油田污水絮体上浮的原因分析及处理对策

吕志凤，胡以朋，张珂，周昕媛，战风涛

(中国石油大学 理学院，山东 青岛 266580)

采出水处理达标后回注是解决油田水驱水源和污水去向的重要途径，也是油层保护和提高原油采收率的重要措施。油田污水组成复杂，具有含油量高、矿化度高、悬浮物含量高、含有细菌、水质水量多变等特点［1］，沉降效果不好，而且经常出现絮体上浮现象［2］，污水深度处理并达到回注标准有一定难度，尤其是悬浮物达标问题［3］。目前油田污水处理技术主要有物理法、化学法、生物法、膜过滤法等［4-7］，我国油田污水处理大多采用“化学絮凝+重力沉降+两级过滤”的工艺，除加快新型水处理剂的研发和水处理工艺改造外［1-2］，解决回注水中的悬浮物达标问题更有针对性的措施是分析污水的组成，找出影响达标的主要因素，合理使用药剂，结合方便可行的工艺调整，有针对性的解决问题。本研究针对塔里木油田某作业区污水处理中絮体上浮及悬浮的问题，考察了污水组成对絮体沉降状态的影响，分析了悬浮絮体的组成，提出了方便合理的解决对策。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

60 ～90 ℃石油醚、氯仿、无水乙醇、盐酸、氢氧化钠均为分析纯;高效聚铝、有机高分子助凝剂均为工业品。

Nexus 型傅里叶变换红外(FTIR)分析仪;X’Pert Pro MPD X-射线衍射仪;DZX-3 型真空干燥箱。

1.2 实验方法

1.2.1 污水水质分析 实验用污水为油田处理站污水，水质分析按SY/T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》进行。

1.2.2 悬浮絮体的组成分析 将滤罐中截留的悬浮絮体(即滤料吸附物)尽可能控干水分，并于90 ℃真空干燥脱水至恒重，记录总质量;脱水后的滤料吸附物依次用60 ～90 ℃石油醚、氯仿抽提，得到石油醚可溶组分和氯仿可溶组分;脱有机质后剩余物用去离子水浸泡、洗涤至无氯离子，除去可溶性盐;取0.2 g 脱盐后剩余物用20 mL 盐酸溶解、过滤、洗涤、干燥、称重，即得盐酸可溶物组分及不溶物组分。根据取样量及各组分的质量计算各组分的相对百分含量。

滤料吸附物中有机组分的FTIR 分析所用仪器是ThermoNicolet 公司的Nexus 型傅里叶变换红外分析仪;无机组分的XRD 分析所用仪器是荷兰Panaly tical 公司X’Pert Pro MPD X-射线衍射仪。

2 结果与讨论

2.1 污水组成分析

塔里木油田某作业区污水处理采用传统工艺，即絮凝-沉降-两级过滤，但由于三相分离器出口油含量及悬浮物含量都比较高，絮体沉降状态不够稳定，导致后续过滤装置负荷较大，注水泵入口悬浮物波动较大(该区块注水悬浮物标准≤3 mg/L)。污水处理站进站及出站污水的组成见表1。

表1 污水处理站水质分析结果Table 1 Water quality analysis in wastewater treatment station

2.2 絮体上浮的原因分析

文献［2］认为油田污水絮体上浮的原因是絮体与高含盐的水密度差小，沉降效果差。并通过分离出部分残余油后使絮体密度与污水密度差增大，增强了沉淀效果。笔者在水质分析的基础上考察了污水组成及药剂加量对絮体沉降效果的影响。

2.2.1 油含量的影响 在现场取三相分离器出口水样25 L，每隔20 min 从取样桶底部放出一定量水样，测出油含量，并加净水剂100 mg/L，自然沉降30 min，观察絮体的状态。不同油含量的污水加剂后30 min 絮体的状态见表2。

表2 油含量对絮体状态的影响Table 2 Effect of oil content on the floc state

由表2 可知，净水剂加量100 mg/L，来水油含量超过50 mg/L 时，絮体基本呈现上浮状态，油含量30 ～50 mg/L 时，絮体处于悬浮状态，若增加净水剂用量，可以下沉。

2.2.2 净水剂加剂量的影响 取三相分离器出口水 样，油 含 量385.60 mg/L，分 别 加 入100 ～1 000 mg/L净水剂，30 min 后发现加剂量100 ～400 mg/L的污水，絮体基本全部上浮。加剂500 ～800 mg/L，絮体悬浮;加剂900 mg/L 以上絮体可以下沉，但中间仍还有悬浮絮体。因此，来水油含量较高时，通过增大净水剂加剂量来实现絮体下沉难度很大。

2.2.3 pH 值的影响 pH 值会影响净水剂的作用效果，也会引起絮体上浮。在现场化验室取三相分离器水样，含油为197.11 mg/L。调节pH 值分别为:5.97，6.24，6.27，6.30，6.34，加 入 净 水 剂100 mg/L，沉降30 min 后，pH 值为6.34 的絮体部分下沉，其余均上浮。表明pH 值是导致絮体上浮的原因之一。来水含油在400 mg/L 左右时，重复上述实验，絮体不下沉，所以含油量仍是影响絮体沉降的重要原因。

2.2.4 污水密度的影响 高含盐油田污水的密度较大，该作业区污水密度为1.130 g/cm3，通过掺入去离子水来调节水样密度及油含量，考察污水密度对絮体状态的影响。取三相分离器出口水样，油含量405.20 mg/L，分别掺入体积百分数为0%，10%，20%，30%，40%，50%的去离子水，混合后水样密度及油含量都降低了。分别加净水剂100 mg/L，沉降30 min 后絮体全部上浮，说明污水密度不是导致絮体上浮的原因，油田污水絮体上浮的主要原因是油含量问题。

2.3 悬浮絮体的组成分析

2.3.1 悬浮絮体各组分的含量及有机组分的酸值悬浮絮体较难富集，笔者利用悬浮絮体会被滤料截留这一特点，利用滤罐检修时取得滤料吸附物，吸附物为黑色粘稠状，加水振摇，明显起泡，具有很强的表面活性。吸附物的组成分析(扣除水溶性盐类)数据见图1。

图1 滤料吸附物脱水后各组分的相对百分含量Fig.1 Relative content of each component in the dehydrated filter adsorption

由图1 可知，滤料吸附物中含有大量的有机质，占脱水吸附物质量的63%。有机质中石油醚可溶组分和氯仿可溶组分的酸值分别为6.05 mg KOH/g和13.76 mg KOH/g，远远高于该作业区净化油的酸值0.95 mg KOH/g，表明滤料吸附的悬浮物中含有较多有机酸类物质。

2.3.2 有机组分的IR 分析 为了进一步确定滤料吸附物中有机质的组成，对石油醚可溶组分和氯仿可溶组分进行IR 分析，两组分的IR 谱图见图2。对图2 进行解析，有机质中主要存在的官能团及可能的化合物类型见表3。

图2 滤料吸附物中有机组分的IR 谱图Fig.2 IR spectrum of the organic components in the filter adsorption

表3 有机组分的IR 谱图解析Table 3 IR spectrum of the organic component

由图2 和表3 可知，2 个有机组分的主要成分除了烃类外，在1 020 ～1 190 cm－1处的较强吸收峰(峰中心位于1 112 cm－1)，表明有聚醚类表面活性剂存在［8-9］，且1 112 cm－1处吸收峰的右侧变形说明有磺酸基存在［10］，即有磺酸盐类表面活性剂存在;3 468 cm－1和1 728 cm－1处出现羧酸的特征吸收峰，表明有机酸类物质的存在。氯仿可溶组分中表面活性剂和羧酸的特征吸收峰更强，说明其中存在更多的表面活性剂和有机酸类物质，这与氯仿可溶组分的酸值更高、极性更强相一致。

滤料吸附物中的聚醚类和烷基苯磺酸钠类表面活性剂主要来源于滤料再生用的反冲洗剂和污油携带的破乳剂。

2.3.3 无机组分的组成分析 滤料吸附物中水不溶解的无机质占36.9%，XRD 分析结果表明，无机质的主要成分为含锶重晶石，占71%;石英，占20%;含镁方解石，占5%;斜长石，占4%。

2.4 絮体上浮的处理对策

悬浮絮体的组成分析说明，絮体中含有大量高酸值、高表面活性的有机质，无机质的量相对较少，并被大量有机质包夹，单纯依靠油水分离很难降低污水中的油含量。因此，可以利用污油与无机颗粒之间相互作用较强的特点，在三相分离器出口投加复合净水剂，从沉降罐顶部回收富含悬浮物的污油，并将此污油进一步处理后回收。实验室研究结果显示，三相分离器出口水样加80 ～100 mg/L 高效聚铝和1 ～2 mg/L 的有机高分子助凝剂，15 min 内絮体全部上浮，静置1 h 后水相透过率为88% ～90%，污水中剩余悬浮物含量降为7.0 ～8.5 mg/L。考虑到使用高分子助凝剂易导致滤料堵塞，现场采用仅在三相分离器出口投加80 ～100 mg/L 的高效聚铝，配合后续沉降、顶部回收富含悬浮物的污油及两级过滤工艺，注水泵入口水样悬浮物稳定在1 ～3 mg/L之间，达到注水要求。

3 结论

(1)油田污水絮体上浮的主要原因是油含量，净水剂加剂量100 mg/L，污水中油含量超过50 mg/L，絮体即呈现上浮状态。

(2)悬浮絮体中有机质含量高达63%，有机质酸值高，且含较多石油酸类、聚醚类和烷基苯磺酸盐类表面活性物质。

(3)悬浮絮体中强极性有机组分含量较高，且与无机固体颗粒有很强的相互作用，可在三相分离器出口投加复合净水剂(如80 ～100 mg/L 高效聚铝和1 ～2 mg/L 的有机高分子助凝剂)，从沉降罐顶部回收富含悬浮物的污油，并将此污油进一步处理后回收。

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