王慶吉 武云龍 劉宏彬 夏福軍

(1.石油石化污染物控制與處理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.中國(guó)石油集團(tuán)安全環(huán)保技術(shù)研究院有限公司；3.大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠；4.大慶油田有限責(zé)任公司油田建設(shè)設(shè)計(jì)研究院(大慶油田設(shè)計(jì)院有限公司))

0 引 言

大慶油田開發(fā)后期為了進(jìn)一步提高聚驅(qū)后驅(qū)油效果，解決使用含油污水配制注入聚合物導(dǎo)致的配制聚合物母液黏損較大的問(wèn)題，開展了使用超高分子量的抗鹽聚合物作為驅(qū)油劑的地面工程優(yōu)化升級(jí)研究?？果}聚合物具有超高分子量、疏水基團(tuán)、功能性結(jié)構(gòu)單元、兩性離子基團(tuán)等性質(zhì)特征，在高礦化度條件下能穩(wěn)定保持水溶液黏度，可以顯著改善驅(qū)油效果[1-2]?？果}聚合物分子量高達(dá)2 500萬(wàn)以上，屬于超高分子量聚合物，不同于早期注入的普通聚合物(分子量約1 500萬(wàn))[3-4]，由于聚合物分子量的不同使其分子結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，而抗鹽聚合物的使用是否對(duì)抗鹽聚合物驅(qū)采出液的性質(zhì)也產(chǎn)生影響，需要進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。因?yàn)樽⑷肟果}聚合物驅(qū)油劑驅(qū)油[5-6]，其返出需要一定時(shí)間，為了盡快確認(rèn)抗鹽聚合物驅(qū)采出水的沉降特性，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)采取相應(yīng)的處理技術(shù)措施，前期先使用注入的抗鹽聚合物模擬配制采出水，開展油水沉降分離特性的研究，在抗鹽聚合物驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)有實(shí)際采出水時(shí)再進(jìn)行油水沉降分離特性的研究，希望通過(guò)研究得出抗鹽聚合物對(duì)采出水油水沉降分離的影響，并確定其油水沉降分離時(shí)間，從而指導(dǎo)先導(dǎo)試驗(yàn)抗鹽聚合物驅(qū)采出水的處理，為后期的大規(guī)模實(shí)施抗鹽聚合物驅(qū)油及地面采出水處理配套技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)方法

抗鹽聚合物驅(qū)采出水油水沉降分離特性測(cè)試主要采用靜態(tài)沉降法[7-8]，即將需要沉降的污水注入容積為500 mL、高度為250 mm的圓柱型分液漏斗中，然后置入溫度為40℃的恒溫箱內(nèi)，進(jìn)行靜置沉降分離。污水靜態(tài)沉降測(cè)試取樣示意見(jiàn)圖1。

圖1 污水靜態(tài)沉降測(cè)試取樣示意

每組沉降時(shí)間分別為10，30，60，90，120，180，240，360，720 min(目前聚合物驅(qū)采出污水的兩級(jí)沉降時(shí)間設(shè)計(jì)參數(shù)為12 h)，共實(shí)驗(yàn)9組。當(dāng)每個(gè)漏斗的沉降時(shí)間達(dá)到要求時(shí)，取其下部水樣250 mL，進(jìn)行水中剩余含油量的分析檢測(cè)。根據(jù)水中剩余含油量得出不同沉降時(shí)間的污水沉降分離特性。

2 抗鹽聚合物含油污水水樣的模擬配制

針對(duì)抗鹽聚合物的特點(diǎn)，分別用清水和含油污水模擬配制不同含油量、不同聚合物含量的污水，并開展室內(nèi)模擬油水沉降分離實(shí)驗(yàn)，確定配制的抗鹽聚合物含油污水的有效油水沉降分離時(shí)間。

1)清水模擬配制抗鹽聚合物含油污水

用清水配制成聚合物濃度分別為100，200，400，600 mg/L的抗鹽聚合物溶液；另取水驅(qū)原油投加在不同濃度的聚合物溶液中(原油采用膠體磨溶入)，分別配制成含油量為500，1 000 mg/L的抗鹽聚合物含油污水。

2)水驅(qū)采出水模擬配制抗鹽聚合物含油污水

取水驅(qū)污水處理站(不含聚合物)過(guò)濾后的外輸含油污水，投加抗鹽聚合物溶液，分別配制聚合物濃度為100，200，400 mg/L，含油量為1 000 mg/L的抗鹽聚合物含油污水。

清水和水驅(qū)采出水模擬配制的抗鹽聚合物含油污水的水質(zhì)分析結(jié)果見(jiàn)表1，水驅(qū)采出水配制的模擬含油污水比清水配制的礦化度高出十幾倍。

表1 清水和水驅(qū)采出水模擬配制的含油污水水質(zhì)分析 mg/L(pH值除外)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 模擬配制的抗鹽聚合物含油污水油水沉降分離實(shí)驗(yàn)

3.1.1 清水模擬配制的抗鹽聚合物含油污水油水沉降分離實(shí)驗(yàn)

依次取用清水配制的含油量為500，1 000 mg/L的不同聚合物濃度水樣，按照靜態(tài)沉降法進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)模擬水樣的聚合物濃度、污水黏度、Zeta電位、界面張力，結(jié)果見(jiàn)表2，清水配制的不同聚合物濃度含油污水沉降曲線見(jiàn)圖2。

表2 清水模擬配制的含油污水水質(zhì)分析

由表2可以看出，清水模擬配制的抗鹽聚合物濃度與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)濃度相近，因?yàn)榍逅牡V化度較低，所以總體上配制水樣的聚合物濃度略高于設(shè)計(jì)濃度，表明清水模擬配制聚合物溶液可以達(dá)到預(yù)期實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，對(duì)配制聚合物溶液的影響較低。聚合物溶液中Zeta電位絕對(duì)值是衡量聚合物乳狀液穩(wěn)定性的主要指標(biāo)，Zeta電位絕對(duì)值越大，說(shuō)明乳化液穩(wěn)定性越高。由表2可以看出，隨聚合物濃度升高，污水黏度、Zeta電位絕對(duì)值、界面張力呈升高趨勢(shì)，說(shuō)明聚合物濃度增加后，清水配制聚合物乳狀液穩(wěn)定性增加。

圖2 清水配制的不同濃度聚合物含油污水沉降曲線

從圖2可以看出，含油量為500 mg/L和1 000 mg/L污水的含油量隨沉降時(shí)間延長(zhǎng)去除率逐漸提高，但隨著污水中聚合物濃度的升高，污水沉降性能變差，在相同沉降時(shí)間下，聚合物濃度600 mg/L溶液中剩余含油量遠(yuǎn)高于聚合物濃度100 mg/L溶液。

從以上分析可以得出：隨著采出水中聚合物含量的升高，其黏度增大，伴隨著油水乳化程度增高，油珠粒徑變小且所占比例高；聚合物含量越高，Zeta電位絕對(duì)值越大，油水沉降分離速度減小，說(shuō)明油水沉降分離特性越差，含油污水越難處理。

3.1.2 水驅(qū)采出水模擬配制的抗鹽聚合物含油污水的沉降分離實(shí)驗(yàn)

取水驅(qū)污水處理站不含聚合物的濾后外輸含油污水，投加抗鹽聚合物溶液配制成聚合物濃度分別為100，200，400 mg/L，含油量為1 000 mg/L的抗鹽聚合物含油污水，按照靜態(tài)沉降法進(jìn)行測(cè)試。檢測(cè)含油污水的聚合物濃度、污水黏度、Zeta電位、界面張力，結(jié)果見(jiàn)表3，水驅(qū)采出水配制的含油量為1 000 mg/L不同濃度聚合物溶液沉降曲線見(jiàn)圖3。

表3 水驅(qū)采出水模擬配制的含油污水水質(zhì)分析

由表3可知，水驅(qū)采出水模擬配制的抗鹽聚合物濃度與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)濃度相近，由于污水中存在無(wú)機(jī)鹽、硫化物等污染物，礦化度高，對(duì)聚合物空間結(jié)構(gòu)存在影響，導(dǎo)致聚合物濃度略低于設(shè)計(jì)濃度。污水黏度、Zeta電位絕對(duì)值、界面張力比清水模擬配制的抗鹽聚合物濃度低，表明含油污水中的污染物降低了配制含聚乳狀液的穩(wěn)定性，導(dǎo)致油水界面穩(wěn)定性下降。

圖3 水驅(qū)采出水配制的含油量為1 000 mg/L不同濃度聚合物溶液沉降曲線

從圖3可以看出，當(dāng)配制的含油污水中聚合物濃度≤200 mg/L時(shí)，隨沉降時(shí)間延長(zhǎng)，污水中的剩余含油量整體呈下降趨勢(shì)，且當(dāng)沉降時(shí)間為720 min時(shí)，污水中剩余含油量<100 mg/L，能達(dá)到預(yù)期要求。當(dāng)含油污水中聚合物濃度>200 mg/L時(shí)，雖然隨著沉降時(shí)間的延長(zhǎng)，水中剩余含油量整體呈下降趨勢(shì)，但當(dāng)沉降時(shí)間為720 min時(shí)，污水中剩余含油量值仍>100 mg/L，說(shuō)明聚合物濃度越高對(duì)油水沉降分離的效果影響越大。

3.2 實(shí)際采出抗鹽聚合物含油污水的沉降分離實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)水樣主要為注抗鹽聚合物驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)的中心井采出液、區(qū)塊采出液經(jīng)聯(lián)合站游離水脫除器分離后的出水(含抗鹽聚合物)，同樣按照靜態(tài)沉降法進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)水樣的聚合物濃度、污水黏度、Zeta電位、界面張力，并考察不同沉降時(shí)間水中剩余含油量變化情況。

3.2.1 聚中112現(xiàn)場(chǎng)含油污水沉降實(shí)驗(yàn)

在聚中112現(xiàn)場(chǎng)分別取中心井采出液、污水處理站現(xiàn)場(chǎng)采出液(其中摻有聚驅(qū)采出水)，投加破乳劑進(jìn)行油水沉降分離實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4，聚中112現(xiàn)場(chǎng)采出水沉降曲線見(jiàn)圖4。

表4 分離后聚中112抗鹽聚合物含油污水水質(zhì)分析

圖4 聚中112現(xiàn)場(chǎng)采出水沉降曲線

由表4和圖4可以看出，分離沉降后的污水中剩余含油量與對(duì)應(yīng)沉降時(shí)間的變化曲線基本呈線性關(guān)系，隨著沉降時(shí)間延長(zhǎng)污水中剩余含油量呈下降趨勢(shì)。但聚中112中心井含油污水沉降120 min后剩余含油量的變化幅度變??；當(dāng)沉降時(shí)間達(dá)到720 min時(shí)，污水中剩余含油量為160.4 mg/L，仍然>100 mg/L，說(shuō)明實(shí)際采出抗鹽聚合物含油污水的沉降特性比模擬配制的采出水差，僅通過(guò)延長(zhǎng)沉降時(shí)間，很難將污水中剩余乳化油沉降分離去除，需采取其他能加快油水沉降分離速度的方式。

聚中112污水處理站的含抗鹽聚合物含油污水因?yàn)閾接芯垓?qū)采出水，其沉降分離效果明顯比中心井采出水好。但120 min后即使延長(zhǎng)沉降時(shí)間，污水中剩余含油量的變化幅度仍然較小，當(dāng)沉降時(shí)間達(dá)到720 min后污水中剩余含油量為66.27 mg/L，能夠滿足后續(xù)過(guò)濾進(jìn)口的水質(zhì)要求(含油量<100 mg/L)。

3.2.2 喇400現(xiàn)場(chǎng)含油污水沉降實(shí)驗(yàn)

在采油六廠喇400現(xiàn)場(chǎng)分別取中心井采出液、污水處理站含抗鹽聚合物含油污水(其中摻有聚驅(qū)采出水)，投加破乳劑進(jìn)行油水沉降分離，結(jié)果見(jiàn)表5，喇400現(xiàn)場(chǎng)含油污水沉降曲線見(jiàn)圖5。

表5 分離后喇400抗鹽聚合物含油污水水質(zhì)分析

圖5 喇400現(xiàn)場(chǎng)含油污水沉降曲線

從表5和圖5可以看出，喇400中心井采出抗鹽聚合物含油污水，在污水黏度和聚合物濃度都較高的條件下，其沉降分離效果比較明顯，當(dāng)沉降時(shí)間為120 min時(shí)，污水中剩余含油量實(shí)際值為34.75 mg/L，滿足后續(xù)過(guò)濾設(shè)備進(jìn)水含油量<100 mg/L的要求；且隨著沉降時(shí)間延長(zhǎng)，剩余含油量只有較小幅度的降低。喇400污水處理站采出液的抗鹽聚合物濃度、黏度和含油量都比中心井低，沉降分離效果比較明顯；當(dāng)沉降時(shí)間為120 min時(shí)，污水中剩余含油量為46.10 mg/L，滿足后續(xù)過(guò)濾設(shè)備進(jìn)水含油量<100 mg/L的要求；但隨著沉降時(shí)間延長(zhǎng)，污水中剩余含油量基本沒(méi)有變化。

3.2.3 聚合物驅(qū)(非抗鹽聚合物)含油污水沉降實(shí)驗(yàn)

為了說(shuō)明抗鹽聚合物含油污水的沉降特性，分別取喇360聚合物驅(qū)采出污水處理站原水、聚北-Ⅱ聚合物驅(qū)采出水處理站原水(非抗鹽聚合物)，按照靜態(tài)沉降法開展不同沉降時(shí)間(最長(zhǎng)480 min)的沉降分離實(shí)驗(yàn)[9-12]，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 聚合物驅(qū)(非抗鹽聚合物)采出污水沉降曲線

由圖6可以看出，喇360聚合物驅(qū)采出污水處理站原水(聚合物濃度476 mg/L，污水黏度0.975 5 mPa·s)和聚北-Ⅱ聚合物驅(qū)采出污水處理站原水(聚合物濃度427 mg/L，污水黏度0.891 4 mPa·s)，經(jīng)過(guò)480 min的沉降分離后，污水中剩余含油量為50～100 mg/L，說(shuō)明其沉降分離效果要比抗鹽聚合驅(qū)采出水好，也說(shuō)明抗鹽聚合物驅(qū)采出污水的沉降特性比聚驅(qū)采出水差。

4 結(jié) 論

1)無(wú)論是用清水、水驅(qū)采出水模擬配制的抗鹽聚合物含油污水，還是實(shí)際采出抗鹽聚合物含油污水，污水黏度>1.0 mPa·s，相對(duì)聚合物驅(qū)采出污水有所增加，Zeta電位絕對(duì)值增加到20 mV以上。這是由于污水中抗鹽聚合物的存在，使污水的界面張力增大，油水界面膜強(qiáng)度增加，導(dǎo)致采出污水的穩(wěn)定性增強(qiáng)，油珠聚結(jié)變得更加困難，油水沉降特性變差，油水分離難度加大。

2)實(shí)際采出抗鹽聚合物含油污水的沉降特性，比聚合物驅(qū)采出水及摻混含抗鹽聚合物后的摻混采出水沉降特性差。建議更深入地開展實(shí)際含抗鹽聚合物驅(qū)含油污水的水質(zhì)特性、處理設(shè)備以及處理工藝的技術(shù)研究，以便確定適宜、高效的油水沉降分離處理設(shè)備及系統(tǒng)的處理工藝技術(shù)，滿足油田開發(fā)后期實(shí)施抗鹽聚合物驅(qū)油的需要。