三元采出水掺混比优化及静沉效果研究

杨敬杰，刘长莉，魏 利，赵秋实，韩丽华，徐德会，李春颖, 4

(1.东北林业大学 生命科学学院，哈尔滨 150040；2.城市水资源与水环境国家重点实验室，哈尔滨工业大学，哈尔滨 150090；3.大庆油田建设设计研究院水化室，大庆 163712；4 哈尔滨商业大学 能源建筑与工程学院，哈尔滨 150028)

大庆油田近年来逐步进入了三次采油阶段，三元复合驱技术是综合了碱驱、表面活性剂和聚合物驱的优点的一种提高原油采收率的新技术[1-3]，具有广阔的应用前景.该技术可以大幅度提高驱油效率，并且能较大幅度地降低表面活性剂的用量，具有较好的应用前景[4-6].存在的问题是，由于三元复合驱采出水中含有大量的聚丙烯酰胺(HPAM) 、表面活性剂和碱导致污水的黏度变大，污水中油珠粒径变小，造成污水乳化严重，油珠和悬浮固体颗粒浮升/沉降困难，其处理难度远远大于聚合物驱和碱水驱采出水[7-10].邓述波[11-12]等研究者对三元采出水的成分等进行了详细分析，目前常用的处理工艺需要大量药剂进行辅助，导致处理成本较高，同时污染了环境[13].实际生产中三元复合驱采出水的处理目前还没有一套完整和成型的工艺，三元采出水处理的工艺技术正在攻关过程中.目前研究者根据油田的实际情况，探讨将三元采出水通过掺混聚驱采出水来降低现有三元采出水的处理难度，三元采出水掺混后，通过物理静沉的方法去除部分原油.目前亟待解决的问题是三元采出水物理静沉的最佳掺混比例.

本研究通过以三元采出水和聚驱采出水为掺混对象，考察最佳掺混静沉比例及其静沉效果，为实际的生产应用提供技术和理论支持.

1 材料与方法

1.1 三元采出水来源及试验装置

三元采出水的来源为大庆油田采油三厂北二西三元试验站，含油量为300～900 mg/L，表面活性剂质量浓度50～80 mg/L，黏度为 2～3 mPa·s，HPAM质量浓度为400～900 mg/L，碱度为3 000～4 000 mg/L.聚驱采出水的来源为大庆油田采油三厂北十三联合污水处理站, 含油量为100～500 mg/L，黏度为 1～2 mPa·s，HPAM质量浓度为 200～350 mg/L，碱度为2 000～3 000 mg/L.试验装置为YZ-IV油水分离控温仪(哈尔滨市金博达机电有限公司)，温度控制在40 ℃，分液管的容积为500 mL.试验装置及分液管(如图1).

图1 试验装置及分液管

1.2 分析方法

含油量测定(SY/T0530-93)；悬浮物含量测定(SY/T5329-94)；表面活性剂质量浓度测定采用分光光度法；碱度测定(SY/T5523-2006)；聚合物测定(Q/SY DQ0928-2003)；聚合物黏度测定采用流变仪-AR1500ex(美国沃特斯公司)；粒径中值测定采用MULTISIZER3颗粒粒度分析仪(美国库尔特公司).

1.3 试验方法

按照比例将三元采出水和聚驱水掺混，40 ℃静置沉降，每次试验时，在20 h内设置11个取样点，并且分别在静沉0、2、4、6、8、10、12、14、16、18、20 h进行取样，以未静沉三元掺混原水作为0 h的水样，每次取样位置为两个，分别在分液管的底部200 mL和中部200 mL.测定静沉后掺混三元水中含油量时，每个点取两个位置含油量的平均值为该点的含油量，以减小误差.

2 结果与讨论

2.1 三元采出水和聚驱采出水最佳掺混比例的优化

2.1.1 掺混比例为50%，75%和100%的污水含油量比较分析

如图2所示，在静置沉降过程中，掺混比为50%三元水掺混静沉后的含油量呈现逐步下降的趋势，水中浮油的上浮速度比较快，水中含油量降幅比较明显，在静沉6 h后，水中含油量为90.69 mg/L(<100 mg/L).掺混比为75%三元水静沉后的含油量随着静沉时间的延长，水中含油量逐渐降低，在静沉10 h后，水中含油量为93.43 mg/L(<100 mg/L).掺混比100%三元水掺混静沉后的含油量也是逐步下降的趋势，在静沉12 h后，水中的含油量为92.79 mg/L(<100 mg/L)，各比例的掺混水在静沉过程中，中间不规则的含油量变化趋势，与实际的掺混水的复杂组成体系有关.油田污水处理中以采出水的静置沉降8 h，水中含油量<100 mg/L为生产标准，掺混比小于75%时，水中含油量<100 mg/L时所需静置沉降时间将少于10 h，可以确定三元采出水物理沉降掺混的最佳比例在50%～75%三元水掺混之间(掺混比50%是油田生产要求的上线).

图2 三元采出水掺混比为50%，75%和100%的含油量变化趋势

2.1.2 掺混比例为65%和70%的污水的含油量比较分析

如图3所示，在物理静沉的过程中，随着时间的延长，掺混比65%和70%三元水静沉后的含油量逐渐降低，并在静沉8 h后，掺混比为65%的水中含油量为81.52 mg/L(<100 mg/L)，掺混比为70%的水中含油量为78.82 mg/L(<100 mg/L)，掺混比65%和70%的三元水静置沉降，都达到静置沉降8 h，水中含油量<100 mg/L的标准，但实际生产中考虑到处理更多的三元采出水，因此按70%的比例掺混更具有现实意义.

图3 掺混比65%和70%的三元水掺混的含油量变化趋势

2.1.3 三元水掺混不同比例静沉效果比较分析

三元采出水中的碱、表面活性剂和聚合物导致污水的黏度变大，污水中油珠粒径变小油水乳化程度加大, 油水不宜分离，其处理难度远远大于聚合物驱采出水和水驱采出水.因此，通过与聚合物驱采出水掺混，分析不同比例的静沉效果.三元水掺混不同比例静沉效果如图4 所示，不同比例的三元掺混水，在40 ℃下静置沉降，污水中含油量达到低于100 mg/L所用的时间有所不同.100%三元采出水静沉，水中含油量达到低于100 mg/L时所用时间为12 h ，而50%三元采出水静沉，水中含油量达到低于100 mg/L时所用时间仅为6 h，随着三元采出水比例的下降，静沉所用的时间也随之缩短，其中在65%和70%时，所需时间都为8 h.

图4 三元水掺混不同比例静沉效果

2.2 物理静沉三元采出水、含聚污水、掺混水的组成及其油水分离特性

2.2.1 三元采出水、含聚污水、掺混水组成成分比较分析

在确定最优的掺混比为70%后，开展对三元采出水、含聚污水、掺混水的油水组成成分进行分析.

由表1可见，三元采出水的碱、表面活性剂、聚合物含量、黏度均较高，聚合物驱采出水不含表面活性剂，碱与聚合物、黏度都低于三元采出水.按三元水70%掺混后，掺混水的碱、表面活性剂、聚合物含量，黏度都有所下降，更加有利于油水分离[14-15].

表1三元采出水、含聚污水和掺混水(掺混比70%)组成成分

编号名称 碱/(mg·L-1)表面活性剂/(mg·L-1)聚合物/(mg·L-1)黏度/(mPa·s)三元采出水3 75573.84462.582含聚污水2 42702241.496掺混水(70%)3 21139.93752.121

图5 物理静沉24 h三元水的含油量、含悬浮物量以及粒径中值的变化

2.2.2 三元采出水、聚合物驱采出水、掺混水油水分离特性分析

如图5所示，在24 h物理静沉试验过程中，随着时间的增加，三元采出水、掺混水、聚驱采出水的含油量和含悬浮物量逐步降低.聚驱采出水悬浮物在前4 h迅速降低，4 h之后基本稳定，掺混水含悬浮物量在静沉4 h后也基本稳定，聚驱水的掺入使得悬浮物更易于沉降，三元采出水含悬浮物量在前12 h逐渐降低，12 h后达到稳定(图5-B).聚驱采出水油水分离速度最快，在静沉4 h后含油量即下降到98.59 mg/L(<100 mg/L)，掺混水在静沉8 h后含油量为86.3 mg/L(<100 mg/L)，聚驱水的掺入有助于快速降低三元采出水的含油量，三元水则是在静沉12 h后含油量达到92.33 mg/L(<100 mg/L)(图5A).在24 h静沉过程中，静沉2 h后的三元采出水与掺混水的粒径中值迅速下降到1 μm以下，2 h之后随着时间的推移粒径中值变化不大(图5C)，聚驱采出水从始至终粒径中值变化都不大.从整个掺混后的水质特性分析，掺混有助于降低三元采出水的油水分离难度，同时降低污水处理的难度.有助于现有污水处理工艺的稳定运行.

3 结 论

1)通过试验确定三元采出水和聚驱采出水的物理沉降掺混的最佳比例为7∶3；掺混比为70%时，掺混水的沉降性较好，在8 h水中含油量降低到100 mg/L以下.

2)物理静沉试验随着三元采出水掺混比例的降低，采出水含油量达到100 mg/L以下所用静沉时间逐步缩短，沉降效率逐步增加；

3)通过三元采出水中掺混部分聚驱采出水的物理静沉掺混比例的优化研究，有助于降低三元采出水的油水分离难度，提高油水分离的效果，对于悬浮物的去除和粒径中值的降低都有提高，对于降低现有污水处理工艺的难度和处理的稳定性具有重要的意义.

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