离子液体辅助微波处理聚合物驱采出水的方法与流程

本发明属于聚合物驱采油技术领域，具体涉及一种离子液体辅助微波处理聚合物驱采出水的方法。

背景技术

21世纪后，全球原油需求量平均每年增1.8％，且在今后的20年间，世界所需能源的80％都将来源于石油与天然气等化石燃料。然而，随着石油开采年限的增加，小而复杂的低渗透油田比例越来越大，据统计，近5年我国探明石油储量中低渗透油气田约占50～60％。由于低渗透油田最基本的特点就是流体渗透能力差、产能低，这给其开采提出了巨大的挑战，因此，如何合理有效地实现低渗透油田资源的开采，已成为石油工业可持续发展的关键。

为了提高这类油田的开发经济效益，八十年代中期，各大油田陆续采用化学驱采油，特别是聚合物驱，其水溶液注入油藏后可使驱替剂的粘度增大，以此来降低驱替介质的流速，增大注入水波及系数，扩大波及体积，从而改善驱油效率。该技术在长庆油田的延安、安塞、西峰、华池等区块得到了成功应用。

然而，随着聚合物驱采油年限的增加，采出水的成分变得复杂，其中残留的聚合物一方面能增强油水界面膜的机械强度，另一方面，增加连续相的空间位阻，进而致使含油污水的稳定性增强、油水分离难度加大。考虑到目前我国油田采出水主要回灌地下，如果处理不当会对地下水造成严重污染；与此同时，聚合物驱采出水中含有一定的原油，也是一种宝贵的二次资源，对其必须进行油品回收和资源化利用，否则将造成石油资源的浪费。

聚合物驱采出水具有处理难度大、费用高等特点，但随着环保法规的逐步完善，企业技术进步的要求，以及石油能源需求的逐步增长，其破乳处理技术已日益引起人们的关注和重视。因此，如何有效地处理和利用这些聚合物驱采出水成为各大油田企业迫切需要解决的问题。针对该问题，各油田分别采用化学法、超声波法、电脱水法及生物法等，但因聚合物的存在，以上技术的脱水除油效果均不显著。因而，探求高效、节能，环保的聚合物驱采出水破乳技术，将具有广阔的应用前景。

微波是一种高频电磁波，当其对乳状液进行辐射处理时，会形成高频变化的电磁场，一方面，使极性分子高速旋转，形成偶极子极化，此时，电磁能将转换为热能，进而引起乳状液整体升温，导致液珠的布朗运动加剧，促进其碰撞、絮凝、聚结、聚并；另一方面，外加电场能降低液滴表面双电层的排斥势能，促进油、水分离；此外，微波还存在“非热效应”，使油样中的非极性分子磁化后形成漩涡电场，进而减弱分子间的作用力，最终促使油样组分和溶解度发生变化。

因微波加热具有效率高、速度快、无污染和便于实现过程的自动化控制等优点，近几十年来引起了学者们广泛关注。Elisangela et al.对W/O型乳状液进行微波破乳研究，结果发现，微波辐射作用促使油水界面上的酸性组分迁移到连续相中，进而导致界面膜机械强度降低；Bruno et al.利用激光散射分析仪，对比分析了微波辐射法与重力沉降法对W/O型乳状液的破乳效率，研究表明，微波破乳具有高效性。

尽管如此，单独应用微波破乳往往达不到标准，还需要与化学法联合使用，而微波化学法中常用的化学剂为无机盐。夏立新等报道了无机盐对微波破乳效果的影响规律，实验结果显示，无机盐能在很大程度上提高微波破乳效率；Palou et al.揭示了无机盐主要通过压缩油滴表面的双电层及增大连续相的电导率来促进微波加热效率；Binner et al.分析了含盐量对W/O型乳状液破乳效率的影响，发现随着盐浓度增加，油水分离时间减少。然而，大量使用无机盐会导致管线设备等腐蚀结垢更为严重。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供一种离子液体辅助微波处理聚合物驱采出水的方法，首先将离子液体溶液逐滴加入到聚合物驱采出水中，超声混合均匀；其次，将含有离子液体的聚合物驱采出水放置到2450MHz的微波源中，通过微波辐射处理以实现高效除油。

具体包括如下步骤：

首先将聚合物驱采出水倒入到50mL比色管中，称取质量，根据所需离子液体浓度，将一定量的离子液体溶液滴入到采出水中，盖上具塞，上下左右均匀摇晃比色管，摇晃次数为200次；

其次，将摇晃均匀的样品倒入到二口石英圆底烧瓶中，然后置于微波辐射腔中，二口烧瓶的一端插入石英导管，出口塞脱脂棉，另一端插入远红外温度传感器，关闭微波源，设置微波辐射参数，启动微波源进行破乳。

离子液体是在常低温条件下呈现阴阳离子状态的一类绿色环保的液态盐，微波破乳过程中，它不仅能起到无机盐的“电中和”及“离子传导”作用；更为重要的是，其本身又是一类对油水界面具有很好亲和力的破乳剂，能与界面上的活性组分反应，促进这些成分的解吸附。

本发明涉及的微波具有效率高、速度快、无污染和便于自动化控制的优点，而离子液体是一种无污染、不易燃、易回收、可反复多次循环使用的绿色液态盐，该物理化学方法的结合不仅能高效破乳，还能降低破乳成本、避免环境二次污染。

本发明有益效果在于理论新颖，具体表现为：

(1)离子液体在静电吸引和疏水作用下易顶替原有乳化剂而吸附到油水界面上，在微波电磁场作用下，吸附在油滴表面的离子液体会发生偶极极化生成大量的局部热，且微波辐射参数越大，其生成的热量越多，从而提高界面物质在油相或水相的溶解度，导致界面膜排列疏松。

(2)离子液体电离出的阳离子将减弱油滴间的静电排斥势能；此外，微波产生的电场会中和油滴表面的Zeta电位。与此同时，微波会产生高频变化的电磁场，一方面，致使吸附在油滴表面的带电分子包括离子液体因高速旋转而将电磁能转化为热能，加剧液滴间的布朗运动；另一方面，连续相中的离子液体电离出的阴阳离子来回向相反电场方向迁移，致使破乳作用增强。

本发明的有益效果还在于：

(1)利用离子液体和微波高频电磁场的耦合协同作用，大幅度提高破乳效率，当微波的辐射功率为600W，辐射时间为40s，离子液体的浓度为1.22mmol/L时，除油率达92.4％。

(2)本发明克服了传统化学破乳剂用量大、应用范围受限、致使催化剂中毒，且破乳后生成的絮凝物一直停留在水相或油相中，进而对环境造成二次污染的问题。本发明涉及的离子液体是一种绿色环保的液态盐，避免了环境污染。

附图说明

图1为实施例不同阴离子类型的离子液体对微波处理聚合物驱采出水的促进效应；

图2为实施例不同阳离子类型的六氟磷酸盐对微波处理聚合物驱采出水的促进效应；

图3为实施例不同阳离子类型的溴盐对微波处理聚合物驱采出水的促进效应；

图4为实施例1-十六烷基-3甲基咪唑溴盐浓度对微波处理聚合物驱采出水的促进效应。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施过程，但本发明的保护范围不限于下述的磁性纳米粒子和实施例：

为了验证离子液体辅助微波处理聚合物驱采出水的方法的有效性，本发明设置了对比实验：

S1、聚合物驱采出水的制备

首先配置由质量分数为0.5％的椰油酰胺丙基甜菜碱CAB-35和质量分数为0.1％的两性离子聚丙烯酰胺ACPAM组成的二元活性水；接着，用量筒准确量取10ml二元活性水，置于烧杯中，并将烧杯轻放在高精度电子天平上去皮，并称取适量原油添加到烧杯中，称量出原油质量，通过公式反算出所需的二元活性水的质量，然后再加入剩下所需的活性水体积；最后，将混合油水样置于25℃的水浴中，保温30min后采用机械电动搅拌器搅拌，转速为1000r/min，搅拌时间3min，将样品充分搅拌均匀，制得含油率为0.1％的聚合物驱采出水。

S2、微波破乳

首先量取50mL聚合物驱采出水，并将其倒入到二口石英圆底烧瓶中，然后置于微波辐射腔中，二口烧瓶的一端插入石英导管，出口塞脱脂棉，另一端插入远红外温度传感器，关闭微波源，设置微波辐射参数，启动微波源进行破乳；其次，将破乳后的聚合物驱采出水放置在60℃的水浴中静置1h后，用长针筒注射器从中间位置抽取20ml聚合物驱采出水，通过萃取法提取经破乳后采出水中的油品，并计算除油率；

S3、离子液体辅助微波破乳

首先将聚合物驱采出水倒入到50mL比色管中，称取质量，根据所需离子液体浓度，将一定量的离子液体溶液滴入到采出水中，盖上具塞，上下左右均匀摇晃比色管，摇晃次数为200次；

其次，将摇晃均匀的样品倒入到二口石英圆底烧瓶中，然后置于微波辐射腔中，二口烧瓶的一端插入石英导管，出口塞脱脂棉，另一端插入远红外温度传感器，关闭微波源，设置微波辐射参数，启动微波源进行破乳；

再次，将破乳后的样品倒入到比色管中，置于60℃的恒温水浴中，静置时间1h，用长针筒注射器从中间位置抽取20ml聚合物驱采出水，通过萃取法提取经破乳后采出水中的油品，并计算除油率。通过与单纯微波破乳做对比，得到离子液体辅助微波处理聚合物驱采出水的效果。

其中，萃取法提取经破乳后采出水中的油品的具体方法为：

(a)将抽取的采出水均匀分装到6个离心管中，在4000r/min的转速下离心5min，离心结束后平稳取出离心管并固定，将长针管从离心管中心位置缓慢深入到离心管底部，抽取底层水样，抽取完成后用石油醚将离心管洗涤干净，同时记录石油醚使用体积，并用专用的烧杯盛装石油醚洗涤物，多次重复离心操作，直至抽出水清澈、透亮。

(b)将石油醚洗涤物倒入烧杯中，并量取浓度为1％的过硫酸铵(NH4)2S2O8溶液20ml，并将其倒入到洗涤物中，并放置在90℃水浴中反应2h；

(c)将洗涤物转移至分液漏斗中，加入并记录石油醚体积，将样品充分摇匀，期间每隔一定时间开启一次活塞排气，然后将分液漏斗置于铁架台上保持5min，将底层水放出，上层油样用长针管吸出并置于专用的锥形瓶中；

(d)若下层水样中的油还未完全萃取干净，继续重复(b)(c)，直到下层水变清澈透亮为止；

(e)向锥形瓶中的萃取油样中加入适量的无水硫酸钠Na2SO4以吸取石油醚中的水分，静置24h后，取3ml干燥后的萃取液，用分光光度计测量其吸光度值，若吸光度值过大，对样品进行稀释后测量；最后通过公式计算含油率。

实施例1

(1)将两性离子表面活性剂CAB-35和两性离子聚丙烯酰胺ACPAM溶解于蒸馏水中，其中，CAB-35质量浓度为0.5％，ACPAM的质量浓度为0.1％，含油率为0.1％，利用机械搅拌器持续搅拌聚合物驱采出水，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为3min，温度为25℃；

(2)将聚合物驱采出水倒入二口烧瓶中并置于微波辐射腔中，辐射功率设置为400W，辐射时间为40s，处理后将样品倒入50mL比色管中，并置于60℃水浴中静置1h，然后用长针筒注射器从中间位置抽取20ml聚合物驱采出水，通过萃取法提取经破乳后采出水中的油品，并计算除油率；

(3)配制1-乙基-3甲基-咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3甲基-咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3甲基-咪唑乙酸盐、1-乙基-3甲基-咪唑氯盐、1-乙基-3甲基-咪唑溴盐、1-乙基-3甲基-咪唑碘盐六种不同阴离子类型的离子液体母液，母液浓度为0.02moL/L，母液中所用水为蒸馏水；

(4)向采出水中逐滴加入离子液体溶液，使离子液体在含聚污水中的质量浓度为0.75mmoL/L，均匀摇晃比色管200次，然后将含有离子液体的聚合物驱采出水倒入二口烧瓶中并置于微波辐射腔中，辐射功率设置为400W，辐射时间为40s，处理后将样品倒入50mL比色管中，并置于60℃水浴中静置1h，然后用长针筒注射器从中间位置抽取20ml聚合物驱采出水，通过萃取法提取经破乳后采出水中的油品，并计算除油率；

(5)通过对比法分析不同阴离子类型离子液体对微波处理聚合物驱采出水的促进效应，如图1所示。图中依次为：1微波,2微波 1-丁基-3甲基咪唑六氟磷酸盐,3微波 1-丁基-3甲基咪唑四氟硼酸盐,4微波 1-丁基-3甲基咪唑乙酸盐,5微波 1-丁基-3甲基咪唑氯盐,6微波 1-丁基-3甲基咪唑溴盐,7微波 1-丁基-3甲基咪唑碘盐。

实施例2

(1)将两性离子表面活性剂CAB-35和两性离子聚丙烯酰胺ACPAM溶解于蒸馏水中，其中，CAB-35质量浓度为0.5％，ACPAM的质量浓度为0.1％，含油率为0.1％，利用机械搅拌器持续搅拌聚合物驱采出水，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为3min，温度为25℃；

(2)将聚合物驱采出水倒入二口烧瓶中并置于微波辐射腔中，辐射功率设置为400W，辐射时间为40s，处理后将样品倒入50mL比色管中，并置于60℃水浴中静置1h，然后用长针筒注射器从中间位置抽取20ml聚合物驱采出水，通过萃取法提取经破乳后采出水中的油品，并计算除油率；

(3)配制1-乙基-3甲基-咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3甲基-咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3甲基-咪唑六氟磷酸盐、1-癸基-3甲基-咪唑六氟磷酸盐、1-十四烷基-3甲基-咪唑六氟磷酸盐、1-十六烷基-3甲基-咪唑六氟磷酸盐六种不同阳离子类型的离子液体母液，母液浓度为0.02moL/L，母液中所用水为蒸馏水；

(4)向采出水中逐滴加入离子液体溶液，使离子液体在聚合物驱采出水中的质量浓度为0.75moL/L，均匀摇晃比色管200次，然后将含有离子液体的聚合物驱采出水倒入二口烧瓶中并置于微波辐射腔中，辐射功率设置为400W，辐射时间为40s，处理后将样品倒入50mL比色管中，并置于60℃水浴中静置1h，然后用长针筒注射器从中间位置抽取20ml聚合物驱采出水，通过萃取法提取经破乳后采出水中的油品，并计算除油率；

(5)通过对比法分析不同阳离子类型六氟磷酸盐离子液体对微波处理聚合物驱采出水的促进效应，如图2所示。图中依次为：1微波,2微波 1-乙基-3甲基咪唑六氟磷酸盐,3微波 1-丁基-3甲基咪唑六氟磷酸盐,4微波 1-己基-3甲基咪唑六氟磷酸盐,5微波 1-癸基-3甲基咪唑六氟磷酸盐,6微波 1-四烷基磷酸盐-3甲基咪唑六氟磷酸盐,7微波 1-十六烷基-3甲基咪唑六氟磷酸盐。

实施例3

(1)将两性离子表面活性剂CAB-35和两性离子聚丙烯酰胺ACPAM溶解于蒸馏水中，其中，CAB-35质量浓度为0.5％，ACPAM的质量浓度为0.1％，含油率为0.1％，利用机械搅拌器持续搅拌聚合物驱采出水，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为3min，温度为25℃；

(2)将聚合物驱采出水倒入二口烧瓶中并置于微波辐射腔中，辐射功率设置为400W，辐射时间为40s，处理后将样品倒入50mL比色管中，并置于60℃水浴中静置1h，然后用长针筒注射器从中间位置抽取20ml聚合物驱采出水，通过萃取法提取经破乳后采出水中的油品，并计算除油率；

(3)配制1-乙基-3甲基-咪唑溴盐、1-丁基-3甲基-咪唑溴盐、1-己基-3甲基-咪唑溴盐、1-癸基-3甲基-咪唑溴盐、1-十四烷基-3甲基-咪唑溴盐、1-十六烷基-3甲基-咪唑溴盐六种不同阳离子类型的离子液体母液，母液浓度为0.02moL/L，母液中所用水为蒸馏水；

(4)向采出水中逐滴加入离子液体溶液，使离子液体在聚合物驱采出水中的质量浓度为0.75mmoL/L，均匀摇晃比色管200次，然后将含有离子液体的聚合物驱采出水倒入二口烧瓶中并置于微波辐射腔中，辐射功率设置为400W，辐射时间为40s，处理后将样品倒入50mL比色管中，并置于60℃水浴中静置1h，然后用长针筒注射器从中间位置抽取20ml聚合物驱采出水，通过萃取法提取经破乳后采出水中的油品，并计算除油率；

(5)通过对比法分析不同阳离子类型溴盐离子液体对微波处理聚合物驱采出水的促进效应，如图3所示。图中依次为：1微波,2微波 1-乙基-3甲基咪唑溴盐,3微波 1-丁基-3甲基咪唑溴盐,4微波 1-己基-3甲基咪唑溴盐,5微波 1-癸基-3甲基咪唑溴盐,6微波 1-四烷基磷酸盐-3甲基咪唑溴盐,7微波 1-十六烷基-3甲基咪唑溴盐。

实施例4

(1)将两性离子表面活性剂CAB-35和两性离子聚丙烯酰胺ACPAM溶解于蒸馏水中，其中，CAB-35质量浓度为0.5％，ACPAM的质量浓度为0.1％，含油率为0.1％，利用机械搅拌器持续搅拌聚合物驱采出水，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为3min，温度为25℃；

(2)配制1-十六烷基-3甲基-咪唑溴盐的母液，母液浓度为0.02moL/L，磁力搅拌，搅拌速度为2000r/min，搅拌时间为1h，母液中所用水为蒸馏水；

(3)向采出水中逐滴加入1-十六烷基-3甲基-咪唑溴盐溶液，使离子液体在含聚污水中的质量浓度分别为0、0.25、0.5、0.75、1.00、1.25和1.5mmoL/L，均匀摇晃比色管200次，然后将含有离子液体的聚合物驱采出水倒入二口烧瓶中并置于微波辐射腔中，辐射功率设置为400W，辐射时间为40s，处理后将样品倒入50mL比色管中，并置于60℃水浴中静置1h，然后用长针筒注射器从中间位置抽取20ml聚合物驱采出水，通过萃取法提取经破乳后采出水中的油品，并计算除油率；

(4)通过对比法分析1-十六烷基-3甲基-咪唑溴盐浓度对微波处理聚合物驱采出水的促进效应，如图4所示。

由图1可知，单独微波作用下，聚合物驱采出水的除油率仅为34.95％，添加不同阴离子类型离子液体后，除了1-丁基-3甲基咪唑乙酸盐外，其余离子液体作用下聚合物驱采出水的除油率均有所上升，当1-丁基-3甲基咪唑溴盐浓度为0.75m moL/L时，除油率达到最高值为46.84％。

由图2可知，当离子液体阴离子为六氟磷酸盐时，随着阳离子烷基链长度的增加，离子液体与微波协同作用下，聚合物驱采出水的除油率先减小后增大，当离子液体为1-十六烷基-3甲基咪唑六氟磷酸盐，且浓度为0.75mmoL/L，微波辐射功率为400W，微波辐射频率为2450MHz，辐射时间为40s时，除油率达到最高值为65.85％。

由图3可知，当离子液体阴离子为溴盐时，随着阳离子烷基链长度的增加，离子液体与微波的协同作用先减弱后增强，但均优于单独微波辐射作用。当离子液体为1-十六烷基-3甲基咪唑溴盐，浓度为0.75mmoL/L，微波辐射功率为400W，微波辐射频率为2450MHz，辐射时间为40s时，除油率达到最高值为95.98％。

由图4可知，随着1-十六烷基-3甲基咪唑溴盐浓度的增大，离子液体与微波的协同作用先增强后减弱，但均优于单独微波辐射处理聚合物驱采出水。当1-十六烷基-3甲基咪唑溴盐浓度为0.00075moL/L，微波辐射功率为400W，微波辐射频率为2450MHz，辐射时间为40s时，除油率达到最高值为95.98％。