曝氧量对聚驱污水稀释聚合物溶液性能的影响

张继红 ， 朱 莹

(东北石油大学提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江大庆 163318)



曝氧量对聚驱污水稀释聚合物溶液性能的影响

张继红 ， 朱 莹

(东北石油大学提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江大庆 163318)

针对大庆油田聚合物驱清水用量日益紧张、清水配制稀释聚合物带来的弊病日益突出的现状，提出有效利用含油污水配注聚合物技术的研究。通过污水配制聚合物室内实验，利用空压曝氧方式改善水质，分析曝氧量对聚驱污水及深度处理污水所配聚合物黏度的影响，优化最佳曝氧量，为油田污水的有效利用提供技术支持。结果表明，深度处理污水最佳曝氧量为5.6 mg/L左右，降低的黏损率为4.69%；聚驱污水最佳曝氧量为7.2 mg/L左右，降低的黏损率为11.45%，说明该技术可以很大程度上提高含油污水稀释聚合物溶液的黏度稳定性。

曝氧； 含油污水； 配聚； 黏度； 最佳曝氧量

大庆油田是陆相沉积的大型砂岩油田，油层温度为45 ℃左右，自1972年小井距注降试验以来，聚合物驱技术逐渐完善，目前已实现了聚合物驱的工业化推广。为保证聚驱的效果及聚合物溶液黏度，各个矿场均采用低矿化度清水配制聚合物溶液进行注入，但是随着注聚工业化的推广，油田消耗的清水越来越多，同时油田污水的过剩且大量的外排，造成水资源浪费和环境严重污染[1]。与此同时聚合物溶液由于本身的黏弹性特点，在注入过程中对油田开发造成的伤害也越来越严重，而且含聚污水的回注会造成近井地带油层污染、注水困难等一系列问题[2-5]，因此，有效利用油田污水配制聚合物溶液就显得更加重要。

研究表明，虽然油田污水的矿化度较高，但高矿化度不会大幅度降低其配制的聚合物溶液黏度，同时污水配制的聚合物与地层有良好的配伍性。因此，用油田污水配聚造成降黏的原因主要是微生物及还原性物质。本文通过大量的试验分析，确定了曝氧法是处理油田污水中微生物及还原性物质经济合理的方法，开辟了油田污水处理的新途径。苏延昌等[6]通过现场试验，采用超高分子、高质量浓度聚合物体系、曝氧工艺技术和调驱技术，解决了大庆喇嘛甸聚合物驱过程中出现的问题，取得了阶段提高采收率15.28%的好效果，实现了污水的有效利用，采收率进一步提高。文献[7-8]研究了采油污水体系配制聚合物溶液的可行性，曝氧对污水进行改性，改善污水与聚合物的兼容性和提高保黏率，但对不同程度处理后的污水的曝氧时间和有效的曝氧量没有特别研究。

为此，需要对不同的油田污水进行不同程度的曝氧分析，尽管对污水进行曝氧处理具有较好的抑制和杀菌作用，但曝氧过量又会导致聚合物分子链的断裂[9]，影响聚合物溶液黏度。因此，适合不同污水的曝氧量是污水曝氧处理技术成功应用的关键。针对聚驱污水和深度处理污水进行的曝氧研究，对化学驱油效果具有十分重要的意义，为油田污水的有效利用提供一定的技术参考。

1 实验部分

1.1 曝氧机理

在适宜的环境条件下，大多数细菌都可以在油田污水系统中生长繁殖，其中危害最大的是硫酸盐还原菌(SRB)、铁细菌(FB)、腐生菌(TGB)。SRB是厌氧异养菌，FB和TGB是好氧菌，3种细菌的菌数增减与水中的溶氧量及生长条件息息相关。而水中溶解氧下降的耗氧作用主要包括好氧有机物降解的耗氧，生物呼吸耗氧。SRB在厌氧环境下可生成Fe2+等还原性物质，从而使聚合物分子链发生断裂，产生小分子降解产物，小分子中的—COO—可作电子供给体，以硫酸盐作末端电子接受体而繁殖。此外，—COO—的消耗又会促进聚合物分子的进一步降解，降解的结果又为SRB的生长繁殖提供了更多的营养物质，使SRB在其中的代谢旺盛且持久[10-12]。FB为好氧型细菌，在有氧气情况下细菌含量会略微增加；TGB是以腐生方式生活的微生物，是以有机质为生的有机体。

通过对污水进行曝氧后，可以维持氧气与水的有效接触，在生物氧化作用不断消耗氧气的情况下保持水中一定的溶解氧浓度；同时溶解氧可与污水中的还原性物质发生充分的化学反应；曝氧可以使污水的混合液具有一定的运动速度，使悬浮物在混合液中始终保持悬浮状态，便于除去悬浮物，起到气浮的作用。污水中的有机物是SRB分解代谢的能源，曝氧后溶解氧与有机物充分反应，可以有效地杀灭SRB等细菌，抑制自由基反应的发生，相应减少了聚合物的降解。同时有效减少了SRB等厌氧菌带来的聚合物生物降解，增加聚合物溶液黏度的稳定性。当曝氧量达到一定值后，污水中氧气饱和率趋于饱和状态，溶解氧量增加幅度变缓，并且杀灭SRB后还有剩余氧，聚合物分子链会受到氧分子作用而发生断裂，导致聚合物溶液黏度降低[13]。因此为使污水稀释聚合物溶液黏度达到注入标准，应优化污水最佳曝氧量，最大程度利用污水，增加所配聚合物溶液的黏度稳定性。

1.2 实验材料

聚合物干粉和母液：相对分子质量为1 900×104和1 600×104的聚合物干粉，分别用清水配制成5 000 mg/L的聚合物母液。

实验用污水：聚驱污水和深度处理污水，聚驱污水取自杏九放水污水站，深度处理污水取自杏二十五联合站，利用淀粉-碘化镉法测得聚驱污水中的含聚质量浓度为380 mg/L，深度处理污水中含聚质量浓度为340 mg/L。2种污水的水质分析结果见表1。

表1 污水水质指标分析结果

1.3 仪器设备

曝氧装置：简易空压曝氧装置流程图见图1，其中空气压缩机的排气压力为0～0.8 MPa，排气量为0～0.253 m3/h；

图1 曝氧实验装置流程图

Fig.1 Flow chart of oxygen exposure experiment device

其他仪器设备：HI9143型隔膜极谱电极法溶解氧测定仪(氧气饱和比率0～300%，具有温度、盐度和高度自动补偿功能)、磁力控温搅拌器、电子分析天平、HAAKE RS 6000流变仪、721型光栅分光光度计、砂芯过滤器、真空干燥箱、真空泵等。

2 结果与讨论

2.1 曝氧量对污水水质的影响

2.1.1 SRB含量 曝氧装置进行聚驱污水和深度处理污水曝氧实验(曝氧时排气压力控制在0.4 MPa左右)，利用测试瓶绝迹稀释法(《(SY/T 0532—1993)油田注入细菌分析方法/绝迹稀释法》)测量曝氧后污水中细菌含量的变化。不同曝氧量下污水中SRB含量的测定结果见表2。

表2 SRB含量测定结果

由表2可以看出，深度处理污水中SRB含量明显高于聚驱污水。SRB含量随着曝氧量的增加而逐渐减小，在曝氧量达到5.65 mg/L左右时，深度处理污水中细菌的含量基本趋于稳定；而聚驱污水对曝氧处理的过程更加敏感，当曝氧量达到4.12 mg/L，聚驱污水中SRB含量变化较大，在曝氧量达7.22 mg/L后，SRB的含量基本不再变化。

2.1.2 油、悬浮物含量 同样利用空压曝氧方法对2种污水进行曝氧处理。利用分光光度法(《油田污水中含油量测定方法/分光光度法(SY/T 0530—1993)》)测量曝氧处理污水中的含油量，用滤膜过滤法(《油田注水悬浮固体含量测定方法》)测量曝氧处理污水中的悬浮物含量。不同曝氧量下污水中含油量、悬浮物含量的测定结果见表3。

表3 含油量、悬浮物含量测定结果

由表3可知，两种污水中含油量和悬浮物固体含量均随溶氧量的增加而下降，但下降幅度不大。曝氧前后深度处理污水中含氧量和悬浮物固体含量均比聚驱污水中的低。分析其原因认为，深度处理污水的处理过程为两次沉降加两次过滤，而聚驱污水的处理过程为一次沉降加两次过滤，深度处理污水的处理过程比聚驱污水的处理过程增加了一道工序，并且聚驱污水的含聚质量浓度高于深度处理污水，HPAM能增大污水溶液的黏度，减慢水中油的上浮速度，因此曝氧前后深度处理污水的含油量和悬浮物固体含量均低于聚驱污水。

2.2 曝氧量对聚合物溶液黏度的影响

利用HAAKE RS 600流变仪分别测量曝氧处理污水稀释的不同相对分子质量、不同质量浓度聚合物溶液黏度，实验温度为45 ℃。不同曝氧量下聚驱污水和深度处理污水稀释的相对分子质量1 900×104、质量浓度1 800 mg/L聚合物溶液的黏度测量结果见图2(a)，相对分子质量1 900×104条件下，不同质量浓度深度处理污水稀释聚合物溶液黏度与曝氧量关系见图2(b)。

由图2(a)可以看出，两种污水所稀释的聚合物溶液的黏度均随着曝氧量的增大而增加，当曝氧量达到6 mg/L左右时，聚合物溶液黏度增加幅度最大，曝氧量超过6 mg/L后，聚合物溶液黏度增加的幅度趋于平缓；由图2(b)可以看出，相同相对分子质量下所稀释聚合物溶液，高质量浓度聚合物黏度增加的幅度比低质量浓度的大；深度处理污水曝氧后的增黏率大于聚驱污水曝氧后的增黏率；曝氧后污水稀释聚合物溶液的黏度比未经曝氧污水稀释聚合物溶液的黏度值高。结合前面分析的曝氧过程中污水水质的变化情况，说明曝氧后细菌含量的改变对改善水质、提高污水稀释聚合物溶液黏度有一定的效果。相同曝氧量下，相同质量浓度、相同相对分子质量的聚合物溶液，经深度处理污水稀释后的聚合物溶液黏度均比经聚驱污水所稀释后的聚合物溶液黏度高；当溶氧量达到一定的数值后，污水所稀释的聚合物溶液黏度基本保持不变，其原因可能是曝氧工艺的作用机理造成的。

图2 稀释聚合物溶液黏度与曝氧量关系

Fig.2 Viscosity-dissolved oxygen of diluted polymer solution

2.3 曝氧量对聚合物黏度稳定性的影响

2.3.1 深度处理污水 对所配聚合物溶液进行了黏度稳定性分析，由实验数据绘制曝氧前后深度处理污水稀释的相对分子质量1 900×104下，不同质量浓度聚合物溶液黏度随时间变化曲线，结果见图3。

由图3可知，深度处理污水稀释的相对分子质量1 900×104，不同质量浓度聚合物溶液的黏度均随放置时间增加而下降，并且曝氧前后所稀释的聚合物溶液黏度随着时间变化总体趋势相同。

图3 稀释聚合溶液的黏度稳定性曲线(深度处理污水)

Fig.3 Viscosity stability curve of diluted polymer solution(Multilevel processing sewage)

2.3.2 聚驱污水 不同曝氧量下聚驱污水稀释的相对分子质量1 900×104下，不同质量浓度聚合物溶液黏度随时间变化曲线，结果如图4所示。

图4 稀释聚合物溶液的黏度稳定性曲线(聚驱污水)

Fig.4 Viscosity stability curve of diluted polymer solution(Polymer flooding sewage)

由图3、图4对比可以看出，聚驱污水稀释的聚合物溶液，其黏度稳定性要比深度处理污水稀释的聚合物溶液黏度稳定性差。曝氧前深度处理污水和聚驱污水稀释的相对分子质量为1 900×104、质量浓度为1 800 mg/L的聚合物溶液在15 d后黏度下降率分别为16.32%和26.68%，稀释的相对分子质量为1 900×104、质量浓度为2 000 mg/L的聚合物溶液在15 d后黏度下降率分别为22%和30.03%；同时，不同曝氧量下，深度处理污水稀释的不同质量浓度聚合物溶液黏度下降率在5 d前变化较大，5 d后溶液黏度变化趋于平缓，而聚驱污水稀释的不同质量浓度聚合物溶液黏度在15 d过程中持续下降。

[1] 詹亚力，杜娜，郭绍辉．我国聚合物驱采出水处理方法研究进展[J]．油气田环境保护，2002，13(1):19-23．

Zhan Yali, Du Na, Guo Shaohui. Research progress on processing method of produced water of ploymer flooding in our country[J]. Environmental Protection of Oil & Gas Fields，2002,13(1):19-23.

[2] 王宝江，李彦兴，姚兰，等．清水配制污水稀释聚合物溶液试验研究[J]．大庆石油地质与开发，2001，20(2)：86-88．

Wang Baojiang, Li Yanxing ,Yao Lan，et al. Research experimental on polymer solution of manufactured by clear water and diluted by sewage[J]. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing,2001，20(2)：86-88.

[3] 于洪江，刘祥，史俊，等．污水配制聚合物驱油体系可行性研究[J]．西安石油学院学报:自然科学版，2001，15(1)：27-29．

Yu Hongjiang, Liu Xiang, Shi Jun, et al. Feasibility study on oil displacement system polymer made with sewage[J]. Journal of Xi’an Petroleum Institute(Natural Science Edition),2001,15(1):27-29.

[4] 罗一菁，张忠智，赵树英，等．聚合物驱采油污水处理研究进展[J]．石油化工高等学校学报，2003，16(1)：9-13．

Luo Yijing, Zhang Zhongzhi, Zhao Shuying, et al. Research progress on treatment of oil production sewage of polymer flooding[J]. Journal of Petrochemical Universities，2003,16(1)：9-13．

[5] 孔繁华，宋吉水，刘书孟．含聚污水回注对油层伤害研究[J].大庆石油地质与开发，2001，20(2)：95-99．

Kong Fanhua, Song Jishui, Liu Shumeng. Research on reservoir damage of reinjection of containing poly sewage[J]. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing, 2001,20(2): 95-99．

[6] 苏延昌，刘德宽，高峰，等．喇嘛甸油田污水配制高分子高浓度聚合物驱油试验研究[J]．大庆石油地质与开发，2006，25(3)：82-84．

Su Yanchang, Liu Dekuan, Gao Feng, et al. Research experimental on flooding with heavy and high concentration polymer manufactured by sewage of Lamadian oilfield[J]. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing,2006，25(3)：82-84.

[7] 牛金刚，孙刚 高飞．油田产出污水配制聚合物实验研究[J]．大庆石油地质与开发，2001，20(2)：86-88．

Niu Jingang, Sun Gang, Gao Fei. Research experimental on polymer manufactured by output sewage of oilfield[J] Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing, 2001,20(2): 86-88．

[8] 苏延昌，高峰，舒方春，等．污水配制聚合物研究[J]．大庆石油地质与开发，2003，22(6)：44-47．

Su Yanchang, Gao Feng, Shu Fangchun, et al. Research on polymer manufactured by sewage [J].Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing,2003,22(6): 44-47．

[9] 姚惠，张中健．含油污水配注聚合物应用研究[J]．油气田地面工程，2007，26(5)：3-4．

Yao Hui, Zhang Zhongjian. Research on applied polymer injected and allocated with oily sewage[J]. Oil Gasfield Engineering, 2007，26(5)：3-4．

[10] 韩玉贵．解决污水配制聚合物溶液黏度问题的方法探讨[J]．油气地质与采收率,2008，15(6)：68-70．

Han Yugui. Research on technique to solve the problem of the solution viscosity of polymer made with sewage[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2008，15(6)：68-70．

[11] 孙洪海，张月先．污水配制聚合物黏度测定方法及影响因素的研究[J]．大庆师范学院学报，2006，26(2)：61-63．

Sun Honghai, Zhang Yuexian. Research on influence factors and means for viscosity measurement of sewage preparation polymer[J].Journal of Daqing Normal College, 2006，26(2)：61-63．

[12] 姜维东，张可，徐新霞，等．曝氧和厌氧污水聚合物溶液黏度差异及机理分析[J]．油气地质与采收率，2007，14(6)：69-71．

Jiang Weidong, Zhang Ke, Xu Xinxia, et al. Analysis on mechanism and viscosity divergence of polymer solution manufactured by oxygen exposure and anerobic[J]. Petroleum Geology and Recovery Efficiency， 2007，14(6)：69-71．

[13] 贾凌志，张春玲，白云鹏，等．曝氧污水配制聚合物溶液/ASP复合体系黏度的稳定性[J]．石油化工高等学校学报，2010，23(1)：10-15．

Jia Lingzhi, Zhang Chunling, Bai Yunpeng, et al. Stability of viscosity of polymer and ASP solution prepared by produced water after aeration[J]. Journal of Petrochemical Universities,2010,23(1)：10-15．

(编辑 宋官龙)

Effect of Oxygen Exposure on the Performance of Polymer Solution Diluted by the Polymer Flooding Sewage

Zhang Jihong, Zhu Ying

(Improved Recovery Key Laboratory of the Ministry of Education, NortheastPetroleumUniversity,DaqingHeilongjiang163318,China)

Research on the technology of polymer injection allocation have been carried out in this paper by effective utilization of oily sewage, for the situation of the tensions of polymer flooding water usage, the protrusive disadvantages of polymer dilution and preparation in Daqing oilfield. Technical support to the effective utilization of oily sewage is provided by laboratory experiments, such as improving sewage quality through oxygen exposure by air compressor, analyzing affection of oxygen on polymer viscosity of the polymer flooding sewage and the multilevel processing sewage, and optimizing the amount of oxygen exposure. And all above experiments conducted with the polymer which is manufactured by sewage. The results show that the best amount of oxygen exposure for the multilevel processing sewage is 5.6 mg/L with viscosity loss rate of 4.69% and the best amount of oxygen exposure for the polymer flooding sewage is 7.2 mg/L with viscosity loss rate of 11.45%. Therefore, the viscosity stability of polymer solution diluted by oily sewage can be largely improved using this technology .

Oxygen exposure; Oily sewage; Polymer preparation; Viscosity; Best amount of oxygen exposure

1006-396X(2015)01-0046-05

2014-10-20

2014-12-16

黑龙江省自然科学基金项目“葡北油田纳微米微球深部逐级调驱技术机理研究”(E201213)。

张继红(1969-)，女，博士，教授，从事提高采收率理论与技术研究；E-mail:dqzhjh@126.com。

TE357

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.01.010