聚合物驅(qū)采出水特性分析

林 剛

江蘇石油勘探局工程院 江蘇揚(yáng)州 225009

聚合物驅(qū)采出水特性分析

林 剛

江蘇石油勘探局工程院 江蘇揚(yáng)州 225009

聚驅(qū)含油污水與水驅(qū)含油污水不同，其中除含有原油、固體懸浮物、微生物等還含有一定濃度的聚合物，聚合物的存在使含油污水中原油乳狀液穩(wěn)定性增強(qiáng)，污水粘度增大使得污水泥質(zhì)砂質(zhì)攜帶量增加，加大了處理難度。本文通過(guò)對(duì)含聚污水的組成，聚合物加入后污水特性發(fā)生的變化進(jìn)行總結(jié)歸納，為油田含聚污水處理工藝水平的提高提供一定的理論基礎(chǔ)。

含油污水 聚合物驅(qū)

大慶油田、勝利油田等國(guó)內(nèi)各大油田相繼大范圍開(kāi)展聚合物驅(qū)以提高采收率，開(kāi)采地層剩余油藏。由于聚合物驅(qū)采出的油田污水在組成與性質(zhì)上均發(fā)生了較大變化，常規(guī)處理技術(shù)處理能力下降，使得含聚污水的處理成為油田水處理領(lǐng)域的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

聚合物驅(qū)采出污水因?yàn)楹袣埩舻木郾０罚蛊涑煞峙c性狀較之水驅(qū)采出污水復(fù)雜的多，許多常規(guī)水處理設(shè)備、工藝處理后水質(zhì)達(dá)不到回注或回填的標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)油田采用延長(zhǎng)沉降時(shí)間，減慢過(guò)濾速度，大大降低了處理效率。

國(guó)內(nèi)油田針對(duì)聚合物驅(qū)采出污水的處理技術(shù)開(kāi)展了一些研究，在含聚污水的處理上取得了一些進(jìn)展，但專(zhuān)門(mén)針對(duì)對(duì)聚合物驅(qū)采出污水的組成與特性分析的文獻(xiàn)相對(duì)較少，本文通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)油田的研究結(jié)果，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)聚合物驅(qū)采出水的特性進(jìn)行歸納總結(jié)，為油田含聚污水的處理提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 聚合物驅(qū)采出污水組成及特性分析

聚合物驅(qū)采出污水的成分復(fù)雜，除了含有石油類(lèi)物質(zhì)外，還有注聚采油殘留的聚丙烯酰胺，以及相對(duì)于水驅(qū)采出污水?dāng)?shù)量上明顯增加的泥砂等機(jī)械雜質(zhì)，直接排放會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此需要研究更復(fù)雜更有針對(duì)性的處理技術(shù)處理后回填或回注，同時(shí)也要避免傷害地層。

聚合物采出水處理難點(diǎn)主要體現(xiàn)在含油、固含和細(xì)菌數(shù)量這三個(gè)指標(biāo)在常規(guī)處理技術(shù)處理后依然超標(biāo)，其與以下特性密切相關(guān)。

1.1 聚合物驅(qū)采出污水的視粘度高

油田通過(guò)聚合物溶液提高水相視粘度注入地層以提高采收率，但同時(shí)也為后期采出污水的處理造成了難度。大慶油田用模擬含油污水進(jìn)行聚丙烯酰胺對(duì)水相視粘度影響的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖1。

從結(jié)果可見(jiàn)，在加聚濃度達(dá)到400mg/L的時(shí)候，其粘度提高了400%。

1.2 原油乳化程度加劇

水相粘度增大，使作用在油珠表面上的粘性剪切應(yīng)力增大，導(dǎo)致油珠破裂趨勢(shì)增強(qiáng)，加劇乳化程度（見(jiàn)表1）。

1.3 油水乳狀液的穩(wěn)定性增強(qiáng)

乳化油的穩(wěn)定性受多種因素影響，主要因素有初始含油量、聚合物含量、固體顆粒等。康萬(wàn)力認(rèn)為聚合物對(duì)穩(wěn)定油膜的影響不顯著，但顯著提高水膜強(qiáng)度，即對(duì)穩(wěn)定O/W型乳狀液更有利[2]。

表1 聚驅(qū)和水驅(qū)比較表

（1）低濃度聚合物對(duì)油水乳狀液穩(wěn)定性的影響

圖2是大慶油田聚喇360聯(lián)合站所做的油水分離特性試驗(yàn)結(jié)果[10]，從結(jié)果中可以看出，聚喇360聯(lián)合站含油污水中在投加50mg/L濃度的聚丙烯酰胺后，在沉降1～3h之間，其油水乳狀液的穩(wěn)定性略微增強(qiáng)，之后含油達(dá)到相同水平。

(2)初始含油量與高濃度聚合物對(duì)油水乳狀液穩(wěn)定性的影響

由圖3可見(jiàn)[10]，模擬含油污水在投加200mg/L及以上濃度的聚合物后，油水乳狀液的穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)，并且初始含油量越高，其增強(qiáng)幅度越明顯。

(3)固體顆粒對(duì)油水乳狀液穩(wěn)定性的影響

由上述結(jié)果可以得出，聚合物的確對(duì)0/W型油水乳狀液有著增穩(wěn)的效果，但增強(qiáng)穩(wěn)定性方面，聚合物只是起著間接的作用，起直接作用的是隨著水相粘度增加而在數(shù)量上明顯增加的固體顆粒。固體顆?？梢栽谟退缑婺ど闲纬梢欢◤?qiáng)度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，阻礙油珠聚結(jié)，使乳狀液的穩(wěn)定性增強(qiáng)。

由圖4可見(jiàn)[10]，不投加聚合物的情況下，膠態(tài)硫化亞鐵顆粒含量對(duì)殘余含油量影響不大，在加入100mg/L濃度的聚合物后，殘余含油量隨膠態(tài)硫化亞鐵含量升高而升高，說(shuō)明如膠態(tài)硫化亞鐵顆粒的固體顆粒對(duì)油水乳狀液的穩(wěn)定性有增強(qiáng)效果。

1.4 常規(guī)藥劑效果受干擾

目前國(guó)內(nèi)油田使用的絮凝劑大多為陽(yáng)離子型，而這種陽(yáng)離子型藥劑會(huì)與聚合物驅(qū)采出水中殘留的陰離子型聚丙烯酰胺發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，消耗大量絮凝劑。

江蘇油田曾用真35水樣對(duì)不同聚合物濃度下絮凝劑效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

從圖5中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上看，隨著水體中聚合物含量的上升，投加藥劑水體濁度持續(xù)上升，絮凝效果明顯變差，當(dāng)水體中聚合物濃度達(dá)到400mg/L的濃度以上，該藥劑組合的已經(jīng)無(wú)明顯效果。

1.5 微生物大量繁殖

在油田水系統(tǒng)中，常含有硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌、腐生菌、藻類(lèi)、硫細(xì)菌、酵母菌、霉菌、原生動(dòng)物等微生物，其中數(shù)量最多，危害最大的是硫酸鹽還原菌(SRB)、鐵細(xì)菌(FB)和腐生菌(TGB)。

水解聚丙烯酰胺的降解產(chǎn)物可作為細(xì)菌生命活動(dòng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，反過(guò)來(lái)營(yíng)養(yǎng)的消耗可促進(jìn)聚合物的降解。研究表明SRB和TGB能在不加任何培養(yǎng)基成分的一定濃度的水解聚丙烯酰胺中生長(zhǎng)繁殖。根據(jù)國(guó)內(nèi)研究表明，SRB在聚合物中生長(zhǎng)能力有限，TGB則可以大量生長(zhǎng)[9]。

圖6是TGB在300mg/L的HPAM溶液中的生長(zhǎng)曲線（37℃），由圖6可見(jiàn)，TGB可在其中生長(zhǎng)，最高菌濃度超過(guò)了108數(shù)量級(jí)以上。

2 總結(jié)

聚驅(qū)采出污水中的殘留聚丙烯酰胺一方面提高了污水的水相視粘度，從而提高了固體顆粒的攜帶量，使得油水乳狀液進(jìn)一步增穩(wěn)；另一方面陰離子型聚丙烯酰胺同時(shí)又與陽(yáng)離子型絮凝劑等藥劑發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，影響了藥劑處理效果；再者殘留的聚丙烯酰胺本身也有加劇乳化的作用。三方面作用下，用常規(guī)污水處理技術(shù)繼續(xù)處理造成的結(jié)果就是固含、含油、細(xì)菌數(shù)量均超標(biāo)。

從上述分析可以看出，聚驅(qū)采出污水的處理關(guān)鍵在于殘留的聚丙烯酰胺的濃度以及其對(duì)污水水相視粘度的影響大小，因此，在處理應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

(1)因聚驅(qū)采出污水中含有石油類(lèi)物質(zhì)、殘留聚合物以及各種化學(xué)助劑，所以一般不能向自然環(huán)境中排放；

(2)若不考慮污水處理后繼續(xù)配置聚合物溶液回注，可考慮在常規(guī)處理工藝前端加裝降粘、降解聚合物的設(shè)備，從而盡可能減少工藝改造成本；

(3)從國(guó)內(nèi)各油田的研究結(jié)果看出，橫向流聚結(jié)除油器，基于水力旋流原理的物理除油設(shè)備，對(duì)聚驅(qū)采出污水的除油都有較好的效果；

(4)化學(xué)處理法應(yīng)對(duì)藥劑進(jìn)一步篩選，避免使用陽(yáng)離子型絮凝劑、殺菌劑等藥劑。

1 楊承志等.化學(xué)驅(qū)提高石油采收率.北京：石油工業(yè)出版社，1995

2 康萬(wàn)利，大慶油田三元復(fù)合驅(qū)化學(xué)劑作用機(jī)理研究，大慶石油學(xué)院博士論文，2000

3 吳迪，化學(xué)驅(qū)采出液油水分離機(jī)理研究，天津大學(xué)博士論文，2001

4 鄧述波，三元復(fù)合驅(qū)含油污水穩(wěn)態(tài)及失穩(wěn)機(jī)理研究，清華大學(xué)博士后研究報(bào)告，2001

5 劉國(guó)富，降低含油污水礦化度處理技術(shù)，油氣田地面工程，2008

6 馬展朝，含聚合物污水回注對(duì)油層的污染分析，大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2007

7 王婷，含聚污水降礦化度處理試驗(yàn)站的設(shè)計(jì)，2011

8 張永強(qiáng)，勝利油田聚合物驅(qū)采出水處理技術(shù)研究，山東大學(xué)碩士論文，2010

9 吳松，殺菌劑在油田含聚污水中使用效果的研究，大慶石油學(xué)院碩士論文，2007

10 孫成金，聚合物驅(qū)采出液和含油污水油水分離研究，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)碩士論文，2007

TE355

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1672-9323（2013）02-0079-03

2012-12-09）