表面活性剂对油田污水絮凝效果的影响

Posted 2023-01-12 絮凝

篇首语：一知半解的人，多不谦虚;见多识广有本领的人，一定谦虚。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了表面活性剂对油田污水絮凝效果的影响相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

采用含表面活性剂的模拟油田污水，研究了表面活性剂对絮凝剂处理效果的影响规律。对于所研究的4种无机絮凝剂，处理后污水的透光率随加剂量的变化规律相同，小分子絮凝剂硫酸铝(AS)的处理效果较聚合无机盐差，聚合氯化铝(PAC)的絮凝效果最好，最佳加剂量为1000mg.L-1，处理后污水最高透光率为79.3%。有机絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)对含表面活性剂油田污水几乎没有处理效果。随絮凝温度的升高，PAC的处理效果提高；随污水中表面活性剂浓度的增大，PAC处理效果变差，即使表面活性剂浓度很低，污水处理难度也显著增大。比较驱油剂表面活性剂和部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)对污水处理效果的影响，表面活性剂的影响较大。
三元复合驱(表面活性剂、聚合物、碱)采油技术是油田开发后期提高采收率的有效措施，随着强化采油技术的推广，各种驱油剂的浓度不断增大，污水成分复杂，处理难度加大。尤其是表面活性剂在油水界面发生单层、多层吸附，降低了油水间的界面张力，使污水乳化严重，油水分离困难[1，2]。三元复合驱采油污水处理是油田急需解决的一项难题。目前，针对三元复合驱油田污水处理，已开展了专用絮凝剂的研究[3～5]，在机理方面也做了一些研究，如Deng等分析了三元复合驱污水乳化油滴的稳定性；吴迪等简要分析了三元复合驱采出污水的稳定性；刘刚等通过对模拟三元复合驱含油污水含油量和油珠粒径的测试，研究了采出水的稳定性，但研究还不够全面和深入。掌握驱油剂表面活性剂、聚合物、碱分别对污水絮凝作用的影响规律，对更好地治理三元复合驱污水具有重要的参考价值和理论指导作用。作者采用模拟三元复合驱油田污水，研究了单一驱油剂表面活性剂对污水絮凝处理的影响规律。
1 实验
1.1 试剂与仪器
聚合氯化铝(PAC)，盐基度为55%～65%；阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)，相对分子质量为800×104，阳离子度为30%，山东鲁岳化工有限公司；聚合氯化铝铁(PACF)、聚合硫酸铝(PAS)均为自行合成；实验污水为含表面活性剂的模拟油田污水。BME100LX型高剪切混合乳化机，上海威广机械制造有限公司；722型光栅分光光度计，山东高密分析仪器厂。
1.2 方法
1.2.1 模拟油田污水的配制
按表1的矿化水成分配制原水，加入表面活性剂和大庆原油，用乳化机在1000r.min-1转速下高速剪切20min，然后放入分液漏斗中静置4h，分出下层稳定的含油污水用于实验，污水使用时间不超过2d。经测定模拟污水中含油量为130mg.L-1，原水透光率T=4.9%。

1.2.2 絮凝效果评价
化学絮凝实验采用烧杯实验法，具体步骤见文献。
1.2.3 污水含油量的测定
根据中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T0530-93测定污水含油量(mg.L-1)。
2 结果与讨论
2.1 表面活性剂对絮凝处理效果的影响
采用表面活性剂浓度为30mg.L-1的模拟油田污水，污水处理温度为50℃，分别用4种无机絮凝剂[聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铝铁(PACF)、聚合硫酸铝(PAS)、硫酸铝(AS)]进行絮凝处理，结果见图1。

由图1可看出，4种无机絮凝剂处理模拟油田污水后，污水的透光率随加剂量的变化规律基本一致，均是随着加剂量的增加，透光率先增大后减小，当加剂量为1000mg.L-1时，污水透光率最大，处理效果最佳。其中使用AS处理模拟污水的效果最差，这是由于AS是小分子，分子量低、絮凝架桥能力差，因而对污水的处理效果比聚合无机盐差。PAC的絮凝效果最好，絮体形成速度和上浮速度快，污水处理后最高透光率为79.3%，这是由于PAC水解生成具有吸附作用的Al(OH)3胶体，使水中的胶体和浊度物质发生吸附聚结，同时，PAC还能提供大量的络合离子中和乳化油微粒表面的负电荷，降低了δ电位，使油滴相互碰撞上浮。当絮凝剂PAC加剂量不足时，絮凝作用不彻底；当PAC超过最佳用量时，会失去电荷中和作用，絮凝效果反而下降。
采用相同的模拟油田污水，研究有机絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)对含表面活性剂模拟油田污水的絮凝效果，结果见表2。
由表2可看出，CPAM对含表面活性剂的模拟油田污水基本没有处理效果，当加剂量为140mg.L-1时，处理后污水透光率仅为24.7%，而且透光率不随加剂量的增大而提高。

2.2 絮凝温度对PAC絮凝效果的影响
温度是絮凝反应、絮体成长、沉降分离过程的重要影响因素。使用含表面活性剂30mg.L-1的模拟油田污水，研究絮凝温度对PAC絮凝效果的影响，结果见图2。

由图2可看出，在选定的温度范围内，PAC对模拟污水的处理效果随温度的升高而提高。这是由于当温度升高时，一方面絮凝剂扩散速率加快，另一方面乳化油粘度降低、密度减小，所以絮凝效果变好。在各温度下，处理后污水透光率随PAC加剂量的变化规律大致相同，当PAC加剂量为1000mg.L-1时，处理后污水透光率最大。
2.3 表面活性剂浓度对PAC絮凝效果的影响
随着三元复合驱采油技术的推广，采出液中表面活性剂的浓度将不断提高，因此研究表面活性剂浓度对污水处理效果的影响尤为重要。采用表面活性剂浓度分别为0、30mg.L-1、150mg.L-1的3种模拟油田污水，絮凝温度为50℃，研究表面活性剂浓度对PAC絮凝效果的影响，结果见图3。
由图3可看出，随着污水中表面活性剂浓度的增大，PAC的絮凝效果变差，而含表面活性剂30mg.L-1、150mg.L-1的污水，处理后透光率远低于不含表面活性剂污水处理后的透光率，这说明即使表面活性剂浓度很低，也会增大污水的乳化程度，使处理难度增大。这主要是因为，表面活性剂在O/W乳状液的界面上发生吸附并形成吸附膜，并且吸附膜强度随表面活性剂浓度增加而增大，液珠合并时受到的阻力也越大，形成的乳状液越稳定，污水处理难度越大。

2.4 驱油剂对PAC絮凝效果的影响比较
三元复合驱使用的驱油剂有部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)、碱、表面活性剂，其中驱油剂HPAM对PAC絮凝效果的影响已做了较详细的研究[9，10]。作者分别用PAC对含表面活性剂、含HPAM的模拟油田污水进行絮凝处理，结果见图4。其中含HPAM污水的处理温度为考察的最佳处理温度37℃，HPAM浓度为200mg.L-1，模拟污水的含油量为266mg.L-1；含表面活性剂污水的处理温度为50℃，表面活性剂浓度为30mg.L-1，模拟污水的含油量为130mg.L-1。

由图4可以看出，用PAC处理含HPAM模拟油田污水，最佳加剂量为720mg.L-1，处理后污水最高透光率为97%；而用PAC处理含表面活性剂模拟油田污水，最佳加剂量为1000mg.L-1，处理后污水最高透光率为79.3%，这说明表面活性剂对污水处理的影响比HPAM大。
3 结论
(1)研究了4种无机絮凝剂PAC、PACF、PAS、AS处理含表面活性剂模拟油田污水，处理后污水透光率随加剂量的变化规律基本相同。其中小分子无机絮凝剂AS处理效果较聚合无机盐差；PAC的絮凝效果最好，絮体形成和絮体上浮速度快，最佳加剂量为1000mg.L-1，处理后污水透光率为79.3%。
(2)有机絮凝剂CPAM对含表面活性剂的模拟油田污水基本没有处理效果，处理后污水透光率不随加剂量的提高而提高。
(3)研究了絮凝温度对PAC处理含表面活性剂模拟油田污水絮凝效果的影响。随着絮凝温度的升高，絮凝效果提高。不同絮凝温度下，处理后污水透光率随加剂量的变化规律基本相同。
(4)研究了表面活性剂浓度对PAC絮凝效果的影响。随着表面活性剂浓度的增大，污水处理难度增加。即使表面活性剂的浓度很低，污水处理难度也会明显增大。
(5)对比了驱油剂HPAM和表面活性剂对絮凝剂PAC絮凝效果的影响，结果表明表面活性剂对絮凝效果的影响较HPAM大。