為了對(duì)這種異同以及對(duì)原位

8、形成膠體顆粒與驅(qū)油組分相互作用機(jī)理乃至對(duì)采出水脫穩(wěn)機(jī)理有更深入的認(rèn)識(shí)，本論文系統(tǒng)研究了原位形成氫氧化鎂(IFM)在HPAM存在下的聚集和沉積行為。
　　通過(guò)改變反應(yīng)物間的相對(duì)濃度等實(shí)驗(yàn)條件以便從微觀到宏觀上研究?jī)煞N物質(zhì)的具體作用機(jī)理。利用光散射手段從微觀上研究了聚集體的聚集動(dòng)力學(xué)、分形維數(shù)以及碰撞率。電泳淌度與TEM被用于測(cè)定聚集體的電性質(zhì)以及形貌。吸附實(shí)驗(yàn)與流變學(xué)實(shí)驗(yàn)被用來(lái)從宏觀上研究反應(yīng)物在高濃度時(shí)的沉淀機(jī)理。結(jié)果表明IFM在

9、HPAM存在下的初始快速聚集是由靜電補(bǔ)綴作用引發(fā)的。分形維數(shù)為2.2，并且有著相當(dāng)剛硬的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是由反應(yīng)控制的顆粒聚集過(guò)程造成的。不同機(jī)理的絮凝作用加速了沉淀的過(guò)程。當(dāng)IFM濃度更大時(shí)，架橋絮凝起主導(dǎo)作用;當(dāng)HPAM濃度更大時(shí)，空缺絮凝起主導(dǎo)作用。本文的研究成果有利于更深入理解原位生成天然/人工顆粒在帶相反電荷聚電解質(zhì)存在下的聚集與沉淀，還可以為采出水處理等提供新思路。
　　4.論文明確了強(qiáng)化采油采出水的乳液穩(wěn)定性機(jī)理以及H

10、PAM這種驅(qū)油組分對(duì)乳液穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，利用新型納米材料對(duì)膜表面進(jìn)行改性，并制備了制備磁性納米顆粒吸附材料，從簡(jiǎn)單的水包油乳液入手，進(jìn)行乳液脫穩(wěn)技術(shù)的探索。
　　使用棒狀材料海泡石(S)作為一維材料，氧化石墨烯(GO)和層狀雙氫氧化物(LDH)作為二維材料，通過(guò)層層組裝的方式，以醋酸纖維膜(CA)為基底，構(gòu)建了具有層狀結(jié)構(gòu)的改性微濾膜。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究了這種層狀結(jié)構(gòu)中二維材料對(duì)油水分離效能的影響。使用原子力顯微鏡(AFM)、

11、衰減全反射—傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)來(lái)表征這種改性膜表面的特性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明膜表層的層狀結(jié)構(gòu)成功合成。潤(rùn)濕性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，層狀結(jié)構(gòu)對(duì)海泡石/GO(SG)與海泡石/LDH(LDH)膜的水中超疏油性質(zhì)貢獻(xiàn)最大。與純GO和LDH改性膜相比，SG與SL的水下油接觸角顯著增加。模擬拖拽實(shí)驗(yàn)以及循環(huán)油水分離測(cè)試結(jié)果表明，SG膜具有更好的抗油污染性能，在循環(huán)利用6次后仍有較高的膜通量。本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果表明，在三維層狀結(jié)構(gòu)中，二維材料對(duì)膜

12、通量及抗污染性能影響很大。
　　5.最后制備了磁性氧化石墨烯(MG)，并通過(guò)靜電相互作用合成了含有不同比例LDH和GO的磁性LDH/GO(MGL)復(fù)合材料。SEM、TEM、FTIR用于表征所制備的MGL材料。油水分離實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)LDH/MG=1∶1時(shí)，MGL有最高的油水分離效率。而在油水界面張力實(shí)驗(yàn)中，LDH/MG=1∶3時(shí)油水界面張力降低最快且平衡值最小。通過(guò)有效擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，LDH的加入可以屏蔽部分MG的負(fù)電荷從而增加M