GD油田含聚含油污水复配絮凝剂体系实验研究

张颖苹

(长江大学 石油工程学院，湖北 武汉 430100)



GD油田含聚含油污水复配絮凝剂体系实验研究

张颖苹

(长江大学 石油工程学院，湖北 武汉 430100)

针对GD油田含聚含油污水黏度高、含油量高、悬浮颗粒多的特点，而常规单一絮凝剂用量高、絮凝体松散、成本高的缺点，以除油率和去浊率为评价指标，采用烧瓶实验对3种无机絮凝剂和2种有机高分子絮凝剂进行絮凝效果评价，优选出了质量浓度为100 mg/L的无机絮凝剂聚氯化铝铁和质量浓度为40 mg/L的有机高分子絮凝剂PAM-4为单一絮凝剂的最佳试剂。将两者组成复配体系后，优选出最佳的絮凝剂经过复配絮凝剂体系处理后的污水除油率和去浊率分别为92.3%和90.7%，并评价了絮凝温度、污水pH及沉降处理时间对复配絮凝剂体系絮凝性能的影响。结果表明，该絮凝剂体系在40～60 ℃，pH为6～9及较长的沉降时间下，处理效果最好。该体系在同类含聚含油污水处理中应用前景较好。

含聚含油污水；无机絮凝剂；有机高分子絮凝剂；除油率；去浊率

聚合物驱在GD油田已成为一种重要的三次采油手段，己大幅度地应用于提高油田的原油采收率。但随着聚合物驱油技术在油田的大面积推广应用，其产生的采出污水中含有大量的聚合物残留，使得采出污水的黏度较大，且污水中的含油量较高，悬浮颗粒也较多，使得常规的过滤-沉降手段使得含聚含油污水分离的难度增大[1-3]。絮凝法是目前油田常用的一种污水处理手段，然而单一的絮凝剂存在用量高、絮凝体松散、成本高的缺点，复配絮凝剂体系已成为油田污水处理的发展方向，复配絮凝剂体系在国内部分油田已开始应用[4-6]。为此，根据GD油田含聚含油污水的特点，通过室内实验优选出了一种絮凝效果好的复配絮凝剂体系，并对该体系的絮凝效果影响因素进行了研究，提出了复配絮凝剂体系的适用条件。

1　实验部分

1.1实验试剂与仪器

实验试剂：无机絮凝剂聚氯化铝铁、三氯化铝和三氯化铁，均为工业级，武汉石油化工厂；有机高分子絮凝剂PAM-3和PAM-4，均为工业级，大庆炼化公司；氢氧化钠，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；氯化钠，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；盐酸，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。实验污水采用GD油田某聚合物驱区块含油采出水，pH为6.8，采出污水的浊度和含油量分别为58 mg/L和178 mg/L，聚合物质量浓度为350～450 mg/L。

实验仪器：电子天平(万分之一)，赛多利斯科学仪器有限公司；数显恒温水浴锅，上海梅香仪器有限公司；MY3000-6智能型混凝试验搅拌仪，潜江梅宇仪器有限公司； TUBR550T浊度仪，意大利HANNA公司；756PC型紫外可见光分光光度计，上海恒平科学仪器有限公司。

1.2实验方法

絮凝剂评价方法参考中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5796—93《絮凝剂评定方法》。现场取实验区块采出污水样品置于50 mL具塞带刻度比色管中，放入恒温水浴预热至设定温度。向比色管中加入絮凝剂，用玻璃棒充分搅拌，使絮凝剂与采出液脱出污水样品充分混合，重新将比色管置于恒温水浴中静置沉降，1 h后观察测定污水浊度和含油量。

2　结果与讨论

2.1单一絮凝剂的筛选

2.1.1单一无机絮凝剂在50 ℃条件下，考察了3种油田常用的无机絮凝剂絮凝效果，以除油率和去浊率为评价指标，实验结果见图1。

由图1可以看出，无机絮凝剂的除油率和去浊率随着无机絮凝剂的质量浓度的增加而增大，在相同的质量浓度下，聚氯化铝铁比单一型的三氯化铁和三氯化铝絮凝剂絮凝效果好。这主要是因为单一型的三氯化铁和三氯化铝絮凝剂里含有的异性电荷离子的种类少，在水溶液中不易形成离子对，而聚氯化铝铁絮凝剂有高度水解-聚合的OH-，且由于异核金属离子能交错排列所形成的分子链更稳定，网状的铝聚合物和线状的铁聚合物互相交织，可使溶于网络水中的悬浮物聚沉，在架桥絮凝的同时还有卷扫絮凝作用。当聚氯化铝铁的质量浓度为100 mg/L时，除油率和去浊率分别为86.18%和81.59%。继续增大聚氯化铝铁的质量浓度，除油率和去浊率的增加减缓，因此选择质量浓度为100 mg/L的聚氯化铝铁絮凝剂作为复配絮凝剂体系的无机絮凝剂。

图1　不同质量浓度下无机絮凝剂的絮凝效果

2.1.2单一有机高分子絮凝剂在50 ℃条件下，考察了2种油田常用的不同相对分子质量的有机高分子絮凝剂PAM-3和PAM-4的絮凝效果，以除油率和去浊率为评价指标，实验结果见图2。

图2　不同质量浓度下有机高分子絮凝剂的絮凝效果

由图2可以看出，有机高分子絮凝剂的除油率和去浊率随着有机高分子絮凝剂的质量浓度的增加而增大，在相同的质量浓度下，相对分子质量较高的PAM-4比相对分子质量较低的PAM-3絮凝效果好。这主要是因为两种有机高分子絮凝剂为阳离子型聚合物，絮凝机理是通过吸附电中和、架桥等作用将含聚采油污水中的胶体和悬浮颗粒连接起来，形成絮凝体。PAM-4较PAM-3的相对分子质量大，分子链可更好地侨联含聚含油污水中的絮凝体，生成的絮凝体越大，更易沉降。当PAM-4的质量浓度为40 mg/L时，除油率和去浊率分别为88.98%和87.41%。继续增大PAM-4的质量浓度，除油率和去浊率的增加减缓，因此选择质量浓度为40 mg/L的PAM-4絮凝剂作为复配絮凝剂体系的有机高分子絮凝剂。

2.2絮凝剂的复配及絮凝效果评价

为了解决油田絮凝剂在应用中投加量大，絮凝体松散的难题，综合考虑经济成本和絮凝效果，将优选出的质量浓度为100 mg/L的无机絮凝剂聚氯化铝铁和质量浓度为40 mg/L的有机高分子絮凝剂PAM-4组成复配絮凝剂体系。在50 ℃下，该复配絮凝剂体系与GD油田含油采出污水混合搅拌后，静置2 h后，上层清液的除油率和去浊率分别为92.3%和90.7%。其中复配絮凝剂体系中，无机絮凝剂所起的作用主要是电性中和作用，使污水中的胶体失稳；带正电的有机高分子絮凝剂起双重作用，分别是电性中和和絮凝架桥。复配絮凝剂体系在含聚含油污水中形成的絮凝体较大且密度大，使得沉降速度较快，可很好的改善采出污水的水质。

2.3复配絮凝剂体系的絮凝效果影响因素

2.3.1絮凝温度温度可影响絮凝剂复配体系的絮凝效果，特别是絮凝反应过程、絮凝体成长及沉降分离过程。对于GD油田的采出污水，固定沉降处理时间2 h，考察了絮凝温度对复配絮凝体系絮凝效果的影响，结果如图3所示。

图3　不同絮凝温度下复配絮凝剂体系的絮凝效果

由图3可以看出，随着温度的升高，复配絮凝体系的除油率和去浊率逐渐增大，在温度为40～60 ℃，复配絮凝剂体系的除油率和去浊率均较高，当温度超过这个范围以后，絮凝效果变差。这主要是由于温度的升高可使复配絮凝剂体系的扩散速率增大，降低污水中乳化原油的黏度和密度，使得絮凝效果变好。当温度过高以后，污水中的悬浮颗粒和胶体颗粒的布朗运动会加剧，使得复配体系中的絮凝剂分析对其吸附作用减弱，絮凝反应速率增加，形成的絮凝体变小，不易沉降，使得絮凝效果变差[7]。

2.3.2污水pH污水pH主要影响污水中悬浮颗粒和胶体粒子表面的Zeta电位，进而影响悬浮颗粒和胶体粒子之间的相互作用和稳定性，也会影响复配絮凝剂体系的絮凝作用。在50 ℃条件下，通过向GD油田含聚含油污水中添加氢氧化钠和盐酸调节污水的pH，固定沉降处理时间为2 h，考察了污水pH对复配絮凝体系絮凝效果的影响，结果如图4所示。

图4　不同污水pH下复配絮凝剂体系的絮凝效果

由图4可以看出，当污水pH为6～9，复配絮凝剂体系的絮凝效果较好，特别是pH为8时，复配絮凝剂体系的除油率和去浊率分别能达到93.8%和91.2%。当pH小于6或大于9时，溶液中存在大量的H+或OH-，H+大量存在时会压缩复配体系中PAM-4的扩散双电层，使得PAM-4分子蜷缩，电位较少，大大降低其吸附悬浮颗粒的能力，此外还会影响聚氯化铝铁的水解效果，使得复配体系的絮凝效果变差；由于PAM-4为阳离子型高分子聚合物，OH-大量存在时会降低其絮凝性能[8]。综合分析，该复配絮凝剂体系的适用范围为：弱酸或弱碱，偏中性的含油含聚污水。

2.3.3沉降处理时间虽然复配絮凝剂体系中的聚氯化铝铁和PAM-4与含聚含油污水发生絮凝反应的时间较短，但是形成较大絮凝体还需一段时间，如果沉降处理时间较短的话，小的絮凝体还未下沉到底部，上层清液中仍存有一定体积的絮凝体，使得测定的除油率和去浊率较低。在50 ℃条件下，对于GD油田含油污水，考察了不同沉降处理时间下复配絮凝剂体系的絮凝效果，结果见图5。由图5可以看出，随着沉降处理时间的增长，复配絮凝剂体系的絮凝效果越好，但是在油田矿场，沉降处理时间不能过长，结合GD油田矿场实际情况，最终确定沉降处理时间为2 h。

图5　不同沉降处理时间下复配絮凝剂体系的絮凝效果

3　结论

(1) 以GD油田含聚含油污水为研究对象，采用烧瓶实验优选出了质量浓度为100 mg/L的无机絮凝剂聚氯化铝铁和质量浓度为40 mg/L的有机高分子絮凝剂PAM-4为单一絮凝剂的最佳试剂。将两者组成复配体系后，优选出最佳的絮凝剂经过复配絮凝剂体系处理后的污水除油率和去浊率分别为92.3%和90.7%。

(2) 絮凝沉降时的温度不宜过高也不宜过低，当絮凝温度在40～60 ℃，复配絮凝剂体系的絮凝处理效果较好；当含聚含油污水的pH在6～9时，复配絮凝剂体系的处理效果较好；污水的沉降时间越长，处理效果越好，根据矿场实际情况，建议沉降时间为2 h。

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(编辑宋官龙)

Compound Flocculant System for Oil-Bearing Sewage Containing Polymer in GD Oilfield

Zhang Yingping

(CollegeofPetroleumEngineering,YangtzeUniversity,WuhanHubei430100,China)

Oil-bearing sewage containing polymer in GD Oilfield has the properties of high viscosity, high oil content and more suspended particles, and the conventional single flocculating agent has the disadvantages of high dosage, loose coagulation and high cost. Oil removal rate and removal of turbidity were chosen as the evaluation values in this test, and flask experiment was used to evaluate the sewage processing effect of three inorganic flocculants and two organic polymer flocculants. Inorganic flocculant of poly (aluminium ferric chloride) with the concentration of 100 mg/L and organic polymer flocculant of PAM-4 with the concentration of 40 mg/L were respectively selected as the best flocculant. The oil removal rate and removal of turbidity of waste water were 92.3% and 90.7% respectively when poly (aluminium ferric chloride) and PAM-4 were used to dispose oilfield waste water. Some influencing factors such as temperature, pH value and settling time were investigated. The experimental results showed that the oil removal rate and removal of turbidity of oilfield waste water which was disposed by using compound flocculant system were the best when temperature of waste water was 40～60 ℃, pH value of waste water was 6～9 and the settling time was longer．The compound flocculant system has strong prospect in the processing of oil-bearing sewage containing polymer.

Oil-bearing sewage containing polymer; Inorganic flocculant; Organic polymer flocculant; Oil removal rate; Removal of turbidity

1006-396X(2016)01-0063-04

2015-10-29

2015-12-09

张颖苹(1992-)，女，硕士研究生，从事油气田开发工程，油藏数值模拟研究;E-mail：1083510272@qq.com。

TE39

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.01.012