聚合物驱采出水处理技术研究进展

2019-02-17叶芳芳李长刚聂丽君叶绮彤

山东化工 2019年16期

叶芳芳，李长刚,聂丽君，叶绮彤，张帅

(广东石油化工学院环境科学与工程学院，广东茂名 525000)

随着“一带一路”的建设和推进，我国与沿线国家的能源合作更加紧密，其中石油作为重要的化工原料，是我国重要的战略物资，也是国际竞争和控制的焦点[1]。石油的开采技术分为三类：(1)天然能量采油技术：利用油藏中的天然能量作为驱油动力的一类原油开采方法，包括溶解气驱、天然水驱和重力驱等。(2)补充能量采油技术：通过注水和注气等方式补充地层能量开采石油的一类方法。(3)提高采收率技术：通过改善油藏及油藏流体物性，提高宏观波及微观驱油效率的采油方法。目前，由于地层压力的下降和水驱采收低，我国已经全面进入提高采收率阶段，应用最多的是聚合物驱。聚合物驱开采过程中产生大量采出水，采出水含有大量残余的聚合物，粘度高，油水乳化严重，悬浮物的沉降性能差[2]。

1 聚合物驱采油技术

化学驱是指以化学剂作为驱油介质，改善地层流体的流动特性，改善驱油剂、原油和油藏孔隙之间的界面特性，提高原油开采效果和效益的所有采油方法统称为化学驱。主要包括聚合物驱和化学复合驱等[3]。

1.1 聚合物驱

聚合物驱的原理是在注入水中加入高相对分子质量的聚丙烯酰胺(PAM)，增加注入水的粘度。当这种溶解了PAM注入水接触地层时，通过油层间隙时不容易流动，残余阻力系数高，改善油水流度比。粘度越大，聚合物驱扩大油层宏观和微观波及效率的作用就越大[4]。

1.2 化学复合驱

化学复合驱是在驱替液中添加碱剂(A)表面活性剂(S)和聚合物(P)等驱替剂，形成三元或者二元驱替体系。驱替剂之间的协同作用增加驱替液的粘度，降低油水界面张力，降低水油流度比和减少驱替液流动指进，从而提高驱油效率和波及效率，提高原油采收率。复合驱可根据实际的工作要求进行适应性调整，灵活性强[5]。

热力采油法是通过提高油藏的温度，降低原油的粘度，增加原油的流动性，提高采收率。热力采油主要包括热流体法、化学热法和物理热法[6]。气驱是以气体作为主要驱油介质的采油方法，按照相态特性分为混相驱和非混相驱。气驱的原理是在驱替液中注入气体，和油层在油藏条件下形成混相，消除界面效应，降低地层孔道中的毛细管力，释放由于毛细管力所圈闭的原油，提高微观驱油效率。用于气驱的气体包括烃类和非烃类气体两种[7]。微生物采油(MEOR)是利用微生物及其代谢产物作用于油层及油层中的原油，提高驱油剂的波及体积和微观驱油效率。微生物采油按照注入的方式分为微生物吞吐和微生物驱[8]。

提高采收率(EOR)技术的发展开始于20世纪60年代初，发展高峰是20世纪80年代。由于我国石油资源具有油田小、地质和地面条件复杂、储层物性差等特点，造成我国采出油含水高、水驱采收率低。化学驱是我国油田提高采收率技术的最佳选择。我国的化学驱不论其研究水平、应用规模、年增产原油量和技术的系统完善配套上均属国际领先[9]。化学驱应用最多的技术是聚合物驱。

2 聚合物驱采出水的水质特点

聚合物驱在大庆、大港和胜利等油田得到大面积的推广。聚合物驱过程中产生大量的采油污水，聚合物驱采出水是一种比较稳定的水包油型乳状液，含有悬浮物、石油烃和无机盐等物质，含有大量残余的聚合物，质量浓度可达500mg/L以上，采出水粘度大，乳化程度高。聚合物的相对分子质量大，难生物降解。聚合物驱采出水中油滴的初始粒径小，粒径小于10μm 的占90%以上，油滴粒径中值为3～5μm，是水驱采油污水中油滴的初始粒径中值的1/10，油水分离难[10]。

3 聚合物驱采出水的处理技术

聚合物驱采出水处理回注油井或达标排放。作为回注水就要要求水质稳定，不易沉淀和结垢；不腐蚀注水设备；悬浮物含量低，不会对油层造成伤害；聚合物和表面活性剂等物质要得到保留。因此作为回注用水我们的处理重点是去除油和悬浮物。达标排放处理重点是去除污水中的油、悬浮物和聚合物。聚合物采出水的处理方法分为物理法、化学法和生物法。

3.1 物理法

物理法的原理是利用油水的不相容性和密度差，重力沉降除油。夏福军等人利用横向流除油器和水力旋流器两种工艺处理大庆油田聚合物驱采出水，研究表明在油含量1301mg/L，悬浮固体含量69mg/L的进水条件下，经过该系统处理工艺处理后，出水含油量平均为3 mg/L，悬浮固体含量平均为14 mg/L[11]。微波和超声是两种新型的物理处理方法，能够实现油、悬浮物和聚合物的去除。吉程使用微波处理聚合物驱采出水反应速度快，聚合物驱采出水升温快，PAM断链，粘度降低，油滴聚集快，实现油水分离。利用空化作用产生大量的OH·自由基降解采出水中的PAM，便于后续处理[12]。赵小青使用超声波处理含聚石油污水，综合考虑了超声频率、功率和处理时间等因素，结果表明除油效率为40kHz，功率105W和反应时间40min条件下，油水分离效果显著，除油率达到98.96%，出水COD质量浓度为204mg/L[13]。

3.2 化学法

化学法是通过向污水中投加破乳剂和絮凝剂等化学试剂，是乳化系统脱稳破乳，油滴得到释放和聚集，油水分离。主要包括升温法、酸化法和凝聚法。凝聚法是目前应用最大的方法，高效低用量的破乳剂和絮凝剂的开发是研究的重点[14]。吕志凤系统分析了聚合物驱采出水中的乳化活性物质，研究了不同水处理剂的破乳和絮凝效果，得出含聚污水不宜使用聚铝等以中和作用为主的絮凝剂处理。通过复配的方式得到两种油水分离剂，并在现场应用得到很好的油水分离效果[15]。电化学氧化法是适用范围广，操作简单，对于聚合物、油含量和COD等有一定的去除效果，是一种有效的预处理工艺。翟磊等人使用电化学除油器-斜板除油器-核桃壳过滤器装置处理模拟含聚采油污水，研究表明电化学氧化过程中降低了油-水界面膜的强度，破坏了乳化油稳定层，促进了油滴的聚集和上浮，实现了油水分离[16]。光电催化是通过电场作用强化了光催化反应的氧化能力，李肖琳等人采用膜分离-光电催化组合工艺深度处理高盐含聚采油污水过程中发现光电催化氧化技术适用性强，电流密度的增加和停留时间的延长有助于油类物质的去除[17]。

3.3 生物法

研究发现在聚合物驱过程中，注入的地层中的PAM粘度损失大，除去物理和化学降解之外，生物降解也起到了主要的作用，这一发现对于生物法处理聚合物驱采出水提供可行性。油田中存在的本源微生物硫酸盐还原菌(SRB)能够降解PAM，降解的产物可以作为生命活动的营养物质。通过筛选和驯化，强化微生物的生命活动和适应能力，用于聚合物驱采出水的降解处理。李殿杰从聚合物配注站的熟化罐中分离得到以PAM为碳源的硫酸盐还原功能菌。富集纯菌培养在厌氧条件下水解酸化降解PAM，乳酸钠作为碳源要好于砂糖作为碳源，去除率在50.89%左右，高效的降解菌株和水解酸化工艺对处理含聚污水有一定的可行性，后续工作将在菌种的强化和工艺的优化上做进一步的研究[18]。