聚驅(qū)后含油污水絮凝劑JY-7絮凝效果的影響因素

鄧文星 王 詔 苗李蒙 周惠存

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聚驅(qū)后含油污水絮凝劑JY-7絮凝效果的影響因素

鄧文星1王 詔2苗李蒙3周惠存4

1青海油田采油二廠2青海油田四方服務(wù)公司生產(chǎn)安全環(huán)?？?青海油田公司花土溝社區(qū)管理中心4青海油田井下作業(yè)公司

聚合物驅(qū)已成為我國陸上油田提高采收率的一種有效手段，含油、含聚的污水處理也成為陸上油田污水處理的難題之一。以丙烯酰胺、丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化銨為共聚單體，采用溶液自由基聚合法合成了一種聚丙烯酰胺類高分子絮凝劑JY-7。以除油率和去濁率為評價(jià)指標(biāo)，采用燒瓶實(shí)驗(yàn)研究JY-7加量、絮凝溫度、攪拌速度和攪拌時(shí)間對含油污水絮凝效果的影響，優(yōu)選出一種針對試驗(yàn)區(qū)含油污水的最佳處理工藝。結(jié)果表明：當(dāng)JY-7的加量為500 mg/L，攪拌速度250 r/min，攪拌時(shí)間5 min，溫度為40℃時(shí)，處理效果最好，除油率和去濁率分別高達(dá)77.85%和82.28%。絮凝劑JY-7對于陸上油田聚驅(qū)后含油污水的處理具有很好的適應(yīng)性。

聚合物驅(qū)；含油污水；絮凝劑；除油率；去濁率

引言

聚合物驅(qū)已成為我國陸上油田一種重要的三次采油手段。聚合物可溶于注入水中，增加注入水的黏度比，從而降低水油流度比，提高注入流體的波及體積，可大幅度提高原油采收率。但是隨著聚合物驅(qū)油技術(shù)在油田大面積推廣應(yīng)用，其產(chǎn)生的采出污水中含有大量的聚合物殘留，殘留的聚合物會(huì)吸附在油水界面上，在采出污水中的油滴之間形成空間障礙，阻礙了油滴之間的聚并。與常規(guī)的油田水驅(qū)污水分離相比，含聚污水的黏度更高、乳化現(xiàn)象更嚴(yán)重，攜帶懸浮物的能力更強(qiáng)，油滴和固體顆粒的上浮和下沉阻力更大，這使得含聚污水油水分離的難度更大[1-3]。絮凝法是一種重要的含油污水處理方法，該方法的優(yōu)點(diǎn)是沒有改變現(xiàn)有工藝，只是在油水分離工藝中加入絮凝劑，加速了油水的分離[4-5]。但是目前聚驅(qū)后油田常用無機(jī)和有機(jī)絮凝劑用量比較大且成本也較高[6]，既有陽離子基團(tuán)又有陰離子基團(tuán)的兩性聚丙烯酰胺類高分子絮凝劑，以其良好的反聚電解質(zhì)效應(yīng)已成為一種有效的聚驅(qū)后油田采出污水處理劑[7]。

以丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨和丙烯酸為單體，在復(fù)合引發(fā)體系的引發(fā)下，利用自由基聚合法合成了一種兩性聚丙烯酰胺類絮凝劑JY-7。在對其分子結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，以青海油田某聚合物區(qū)塊采出污水為試驗(yàn)對象，利用燒瓶實(shí)驗(yàn)研究JY-7絮凝劑加量、絮凝溫度、攪拌條件對含油污水絮凝效果的影響，提出了一套適應(yīng)于試驗(yàn)區(qū)塊的最佳處理工藝。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

丙烯酰胺，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；丙烯酸，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氯化鈉，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；二甲基二烯丙基氯化銨，江蘇飛翔化工有限公司；尿素，天津化學(xué)試劑六廠；乙二胺四乙酸二鈉，河南明欣化工有限公司；丙酮，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；石油醚，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；復(fù)合引發(fā)劑，實(shí)驗(yàn)室復(fù)配。實(shí)驗(yàn)污水采用青海油田某聚合物驅(qū)區(qū)塊含油采出水，采出污水濁度和含油量分別為76、180 mg/L，聚合物濃度為250～350 mg/L。

電子天平（萬分之一），賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海梅香儀器有限公司；攪拌器，江蘇金壇電熱儀器有限公司；TUBR550T濁度儀，意大利HANNA公司；756PC型紫外可見光分光光度計(jì)，上海恒平科學(xué)儀器有限公司；Bruker-Tensor27型傅里葉變換紅外光譜儀，Bruker公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 新型絮凝劑JY-7的合成

在盛有一定體積去離子水的四口燒瓶中加入一定質(zhì)量配比的丙烯酰胺、丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化銨，同時(shí)加入適量的溶解助劑尿素和聚合絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉，攪拌使混合物完全溶解。在通氮?dú)獠⒈３忠欢ㄞD(zhuǎn)速的情況下，以0.5 mL/min的速度緩慢加入復(fù)合引發(fā)劑（K2S2O8-NaHSO3-AIBN），同時(shí)升高水浴鍋溫度至60℃，反應(yīng)4～6 h后，將得到的膠體用丙酮提純，除去未反應(yīng)的單體及小分子物質(zhì)，最后將合成產(chǎn)物在70℃恒溫箱中烘干，粉碎待用。

1.2.2 絮凝劑JY-7的IR分析

利用Bruker-Tensor27型傅里葉變換紅外光譜儀，采用KBr壓片法，分析絮凝劑的IR譜，波數(shù)范圍400～4 000 cm-1。

1.2.3 絮凝劑絮凝效果評價(jià)

絮凝劑評價(jià)方法參考中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《絮凝劑評定方法（SYT 5796-93）》。現(xiàn)場取試驗(yàn)區(qū)塊采出污水樣品置于50 mL具塞帶刻度比色管中，放入恒溫水浴預(yù)熱至設(shè)定溫度。向比色管中加入絮凝劑，用玻璃棒充分?jǐn)嚢瑁剐跄齽┡c采出液脫出污水樣品充分混合，重新將比色管置于恒溫水浴中靜置沉降。30 min后觀察測定污水濁度和含油量。

（1）采出污水濁度。將污水置于試管和比色管中，放置1.5 h后用TUBR550T濁度儀測污水濁度。

（2）采出污水含油量。使用765PC型紫外可見光分光光度計(jì)測量含油量，以430 nm作為吸收波長。具體的測量方法：用移液管從試管中取10 mL水，注入分液漏斗中，加入3 mL 10%的NaCl溶液破乳，后用50 mL石油醚萃取3次。用紫外分光光度計(jì)在430 nm波長下測其吸光度，求其含油量（水中含油量標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合方程為C=0.003A-0.0026）。

2 結(jié)果與討論

2.1 絮凝劑JY-7的IR分析

圖1為實(shí)驗(yàn)室自制的絮凝劑JY-7的紅外光譜圖。從圖1可看出，3 449 cm-1和1 740 cm-1處分別為絮凝劑中N—H基團(tuán)以及羰基的伸縮振動(dòng)吸收峰；1 459 cm-1和1 423 cm-1處為絮凝劑中含有C—C和C—N鍵鏈節(jié)的六元環(huán)伸縮振動(dòng)吸收峰；1 339 cm-1和900 cm-1處的吸收峰為絮凝劑中O—H基團(tuán)的彎曲振動(dòng)吸收峰。綜合絮凝劑的紅外光譜曲線可看出，絮凝劑JY-7是丙烯酰胺、丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化銨的共聚物。

2.2 絮凝劑JY-7的絮凝性能評價(jià)

2.2.1 JY-7加量對絮凝性能的影響

圖1JY-7的IR譜圖

圖2 為不同JY-7加量下的絮凝效果。實(shí)驗(yàn)溫度為40℃，攪拌速度為250 r/min，攪拌時(shí)間為5 min。由圖2可看出，隨著絮凝劑JY-7用量的增加，絮凝劑對含油采出污水的去濁率和除油率逐漸增大；當(dāng)加量大于500 mg/L后，除油率和去濁率的增加幅度逐漸變緩；加量為500 mg/L時(shí)，除油率和去濁率分別為77.85%和82.28%。在污水處理過程中，為了保證處理效果的同時(shí)減少絮凝體的產(chǎn)生，防止后續(xù)分離困難，同時(shí)考慮處理成本，選擇絮凝劑JY-7的加量為500 mg/L。

圖2 不同JY-7加量下的絮凝效果

2.2.2 絮凝溫度對絮凝性能的影響

圖3為不同溫度下JY-7絮凝劑的絮凝效果，JY-7加量為500 mg/L，攪拌速度為250 r/min，攪拌時(shí)間為5 min。由圖3可看出，溫度可影響絮凝劑JY-7的絮凝效果，特別是絮凝反應(yīng)過程、絮凝體成長及沉降分離過程；隨著溫度的升高，絮凝劑JY-7的除油率和去濁率逐漸增大，這主要是由于溫度的升高可使JY-7的擴(kuò)散速率增大，降低污水中乳化原油的黏度和密度，使得絮凝效果變好。綜合考慮礦場實(shí)際條件，建議絮凝溫度為40℃左右。

2.2.3 攪拌條件對絮凝性能的影響

除了絮凝劑的加量和絮凝溫度對絮凝劑的絮凝效果影響較大以外，實(shí)驗(yàn)過程中的攪拌時(shí)間和攪拌速度等攪拌條件對絮凝劑的絮凝效果也有很重要的影響，攪拌條件主要是影響絮凝反應(yīng)過程、絮凝體成長及沉降分離過程。圖4為不同攪拌條件JY-7絮凝劑的絮凝效果，實(shí)驗(yàn)溫度為40℃，JY-7加量為500 mg/L。由圖4可看出，JY-7加量為500 mg/L時(shí)，由于去濁率較高，產(chǎn)生的絮凝體增多；攪拌速度會(huì)影響到絮凝體的聚集。

圖3 不同溫度下JY-7絮凝劑的絮凝效果

圖4 不同攪拌條件下JY-7絮凝劑的絮凝效果

實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)攪拌速度低于250 r/min時(shí)，JY-7的除油率和去濁率隨著攪拌速度的增大而增大，這主要是由于攪拌速度越大，絮凝劑與污水的混合效果越好。當(dāng)攪拌速度為250 r/min時(shí)，JY-7的去濁率和去油率均較高，產(chǎn)生的絮凝體較大，且絮凝速度也較快，污水迅速變清。繼續(xù)增大攪拌速度，除油率開始下降，后趨于穩(wěn)定，去濁率繼續(xù)增大，但是增加幅度較小。當(dāng)攪拌速度大于300 r/min時(shí)，去濁率反而下降，其原因可能是由于過高的攪拌速度打碎了產(chǎn)生的絮凝體，反而使得去濁率下降。因此建議優(yōu)選絮凝處理的攪拌速度為250 r/min。

通過圖4也可看出，JY-7對試驗(yàn)區(qū)含油污水的除油率隨著攪拌時(shí)間的延長先增大后減小，去濁率隨著攪拌時(shí)間的延長逐漸增大。在攪拌時(shí)間為5 min時(shí)，除油率最高。當(dāng)攪拌時(shí)間較短時(shí)，JY-7與含油污水不能充分混合，而攪拌時(shí)間過長反而會(huì)導(dǎo)致形成的絮凝體被打碎，這在一定程度上會(huì)影響污水中油滴的聚集吸附和聚并，導(dǎo)致污水變?yōu)闊崃W(xué)穩(wěn)定體系，除油效果變差，除油率下降。因此建議優(yōu)選絮凝處理時(shí)的攪拌時(shí)間為5 min。

通過JY-7絮凝劑對試驗(yàn)區(qū)含油污水的絮凝效果的影響因素研究，優(yōu)選出了一種針對試驗(yàn)區(qū)含油污水最佳的處理工藝：JY-7的加量為500 mg/L，攪拌速度250 r/min，攪拌時(shí)間5 min，溫度為40℃時(shí)，處理效果最好，除油率和去濁率分別高達(dá)77.85%和82.28%。

3 結(jié)論

（1）以丙烯酰胺、丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化銨為共聚單體，采用溶液自由基聚合法合成了一種聚丙烯酰胺類高分子絮凝劑JY-7。紅外光譜儀分析表明，JY-7JY-7是丙烯酰胺、丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化銨的共聚物。

（2）以除油率和去濁率為評價(jià)指標(biāo)，采用燒瓶實(shí)驗(yàn)研究了JY-7加量、絮凝溫度、攪拌條件對含油污水絮凝效果的影響，優(yōu)選出一種針對試驗(yàn)區(qū)含油污水的最佳的處理工藝。在最佳處理工藝下，該體系對試驗(yàn)區(qū)污水的除油率和去濁率分別高達(dá)77.85%和82.28%。絮凝劑JY-7對于陸上油田聚驅(qū)后含油污水的處理具有很好的適應(yīng)性。

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（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.018

2015-06-29