海上某油田含聚固废物的成因分析及处理方法研究

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随着聚合物驱油的推广应用,生产过程中也逐渐发现一些问题,例如在在解堵洗井的过程中,有大量的含聚固废物返排出来,在聚驱采出液处理过程中也会产生大量含聚固废。这些含聚固废物包含大量的残余聚合物,具有很强的黏性,易成团,成分复杂,难以处理。含聚固废物已被列为危险固废物,这含聚固废物中的老化油、沥青质、胶质、聚合物和苯系、酚类等毒性物质对环境和人类健康具有严重的威胁性。目前对海上油田含聚固废物的形成原因研究较少,通常的处理方式也只是通过人工搜集、袋装返回焚烧的方式进行处理,缺乏针对性的处理研究。论文首先对两种不同来源的含聚固废物进行了组成分析,发现解堵洗井产生含聚固废物中含有大量的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)和高价金属离子(Fe3+、Al3+等),聚驱采出液处理产生含聚固废物中含有二甲基二烯丙基均聚物(PDM)和HPAM。基于分析结果,推测两种含聚固废物的成因,并搭建了动态模拟实验装置,通过对模拟实验生成物分析,验证了含聚固废物形成原因。解堵洗井产生含聚固废物的成因是HPAM分子链以Al3+、Fe3+等高价阳离子为交联点,通过HPAM侧基中的羧酸根和高价阳离子之间的配位作用,形成交联网状的弹性体,同时部分水、原油和无机盐等物质被包裹在弹性体中,从而形成含聚固废物。聚驱采出液处理产生含聚固废物的成因为污水处理系统中的污水中含有大量HPAM,HPAM的COO-带负电,当加入PDM之后,PDM带正电的官能团会与HPAM发生静电中和后会形成多孔、网状的水不溶物,同时将水、油滴、固悬物包裹其中,从而形成含聚固废物。论文第二部分对解堵洗井产生含聚固废物处理方法和机理进行了研究。基于形成原因,对比了氧化+螯合法和表面活性剂溶解法的处理效果,发现仅氧化法能有效处理此类含聚固废物。对氧化剂、螯合剂进行筛选,筛选出氧化剂和螯合剂分别为过氧化钙(CaC2)和二乙烯三胺五乙酸(DTPA),并对降解条件进行了优化,优化后的反应条件为:CaO2加量0.3%wt、DTPA加量0.8%wt、溶液pH=4、降解的温度为60℃、降解时间为3 h、液固比为3:2。在该最优降解条件下,解堵洗井产生含聚固废物降解率可以达到98.42%。通过自由基检测的方法,明确降解机理为过氧化物产生氧自由基,引发聚合物连锁氧化降解,使分子链断开,且在该反应条件下,自由基产生主要集中在3h内。论文第三部分对聚驱采出液处理产生含聚固废物处理方法和机理进行了研究。根据其成因,对比氧化法和表面活性剂溶解法的处理效果发现两种方法均可有效处理此类含聚固废物。分别对其处理药剂和处理条件进行了筛选、优化,最终氧化法处理条件为:CaO2加量0.8%wt,pH=2,降解温度60℃,降解时间4h,液固比3:2。在该最优降解条件下,聚驱采出液处理产生含聚固废物降解率可以达到98.49%。表面活性剂溶解法最佳条件为:十二烷基硫酸钠(SDS)加量1%,溶解时间为20h,溶解温度为50℃,液固比为10:1。在该最优溶解条件下,聚驱采出液处理产生含聚固废物溶解率可以达到99.91%。通过开展聚合物与表面活性剂相互作用研究实验探讨表面活性剂溶液溶解聚驱采出液处理产生含聚固废物的机理为:HPAM与PDM通过静电结合作用形成的复合物,在表面活性剂作用下先解离,解离后SDS与PDM结合,沿着PDM分子聚集形成水溶性的PDM-SDS复合物,即表面活性剂SDS将复合物拆开后溶于水中。
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