聚合物驱采油污水处理技术研究进展

Posted 2023-01-14 聚合物

篇首语：与理想平等交易，同喧嚣保持距离。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了聚合物驱采油污水处理技术研究进展相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

聚合物驱是一种相当新的提高原油采收率的工艺方法，“八五”期间被列为国家科技攻关项目。自“九五”之后，聚合物驱油开采面积及产量不断增加，在保证我国油田原油稳产中发挥着不可替代的重要作用[1]，但是，随着聚合物驱应用规模的扩大，采出废水的处理难度增加了。与注水驱采油废水的水质条件相比，聚合物驱采油废水中不仅含油量高，而且含有大量的聚合物。聚合物的存在增加了水相的粘度，使水相携油能力增强，同时也增加了油水分离的难度[2]。而且利用水驱常规污水处理工艺处理含聚污水难以达到回注原地层的水质要求，所以需要大量低矿化度的清水用来配制聚合物驱溶液，从而也使原注水-污水系统平衡被破坏。因此，含聚污水的处理已经成为油田含油污水处理的重要课题之一。本文从聚合物对含油污水处理的影响、处理工艺、混凝药剂研究等方面对含聚污水的研究进展进行了综述。

1聚合物对含油污水处理的影响

聚合物驱采油污水与水驱采油污水的最大差别是其中含有聚合物。由于聚合物的存在，使得这种污水具有一些独特的性质。在聚合物采出水中聚合物的质量浓度小于600mg/L，相对分子质量为200－500万[3-4]。聚合物对含油污水处理的影响主要体现在：

①采出水中含有聚合物，会使含油污水的粘度增加。45℃时水驱采出水的粘度一般为0.6mPa·s，而聚合物驱采出水的粘度随聚合物含量的增加而增加，一般为0.8－1.lmPa·s；粘度的增加会增大水中胶体颗粒的稳定性，使污水处理所需的自然沉降时间增长。

②采出水的油珠变小了。粒径测试发现聚合物采出水中油珠粒径小于10μm的占90%以上，油珠粒径中值为3～5μm；微观测试结果表明聚合物使油水界面水膜强度增大[5]，界面电荷增强，导致采出水中小油珠稳定地存在于水体中。因而增加了处理难度，使处理后的污水中油含量较高。

③由于阴离子型聚合物的存在，严重干扰了絮凝剂的使用效果，使絮凝作用变差，大大增加了药剂的用量。同时，处理后的水质达不到原有水质标准，油含量、悬浮固体含量严重超标。

④由于聚合物吸附性较强，携带的泥沙量较大，大大缩短了反冲洗周期，增加了反冲洗的工作量。同时由于泥沙量增大，要求处理各工艺环节排泥设施必须得当，必要时需增加污泥处理环节。

2聚合物污水处理工艺

目前典型的含聚污水处理工艺流程有两种：一种是两级沉降、二次压力过滤的处理工艺；另一种是两级沉降、一次压力过滤的处理工艺。两级沉降。一次压力过滤的处理工艺，即是在两级沉降、二次压力过滤处理工艺的基础上减掉二次过滤的环节[6]。如果用此工艺来处理聚合物采出水，一方面将增加沉降时间、降低过滤器滤速，从而增大地面构筑物规模，加大基础设施投资，另一方面，聚合物还会干扰絮凝剂的使用效果，使处理后的水质达不到原有水质标准，油含量、悬浮固体含量严重超标[7]，因此有必要针对聚合物采出水的特点研究高效的油水分离工艺。

文献[8]针对油田含油污水，研制开发出新型横向流除油器。该设备由聚结板区和分离板区构成。水流在设备内沿水平方向ｚ动，油垂直向上移动，泥垂直向下滑动，处理后水质不会产生二次污染等问题。利用单体横向流除油器在聚合物驱现场进行试验，设备的处理量为15mw，有效停留时间20min，污水中聚合物质量浓度为380～420mgh，试验结果表明，设备进口含油量变化较大（640.9～8220mall），但除油率均在89.55%以上，最高达94.65%，出口含油量最低达66.96mg/L。

邱辉、班辉[9]的研究比较了2台横向流除油器并联、串联或单独使用，再加上两次压力滤罐的组合工艺处理含聚污水的除油效果。结果表明，无论2台横向流除油器如何组合或单独使用，该工艺均可以使聚合物的质量浓度为200mg/L的含聚污水达到回注水质的要求，其中滤罐在该工艺中起着至关重要的作用。但该工艺对于聚合物浓度更大、粘度更大的含聚污水是否有效，滤罐的处理效果是否能长期保持还需要进一步的研究。

蒋明虎[10]侧通过改进旋流器的结构，以使高含聚污水在水力旋流器内的运动速度加大，从而达到油水高效分离的目的。该设计对高含聚污水的水力旋流分离器现场分离效率达到85%以上。

夏福军[11]等人研究了利用水力族流器简化聚合物驱含油污水处理工艺的问题。其工业实验流程为：原水首先经水力族流器进行油水分离，然后再进行两级压力过滤。含油污水聚合物的质量浓度为337～623mg/L，污水粘度为0971～2.340mPa·s，污水含油量不大于2000mg/L，污水温度为43℃。处理后水质各项指标达到了大庆石油管理局企业标准Q/DQI127～1998中渗透层注水水质指标表（含油量小于15mg/L，悬浮固体含量小于5mg/L，悬浮物粒径中值小于3pm）。可以以水力旋流器代替现有的自然沉降罐等重力沉降分离设备，改变沉降时间长、占地面积大的现状，从而降低了工程的投资。

横向流除油器和水力旋流器虽然对于处理含聚污水具有一定的效果，但是由于这两种设备都是物理分离设备，对于聚合物采油污水这样复杂的体系，要想达到良好的分离效果，还要配合使用相应的化学絮凝剂才能达到理想的分离效果。

陈雷、祁佩时[12]等人采用的处理流程为：原水首先经聚结反应器使原油颗粒分布状况变得易于重力分离，然后再进行沉降，再经过两级过滤处理。作者还指出，亲油性聚结填料的除油效果要好于疏油性填料，水温与聚结负荷对除油效率有较大影响。他们的结论是实验室研究成果，有待工业性现场试验进一步检验。

陈绍炳[13]等通过进行恒温静止分层实验和动态脱水模拟实验，证明沉降时间、破乳剂用量、沉降温度、聚合物浓度等对采出水沉降过程中油水分离效果均有影响，而如果在油水分离过程中加人亲油性填料，则可明显改善油水分离后油和污水的质量，这与陈雷的结果是一致的。

此外，文献[14]报道，利用射流气浮机处理含聚污水，可以使含油量为300mg/L的污水经浮选、过滤后水质达到回注的要求。该工艺的原理是，利用射流泵在射流器前后产生负压，吸气后产生微细泡，微细泡携带油滴、悬浮物上浮至水面，达到净化水的目的。但由于该工艺使污水完全充氧，后续工艺必须配套脱氧工序，所以这种工艺不能起到简化流程的作用。

可见，针对目前使用处理工艺的不足，人们研究了各种简化流程和提高处理效果的设备和工艺。但这些处理技术由于对聚合物去除率较低，处理后的污水含有大量的聚合物，所以不能回注到低渗透地层。含聚污水处理工艺今后的研究方向是使处理后的污水能用于配制聚合物回用，从而实现含聚污水利用的良性循环。

3混凝药剂研究

所有采出水处理新工艺开发中，最为简便的方法是，在现有的工艺系统的基础上，研究出针对聚合物污水的高效絮凝剂，从而可以避免耗费大量资金筹建新的处理站或增设新的处理设备，目前在这方面已有一些进展。

邓述波[15]引等通过筛选复配得到的招凝剂XN98，该絮凝剂由无机絮凝剂和有机阳离子絮凝剂组成，主要成分为无机絮凝剂，其作用是电性中和，使胶体脱稳，而其中少量的有机阳离子絮凝剂则起到电性中和及絮凝架桥的双重作用，使絮团紧密结合。室内试验表明该絮凝剂处理聚合物驱污水效果优于PAC，现场试验结果表明絮凝剂N98用量为50mg/L时，处理后水质达到中高渗透层含聚合物污水注水水质控制指标当絮凝剂XN98的用量达到200mg/L时处理后出水达到低渗透层含聚合物污水水质控制指标。

李大鹏［16］认为聚铝和硫酸铝混凝处理含聚污水的机理为：HPAM在羟基铝离子的桥联作用下，形成具有空间网状结构的沉淀物而被去除，采出水粘度降低。其中聚铝能将
500mg/LHPAM的污水降低到0.43mg/L。针对聚合物采油污水粘度高、乳化稳定性强的特性，研制出新型药剂改性聚合氯化铝（HPAC），通过其强化混凝作用，将破乳、凝聚和降低粘度3个作用过程有机地结合起来，提高了油水的分离质量和除油效率；处理后油的去除率可达99.9%以上，残余油的质量浓度小于10
mg/L，可满足油田回注水预处理的要求［17］。

李桂华［18］等研制的絮凝剂LN—A由无机高分子和有机低分子共聚物组成，对聚合物采出水中的悬浮物和残余油有高效脱稳、强絮凝及破乳能力，用于大庆采油二厂的聚合物驱采出水处理，出水悬浮物和残余油满足回用水标准。

以上开发出的新型絮凝剂均是针对阴离子型PAM的特点来设计的，且大多是对无机阳离子絮凝剂的改性或是复配的结果，有机高分子絮凝剂虽然絮凝效果好，但由于价格较高，应用受到限制。可见对于絮凝法处理合聚污水的研究方向是研制高效低价的阳离子絮凝剂。

4结论

综上所述，为更好利用聚合物驱采出水，平衡采油过程中注水-污水系统的矛盾，以后还需继续针对含聚合物污水的特点，研制高效的油水分离工艺，进一步简化处理工艺流程。研究聚合物驱采出水经过降矿化度处理，达到配制聚合物回注原地层的可行性，从根本上解决注水-污水系统的矛盾；另一方面，为缓解现有矛盾，有必要研制切实可行的处理含聚污水的工艺，为含聚污水达标排放做好技术准备。

参考文献：
[1]同案问.论我国的三次采油技术[J].油气采收率技术，1998，5（4）：1—7.
[2]董化，冯涛.聚合物驱原油采出液破乳剂的研制［J］.油气田地面工程，1998，（5）：29－31.
[3]王启民.聚合物驱油技术的实践与认识[J].大庆石油地质与开发，1999，18（4）：l－5.
[4]Taylor，KC,RABurke.Developmentofaflowinjection
analysis　methodforthedeterminationofacrylamidecopolymersin
brines[J].JournalofpetroleumScienceand
engineering,1998，21　(2)：129—139.
[5]邓述波，周抚生，陈忠喜.聚丙烯酸胺对聚合物驱含油污水中油珠沉降分离的影响[J].环境科学，2002，23（2）：69－72
[6]张伟，徐文杰，芦维年，等.聚合物驱采出水的处理和利用[J].石油规划设计，2000，1l（3）：13－15.
[7]乔玉芬.含油污水处理及注水系统综合治理建议[J].石油规划设计，1998，9（2）：l－4.
[8]陈忠喜，邓述波，夏福军.横向流除油器处理油田含油污水的研究[J].工业水处理，2001，21（1）：31－33.
[9]邱辉，班辉.含聚污水处理组合工艺运行方式研究[J].油气田地面工程，2001，20（4）：26－27。
[10]］蒋明虎.注浆果出水脱油用水力旋流器机理及试验研究[J].石油机械，1998，26（8）：14－16.
[11]夏福军，邓述彼，张宝良.水力旋流器处理聚合物驱含油污水的研究[J].工业水处理，2002，22（2）：14－16.
[12]陈雷，祁佩时，曹振坤.聚合物驱采油废水处理工艺的试验研究[J].哈尔滨建筑大学学报，1999，32（6）：117－120.
[13]陈绍炳，李学军，张树平，等.聚合物聚采出波游离水沉降脱除试验[J].油气田地面工程，1997.16（2）：16－18.
[14]余庆东.射流气浮机处理油田含出污水[J].国外油田工程，2001，17（6）：50—50.
[15]邓述波，郭春县，陈忠喜.絮凝剂XN98处理油田聚合物驱含油废水[J].油气田环境保护.2001，11（l）：21－23.
[16]李大鹏，樊庆锌，周定，等.铝盐混凝剂去除水溶液中HPAM的机理研究[J].环境化学，197，16（6）：552－559.
[17]李大鹏，樊庆锌，周定.油田聚合物采油废水混凝处理方法的试验研究[J].环境科学学报，2000，20（增刊）：64－67.
[18]李桂华，张大自.絮联沉降法处理系合物驱采出水[J].辽宁城乡环境科技，2000，20（1）：27－30.