抗鹽聚合物含油污水沉降分離特性研究＊

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家重點實驗室；2.中國石油集團安全環(huán)保技術研究院有限公司；3.大慶油田有限責任公司第五采油廠；4.大慶油田有限責任公司油田建設設計研究院(大慶油田設計院有限公司))

0 引 言

大慶油田開發(fā)后期為了進一步提高聚驅后驅油效果，解決使用含油污水配制注入聚合物導致的配制聚合物母液黏損較大的問題，開展了使用超高分子量的抗鹽聚合物作為驅油劑的地面工程優(yōu)化升級研究?？果}聚合物具有超高分子量、疏水基團、功能性結構單元、兩性離子基團等性質特征，在高礦化度條件下能穩(wěn)定保持水溶液黏度，可以顯著改善驅油效果[1-2]?？果}聚合物分子量高達2 500萬以上，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)[3-4]，由于聚合物分子量的不同使其分子結構也發(fā)生變化，而抗鹽聚合物的使用是否對抗鹽聚合物驅采出液的性質也產生影響，需要進行相關的實驗研究。因為注入抗鹽聚合物驅油劑驅油[5-6]，其返出需要一定時間，為了盡快確認抗鹽聚合物驅采出水的沉降特性，指導現(xiàn)場采取相應的處理技術措施，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，在抗鹽聚合物驅先導試驗有實際采出水時再進行油水沉降分離特性的研究，希望通過研究得出抗鹽聚合物對采出水油水沉降分離的影響，并確定其油水沉降分離時間，從而指導先導試驗抗鹽聚合物驅采出水的處理，為后期的大規(guī)模實施抗鹽聚合物驅油及地面采出水處理配套技術奠定基礎。

1 實驗方法

抗鹽聚合物驅采出水油水沉降分離特性測試主要采用靜態(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，進行靜置沉降分離。污水靜態(tài)沉降測試取樣示意見圖1。

圖1 污水靜態(tài)沉降測試取樣示意

每組沉降時間分別為10，30，60，90，120，180，240，360，720 min(目前聚合物驅采出污水的兩級沉降時間設計參數(shù)為12 h)，共實驗9組。當每個漏斗的沉降時間達到要求時，取其下部水樣250 mL，進行水中剩余含油量的分析檢測。根據水中剩余含油量得出不同沉降時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

針對抗鹽聚合物的特點，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，并開展室內模擬油水沉降分離實驗，確定配制的抗鹽聚合物含油污水的有效油水沉降分離時間。

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)水驅采出水模擬配制抗鹽聚合物含油污水

取水驅污水處理站(不含聚合物)過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。

清水和水驅采出水模擬配制的抗鹽聚合物含油污水的水質分析結果見表1，水驅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 清水和水驅采出水模擬配制的含油污水水質分析 mg/L(pH值除外)

3 實驗結果及分析

3.1 模擬配制的抗鹽聚合物含油污水油水沉降分離實驗

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驗

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)沉降法進行測試，檢測模擬水樣的聚合物濃度、污水黏度、Zeta電位、界面張力，結果見表2，清水配制的不同聚合物濃度含油污水沉降曲線見圖2。

表2 清水模擬配制的含油污水水質分析

由表2可以看出，清水模擬配制的抗鹽聚合物濃度與實驗設計濃度相近，因為清水的礦化度較低，所以總體上配制水樣的聚合物濃度略高于設計濃度，表明清水模擬配制聚合物溶液可以達到預期實驗設計要求，對配制聚合物溶液的影響較低。聚合物溶液中Zeta電位絕對值是衡量聚合物乳狀液穩(wěn)定性的主要指標，Zeta電位絕對值越大，說明乳化液穩(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電位絕對值、界面張力呈升高趨勢，說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間延長去除率逐漸提高，但隨著污水中聚合物濃度的升高，污水沉降性能變差，在相同沉降時間下，聚合物濃度600 mg/L溶液中剩余含油量遠高于聚合物濃度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電位絕對值越大，油水沉降分離速度減小，說明油水沉降分離特性越差，含油污水越難處理。

3.1.2 水驅采出水模擬配制的抗鹽聚合物含油污水的沉降分離實驗

取水驅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)沉降法進行測試。檢測含油污水的聚合物濃度、污水黏度、Zeta電位、界面張力，結果見表3，水驅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圖3。

表3 水驅采出水模擬配制的含油污水水質分析

由表3可知，水驅采出水模擬配制的抗鹽聚合物濃度與實驗設計濃度相近，由于污水中存在無機鹽、硫化物等污染物，礦化度高，對聚合物空間結構存在影響，導致聚合物濃度略低于設計濃度。污水黏度、Zeta電位絕對值、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，導致油水界面穩(wěn)定性下降。

圖3 水驅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，當配制的含油污水中聚合物濃度≤200 mg/L時，隨沉降時間延長，污水中的剩余含油量整體呈下降趨勢，且當沉降時間為720 min時，污水中剩余含油量<100 mg/L，能達到預期要求。當含油污水中聚合物濃度>200 mg/L時，雖然隨著沉降時間的延長，水中剩余含油量整體呈下降趨勢，但當沉降時間為720 min時，污水中剩余含油量值仍>100 mg/L，說明聚合物濃度越高對油水沉降分離的效果影響越大。

3.2 實際采出抗鹽聚合物含油污水的沉降分離實驗

該實驗水樣主要為注抗鹽聚合物驅先導試驗區(qū)的中心井采出液、區(qū)塊采出液經聯(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)沉降法進行測試，檢測水樣的聚合物濃度、污水黏度、Zeta電位、界面張力，并考察不同沉降時間水中剩余含油量變化情況。

3.2.1 聚中112現(xiàn)場含油污水沉降實驗

在聚中112現(xiàn)場分別取中心井采出液、污水處理站現(xiàn)場采出液(其中摻有聚驅采出水)，投加破乳劑進行油水沉降分離實驗，結果見表4，聚中112現(xiàn)場采出水沉降曲線見圖4。

表4 分離后聚中112抗鹽聚合物含油污水水質分析

圖4 聚中112現(xiàn)場采出水沉降曲線

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應沉降時間的變化曲線基本呈線性關系，隨著沉降時間延長污水中剩余含油量呈下降趨勢。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?。划敵两禃r間達到720 min時，污水中剩余含油量為160.4 mg/L，仍然>100 mg/L，說明實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，僅通過延長沉降時間，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為摻有聚驅采出水，其沉降分離效果明顯比中心井采出水好。但120 min后即使延長沉降時間，污水中剩余含油量的變化幅度仍然較小，當沉降時間達到720 min后污水中剩余含油量為66.27 mg/L，能夠滿足后續(xù)過濾進口的水質要求(含油量<100 mg/L)。

3.2.2 喇400現(xiàn)場含油污水沉降實驗

在采油六廠喇400現(xiàn)場分別取中心井采出液、污水處理站含抗鹽聚合物含油污水(其中摻有聚驅采出水)，投加破乳劑進行油水沉降分離，結果見表5，喇400現(xiàn)場含油污水沉降曲線見圖5。

表5 分離后喇400抗鹽聚合物含油污水水質分析

圖5 喇400現(xiàn)場含油污水沉降曲線

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，當沉降時間為120 min時，污水中剩余含油量實際值為34.75 mg/L，滿足后續(xù)過濾設備進水含油量<100 mg/L的要求；且隨著沉降時間延長，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；當沉降時間為120 min時，污水中剩余含油量為46.10 mg/L，滿足后續(xù)過濾設備進水含油量<100 mg/L的要求；但隨著沉降時間延長，污水中剩余含油量基本沒有變化。

3.2.3 聚合物驅(非抗鹽聚合物)含油污水沉降實驗

為了說明抗鹽聚合物含油污水的沉降特性，分別取喇360聚合物驅采出污水處理站原水、聚北-Ⅱ聚合物驅采出水處理站原水(非抗鹽聚合物)，按照靜態(tài)沉降法開展不同沉降時間(最長480 min)的沉降分離實驗[9-12]，結果見圖6。

圖6 聚合物驅(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)，經過480 min的沉降分離后，污水中剩余含油量為50～100 mg/L，說明其沉降分離效果要比抗鹽聚合驅采出水好，也說明抗鹽聚合物驅采出污水的沉降特性比聚驅采出水差。

4 結 論

1)無論是用清水、水驅采出水模擬配制的抗鹽聚合物含油污水，還是實際采出抗鹽聚合物含油污水，污水黏度>1.0 mPa·s，相對聚合物驅采出污水有所增加，Zeta電位絕對值增加到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，油水界面膜強度增加，導致采出污水的穩(wěn)定性增強，油珠聚結變得更加困難，油水沉降特性變差，油水分離難度加大。

2)實際采出抗鹽聚合物含油污水的沉降特性，比聚合物驅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際含抗鹽聚合物驅含油污水的水質特性、處理設備以及處理工藝的技術研究，以便確定適宜、高效的油水沉降分離處理設備及系統(tǒng)的處理工藝技術，滿足油田開發(fā)后期實施抗鹽聚合物驅油的需要。