【摘 要】
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油田三元复合驱采出水中由于含有聚合物、碱和表面活性剂等物质,使油水界面膜强度增强、油滴聚并空间位阻增大,体系呈现高稳定状态。因此,开发出一种适合三元复合驱采出水体系的新型絮凝剂,使体系脱稳、油珠聚并,成为油田生产中亟待解决的问题之一。本文基于阳离子聚丙烯酰胺对其进行功能化处理,引入疏水基团（BA）,针对三元复合驱采出水,引入疏水基团可以与采出水中的疏水物质发生疏水缔合作用,靶向去除采出水中的油珠。
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油田三元复合驱采出水中由于含有聚合物、碱和表面活性剂等物质,使油水界面膜强度增强、油滴聚并空间位阻增大,体系呈现高稳定状态。因此,开发出一种适合三元复合驱采出水体系的新型絮凝剂,使体系脱稳、油珠聚并,成为油田生产中亟待解决的问题之一。本文基于阳离子聚丙烯酰胺对其进行功能化处理,引入疏水基团（BA）,针对三元复合驱采出水,引入疏水基团可以与采出水中的疏水物质发生疏水缔合作用,靶向去除采出水中的油珠。絮凝剂分子间的疏水基团也会产生缔合作用,可以提高絮体强度。为处理油田三元复合驱采出水提出了一种新方法,使絮凝沉降过程处理效果更好,具有工程价值。通过对单体聚合、双基团聚合和三基团聚合的絮凝剂对油田三元复合驱采出水进行絮凝处理,考察不同絮凝剂产生的絮体结构,判断各种基团搭配所制备的絮凝剂效果优劣,获得制备絮凝剂的最佳方案。研究以聚丙烯酰胺（PAM）为主链骨架,丙烯酸丁酯（BA）和二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）为单体,利用水溶液自由基胶束聚合法制备P（AM-DMDAAC-BA）功能化阳离子絮凝剂,考察单体总浓度、单体配比、聚合时间、聚合温度和疏水单体含量等条件,对絮凝剂分子量和阳离子度的影响,确定合成该絮凝剂的最佳合成条件。利用傅里叶红外光谱（FTIR）和核磁共振氢谱（~1HNMR）表征其基团和分子结构,利用热重分析仪,考察絮凝剂的热稳定性;利用分形维数和粒径分布,考察絮凝剂最佳投量;对三元复合驱采出水进行絮凝处理,考察疏水功能化阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂对油和悬浮固体的去除效能;基于分子动力学模拟,考察三元复合驱污水的稳定原因;利用反演法探究其絮凝机制。结果表明:PAM、PDMDAAC两种絮凝剂均不能使三元复合驱采出水脱稳,无法产生絮体,这是由于PAM没有电性中和的作用,虽然有较高的分子量,但无法发挥电性中和作用,絮凝效果不理想;而PDMDAAC絮凝剂由于分子量较小,无法产生较大絮体,且溶解性较差、成本较高。PAM和PDMDAAC在絮凝试验中无法使原水脱稳,P（AM-DMDAAC-BA）所产生的的絮体分形维数最大,为1.441,P（AM-BA）的絮体分形维数最小,为1.221。说明P（AM-DMDAAC-BA）所产生的絮体结构最佳。采用水溶液自由基胶束共聚法,使用硫代硫酸钠和过硫酸钾作为引发剂构建氧化还原体系,制备疏水功能化阳离子聚丙酰胺絮凝剂P（AM-DMDAAC-BA）。其反应条件为:单体总浓度为35.0 wt%,引发温度为60.0℃,聚合时间为6.0 h,疏水单体浓度为3.0 wt%。疏水功能化阳离子絮凝剂具有超疏水功能,其疏水基团分子结构是BA分子中C=C双键与AM母体的亚甲基通过C-C键相连。对于三元复合驱采出水,疏水功能化阳离子絮凝剂的最佳投加量为40.0 mg/L,最佳沉降时间为8.0～10.0 h,絮体粒径中值可达677.0μm以上,产生絮体的二维分形维数为1.502,絮体结构致密,沉降性能良好。疏水功能化阳离子絮凝剂对三元复合驱采出水水质波动适应性良好,通过10批次絮凝实验,含油量和悬浮固体的去除率在86.4%以上,较油田在用絮凝剂去除率提高26.6百分点以上,聚合物去除率较低,基本没有去除作用,主要是由于聚合物在采出水中呈溶解状态。这也说明絮凝剂不与体系中聚合物发生反应。聚合物在油滴表面形成空间位阻,不利于油滴的聚并;其次聚合物可以使体系粘度增大,不利于油滴沉降;表面活性剂浓度的增加,降低了油水界面张力,使界面膜强度增大,油滴难以聚并,增加了体系稳定性;油滴粒径越小,油相在水中分散的越均匀,稳定性越好。疏水功能化阳离子絮凝剂通过BA疏水基团强化网捕和卷扫作用,对水中悬浮颗粒具有界面间架桥效应。同时DMDAAC阳离子基团,使油珠和悬浮颗粒表面电荷产生电性中和作用,使油珠与油珠、悬浮颗粒与悬浮颗粒聚并,形成较大的絮凝体,实现油珠、悬浮颗粒与水的高效分离。
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