一种油田特殊油泥的模拟方法与流程

本发明属于油田环保技术领域，涉及一种油田开发生产中特殊油泥的模拟方法。

背景技术：

油田在采出液处理阶段会加入多种化学处理药剂，产生大量的含油污泥(简称：油泥)。油泥是一种复杂的混合物，主要成分包括污水、原油(石油重质组分如胶质、沥青质等占比较大)、无机矿物(如粘土、砂粒、无机盐等)和残留的化学药剂组分(如破乳剂、清水剂、杀菌剂等)。随着聚合物驱油技术在我国各大油田的推广应用，注聚油田出现了组分和性质更为复杂的一种特殊油泥，该类油泥的组分中含有较高含量的产出聚合物(如聚丙烯酰胺)。目前，油田采用的驱油聚合物主要为阴离子型聚丙烯酰胺，注入地下经剪切、水解后成为高水解度、强电负性的产出聚合物，分子量一般在几万至几十万级别的。含有产出聚合物的采出液在经阳离子型处理药剂作用后，生成了具有明显粘性的油泥，并在处理流程中经高温、高电压的长时间作用后形成具有一定粘弹性的特殊油泥。该类特殊油泥处理难度较大，对油田生产造成影响，并对环境存在潜在危害。随着环保法规的逐步完善，对该类油田特殊油泥的防治和处理技术愈发紧迫。

目前针对该类油田特殊油泥开展的工作主要针对特殊油泥的减量化及原油回收，例如：热处理技术、溶剂萃取处理技术、调质-机械分离处理技术、生物处理技术、电化学处理技术等。由于不同油田采用的驱油聚合物不同、原油组分不同等，导致不同油田见的特殊油泥组成、性质差异较大，为考察每种技术各自的技术适用性，需要大量、有着不同比例组成的油泥样品进行评价实验。因此，亟需一种油田特殊油泥的模拟方法，为各种油泥处理技术提供室内必需的模拟特殊油泥样品。同时，为研究油田特殊油泥的形成机理，并从根本上防治特殊油泥的生成，也迫切需要一种油田特殊油泥的模拟方法。

针对现有技术存在的问题，本发明公开了一种油田特殊油泥的模拟方法，利用此方法可以实现不同类型、不同比例组成的油田特殊油泥的模拟制备。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种油田特殊油泥的模拟方法，包括如下步骤：

(1)参照实验目标油田的矿化水离子组成配制油田模拟矿化水，加入油田用驱油聚合物得到一定质量浓度的聚合物溶液A，将所述聚合物溶液A进行降解和剪切处理，得到降解、剪切后的聚合物溶液B；

(2)将实验目标油田的脱水后原油、油田岩石矿物加入到上述降解、剪切后的聚合物溶液B中，高速搅拌后得到油、水、矿物混合液；

(3)将无机阳离子型絮凝剂、有机阳离子型絮凝剂分别依次加入到上述油、水、矿物混合液中，充分搅拌后得到有粘性絮体层的水溶液；

(4)将粘性絮体层水溶液先后置于高温烘箱、微型电脱水器，放置一定时间后取出即得到模拟的特殊油泥。

该方法步骤(1)中，所述油田模拟矿化水的无机矿化离子组成包括Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、CO3^2-、HCO3^-、SO4^2-、Cl^-等，具体各离子浓度比例参照实验目标油田的实际组成。所述油田用驱油聚合物可为高分子量线型聚丙烯酰胺、枝化型聚丙烯酰胺、疏水缔合型聚丙烯酰胺中的任一种，其分子量为5×10⁵～2×10⁷g/mol，优选为5×10⁶～1×10⁷g/mol；所述驱油聚合物的水解度为28％～40％，优选为30％～35％。所述由模拟矿化水配制的聚合物溶液A的质量浓度为600～1500mg/L，优选为800～1200mg/L。所述对聚合物溶液进行降解处理的条件为：高压汞灯强度400～800W，优选500～700W；紫外光降解15～40min，优选20～30min。所述对聚合物溶液进行剪切处理的条件为：将降解后的聚合物溶液在高速搅拌机下剪切4～9次，优选5～7次；剪切时间4～10min，优选5～8min；搅拌转速为4000～7500rpm，优选为4500～6500rpm。

该方法步骤(2)中，所述油田脱水后原油含水率<1％(质量分数)，优选0.2％～0.6％。所述油田岩石矿物参照实验目标油田的实际岩石矿物组成配制，具体可包括氯化钠、粘土、石英、钾长石、斜长石、方解石等。所述油、水、矿物混合液中，原油的浓度为10000～15000mg/L，优选10000～12000mg/L；岩石矿物的浓度为300～800mg/L，优选400～600mg/L。所述高速搅拌的条件为：搅拌转速为500～1000rpm，优选600～800rpm；搅拌时间为15～45min，优选20～35min。

该方法步骤(3)中，所述无机阳离子型絮凝剂包括聚铝、聚铁、聚铝铁等，盐基度为45％～80％；所述有机阳离子型絮凝剂包括阳离子聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚(丙烯酰胺基-丙烯酰氧乙基)三甲基氯化铵等，分子量为2×10⁴～8×10⁵g/mol，优选5×10⁴～5×10⁵g/mol；阳离子度为20％～100％，优选25％～100％；固含量为20％～40％，优选25％～35％。所述无机阳离子型絮凝剂在最终油、水、矿物混合液中的浓度为100～400mg/L，优选200～300mg/L；有机阳离子型絮凝剂在最终油、水、矿物混合液中的浓度为300～600mg/L，优选350～500mg/L。

该方法步骤(4)中，所述将粘性絮体层水溶液置于高温烘箱处理的温度为75～110℃，优选85～100℃；放置时间为48～160小时，优选60～120小时。所述将粘性絮体层水溶液置于微型电脱水器处理的温度为110～160℃，优选120～150℃；电脱水器的电场强度为800～2000V/cm，优选1000～1500V/cm；放置时间为12～48小时，优选24～48小时。

上述方法步骤(1)～(3)中，温度均为50～90℃，优选60～80℃。

相应地，本发明涉及由根据本发明的方法得到的模拟油泥。

本发明模拟的油田特殊油泥可以应用于评价各类油泥处理技术的适用性、研究油田特殊油泥的成因机理方面。

本发明提供的油田特殊油泥的模拟方法，通过模拟油田实际生产中的特殊油泥组成，利用油田自身的原油、岩石矿物、驱油聚合物及采出液处理用絮凝剂，并经高温作用、高电压作用处理，实现了室内对油田特殊油泥的模拟。利用本发明提供的方法，可灵活调整各主要组分的组成比例、药剂类型、处理条件等，实现对不同类型油泥的模拟，为各类油泥处理技术的适用性评价提供的可能，并对探讨油田特殊油泥的成因机理有重要参考。

本发明提供的油泥模拟方法，实现了对不同类型油泥、不同处理条件下油田特殊油泥的模拟，方法简单可靠，各组分比例和处理条件调整灵活，并具有普适性，对油田各类特殊油泥的防治及处理技术有重要帮助。

附图说明

图1为实施例1制备的模拟特殊油泥M1的照片，其中图a为实施例1制备的模拟特殊油泥混合溶液的照片，图b为实施例1制备的模拟特殊油泥样品M1的照片。

图2为对比例陆地M油田实际特殊油泥M0的照片。

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。

下述实施例中所使用的聚合物分为2种：高分子量枝化型聚丙烯酰胺，重均分子量为2.8×10⁷g/mol，水解度33％，购自法国SNF公司；疏水缔合型聚丙烯酰胺，重均分子量为4.6×10⁶g/mol，水解度35％，购自四川光亚聚合物化工有限公司。

所用无机阳离子型絮凝剂分为2种：聚合氯化铝絮凝剂(PAC，液体)，盐基度为65％，氧化铝含量为8％，购自荆州市天合科技化工有限公司；聚合氯化铝铁(PAFC，液体)，盐基度为80％，氧化铝含量为9％，氧化铁含量为2％，购自荆州市天合科技化工有限公司。

所用有机阳离子型絮凝剂分为2种：阳离子聚二甲基二烯丙基氯化铵，数均分子量2.1×10⁵g/mol，阳离子度100％，固含量40％，购自山东滨州嘉源环保公司；阳离子聚(丙烯酰胺基-丙烯酰氧乙基)三甲基氯化铵，数均分子量4.8×10⁵g/mol，阳离子度30％，固含量35％，购自法国SNF公司。

所用油田脱水后原油、岩石矿物组成分别由陆地M油田和D油田提供，原油含水率分别为0.4质量％和0.6质量％。

所用油田(M油田和D油田)的矿化水无机离子组成分别见表1和表2；所用油田(M油田和D油田)的地下岩石矿物组成分别见表3和表4。

表1陆地M油田模拟矿化水无机离子组成

表2陆地D油田模拟矿化水无机离子组成

表3陆地M油田地下岩石矿物组成

表4陆地D油田地下岩石矿物组成

实施例1

(1)按照陆地M油田的矿化水离子组成(见表1)配制5L油田模拟矿化水，加入4g高分子量枝化型聚丙烯酰胺至模拟矿化水中，配制得到聚丙烯酰胺浓度为800mg/L的聚合物溶液，并用水浴锅加入至70℃；将溶解好的聚丙烯酰胺溶液置于高压汞灯(500W)下紫外光降解25min，之后将聚合物溶液在高速搅拌6000rpm下剪切8min，共剪切6次，得到降解、剪切后的聚合物溶液。

(2)称取50g陆地M油田脱水后原油，以及2g陆地M油田岩石矿物(各组分比例见表3)，加入到上述降解、剪切后的聚合物溶液中，配制得到原油浓度为10000mg/L、岩石矿物浓度为400mg/L的油、水、矿物混合溶液，在高速搅拌800rpm下搅拌20min，并用水浴锅加入至75℃。

(3)称取1g聚合氯化铝絮凝剂的药剂母液，加入至上述配制好的油、水、矿物混合溶液并充分搅拌；称取2g阳离子聚二甲基二烯丙基氯化铵絮凝剂的药剂母液，加入至油、水、矿物混合溶液并充分搅拌，得到上层为粘性絮体层的水溶液。

(4)将上述粘性絮体层的水溶液放置于高温热风循环烘箱中，85℃静置72小时；之后将粘性絮体层的水溶液再放置于微型电脱水器中，电场强度为12000V/m，110℃静置24小时。取出后放掉下层水样、分离上部油泥层，即为模拟陆地M油田的特殊油泥，编号M1。

实施例2

(1)按照陆地M油田的矿化水离子组成(见表1)配制5L油田模拟矿化水，加入5g高分子量枝化型聚丙烯酰胺至模拟矿化水中，配制得到聚丙烯酰胺浓度为1000mg/L的聚合物溶液，并用水浴锅加入至65℃；将溶解好的聚丙烯酰胺溶液置于高压汞灯(500W)下紫外光降解30min，之后将聚合物溶液在高速搅拌5500rpm下剪切6min，共剪切6次，得到降解、剪切后的聚合物溶液。

(2)称取60g陆地M油田脱水后原油，以及2.5g陆地M油田岩石矿物(各组分比例见表3)，加入到上述降解、剪切后的聚合物溶液中，配制得到原油浓度为12000mg/L、岩石矿物浓度为500mg/L的油、水、矿物混合溶液，在高速搅拌800rpm下搅拌30min，并用水浴锅加入至70℃。

(3)称取1g聚合氯化铝絮凝剂的药剂母液，加入至上述配制好的油、水、矿物混合溶液并充分搅拌；称取3g阳离子聚(丙烯酰胺基-丙烯酰氧乙基)三甲基氯化铵絮凝剂的药剂母液，加入至油、水、矿物混合溶液并充分搅拌，得到上层为粘性絮体层的水溶液。

(4)将上述粘性絮体层的水溶液放置于高温热风循环烘箱中，90℃静置100小时；之后将粘性絮体层的水溶液再放置于微型电脱水器中，电场强度为15000V/m，120℃静置24小时。取出后放掉下层水样、分离上部油泥层，即为模拟陆地M油田的特殊油泥，编号M2。

实施例3

(1)按照陆地D油田的矿化水离子组成(见表1)配制5L油田模拟矿化水，加入6g疏水缔合型聚丙烯酰胺至模拟矿化水中，配制得到聚丙烯酰胺浓度为1200mg/L的聚合物溶液，并用水浴锅加入至75℃；将溶解好的聚丙烯酰胺溶液置于高压汞灯(500W)下紫外光降解35min，之后将聚合物溶液在高速搅拌6500rpm下剪切5min，共剪切6次，得到降解、剪切后的聚合物溶液。

(2)称取75g陆地D油田脱水后原油，以及3g陆地D油田岩石矿物(各组分比例见表3)，加入到上述降解、剪切后的聚合物溶液中，配制得到原油浓度为15000mg/L、岩石矿物浓度为600mg/L的油、水、矿物混合溶液，在高速搅拌1000rpm下搅拌40min，并用水浴锅加入至80℃。

(3)称取1.5g聚合氯化铝铁絮凝剂的药剂母液，加入至上述配制好的油、水、矿物混合溶液并充分搅拌；称取2.5g阳离子聚(丙烯酰胺基-丙烯酰氧乙基)三甲基氯化铵絮凝剂的药剂母液，加入至油、水、矿物混合溶液并充分搅拌，得到上层为粘性絮体层的水溶液。

(4)将上述粘性絮体层的水溶液放置于高温热风循环烘箱中，95℃静置90小时；之后将粘性絮体层的水溶液再放置于微型电脱水器中，电场强度为13000V/m，130℃静置36小时。取出后放掉下层水样、分离上部油泥层，即为模拟陆地D油田的特殊油泥，编号D1。

对比例

取陆地M油田和D油田现场的特殊油泥样品M0、D0，与实施例1～2得到的模拟油泥样品进行油泥中各组分含量的对比分析。其中，含油率由石油醚/四氯化碳萃取洗涤后由SY/T0530-2011分光光度法测定；含水率按照GB/T8929-2006原油含水量测定—蒸馏法分析测定；含固率由油泥样品总质量除去水和油部分的剩余质量；固相中的污泥含量，由油泥中的固相组分经600℃高温灼烧后剩余部分(无机固相物)用热重分析法测定；固相中的有机物含量，由固相组分总质量减去固相中的污泥含量得到。

表5是实例1-2中模拟特殊油泥样品与油田实际特殊油泥样品的组分分析结果。

由表中数据可知，由本发明提供的方法制备的油田模拟特殊油泥样品M1、D1，各主要组分的含量及规律与油田实际特殊油泥样品M0、D0基本一致。此外，由实施例1和2制备的M1、M2对比可知，利用本发明提供的模拟方法，可以通过调节聚合物类型及浓度、絮凝剂类型及浓度、高温和高电场处理条件等，实现对油泥样品中各组分比例、表观性能等的灵活调控，因而可根据实验要求模拟不同处理条件、不同组分含量、不同表观性能的各类油泥样品。由此可以看出，采用本发明提供的模拟方法，对于探究油田特殊油泥的形成原因、进而形成有效的特殊油泥防治及处理技术有重要帮助。

表5模拟特殊油泥样品与油田实际特殊油泥样品的组分分析

图1为实施例1制备的模拟特殊油泥样品M1，图2为陆地M油田实际特殊油泥样品M0的照片。由图1和图2可知：模拟特殊油泥的外观形态、主要组成等与实际特殊油泥有很好的相似性。