聚合物/表面活性剂二元复合驱采出水处理工艺优化研究

刘 亭，杨 杰，安 强，许亮亮，安佳琦，林坤华

(1.长庆油田第二采油厂，甘肃 庆城 745100； 2.长庆油田分公司第五采油厂，陕西 西安 710021； 3.渭南卤阳湖庆港天然气资源利用有限公司，陕西 渭南 714000； 4.长庆油田分公司采气二厂，陕西 榆林 719000； 5.成都苏坤环保科技有限公司，四川 成都 611534)

聚合物/表面活性剂二元复合驱作为一项三次采油技术，聚合物的加入可降低油水流度比，增加注流体粘度，增加波及体积，从而能提高采收率；表面活性剂的加入能可降低油水界面表面张力，从而提高驱油效率，发挥聚合物和表面活性剂的协同作用，该技术已得到推广应用[1-4]。由此也产生了大量的二元复合驱采出水，由于二元复合驱采出液中含有大量的表面活性剂和聚合物，表面活性剂使油滴表面由憎水性变为亲水性，聚合物使采出水的黏度增大，油滴的界面张力增强，油水乳化严重，稳定性较好，比常规水驱和聚驱处理难度大[5-8]。长庆油田第二采油厂二元驱试验站采出水采用四级生化处理技术，在实际运行过程中，装置运行不稳定，出水水质不达标，主要表现为浊度超标、悬浮物超标及油含量超标，对后续注水工段带来不利影响。本文针对目前装置运行存在的问题，对现用处理工艺进行了优化，在调节池进水前增加了冷却设备，确保进水温度满足生化处理工艺要求；在第四级生化处理后的斜板沉淀池进水口增加了物化处理措施，提高出水水质的合格率。

1 生化处理装置概况

二元驱采出水采用生化处理工艺，设计日处理能力为250 m3，具体处理流程如图1所示。

图1 采出水处理流程示意Fig.1 Schematic diagram of treatment process of produced water

由上述水质分析数据可以看出，生化出水盐含量较高，TDS高达13 600 mg/L；浊度高达576 NTU，悬浮物为230 mg/L，油含量为56 mg/L，超出标准SY/T5329—2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》要求。

2 生化处理优化

针对生化运行不稳定、生化出水水质不达标的问题，对系统运行工况进行了全面的排查，在排查过程中发现，生化处理污泥活性不佳，污泥出现解絮。进一步勘查发现生化进水温度约为40 ℃，非常接近微生物生存的极限温度，尤其炎热夏季，一旦温度有所波动，超过42 ℃将对好氧菌带来致命的伤害。

在工业污水处理中，微生物最适宜的温度一般为15～30 ℃，水温低于10 ℃或高于35 ℃，都会对微生物的活性产生不利的影响[9]。为了提高生化处理的微生物活性，对生化处理工艺进行了优化，在采出水进气浮装置前增加1台凉水塔，对进水进行降温，将采出水的温度控制在37 ℃以下，具体优化流程如图2所示。

图2 优化后采出水处理流程示意Fig.2 Schematic diagram of optimized produced water treatment process

增加凉水塔降温后，采出水温度降至36 ℃，并对微生物进行了培养和驯化，生化出水水质效果有所改善，2021年3月取样分析数据见表1。

由表1分析数据可以看出，经过优化调整后，生化处理的效果有所改善，生化出水质明显改善，出水浊度从576NTU降低至242NTU，悬浮物从230mg/L降低至65 mg/L，油含量从56 mg/L降低至34 mg/L，TDS从13 600 mg/L降低至9 510 mg/L，但仍然达不到标准SY/T5329—2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》要求。

表1 2021年3月生化出水水质分析数据Tab.1 Water quality analysis data of biochemical effluent in March 2021

3 物化处理筛选

通过上述优化无法达到预期的效果，计划在第四级生化出水口增加物化处理[10]，在生化处理运行不佳或来水水质波动较大时，通过添加化学药剂，改善处理效果，确保出水水质达标。采用成都苏坤环保科技有限公司提供的化学药剂进行了物化处理工艺筛选试验。试验用水为现场装置第四级生化出水，试验共选择了5种破胶剂SK-211和1种改性聚丙烯酰胺SK-208，试验方法参照《水的混凝、沉淀试杯试验方法》(GB/T 16881—2008)，具体试验如下。

3.1 破胶剂筛选

破胶剂分别为SK-211-1、SK-211-2、SK-211-3、SK-211-4、SK-211-5，投加浓度为600 mg/L；有机絮凝剂为改性聚丙酰胺SK-208，投加浓度为10 mg/L，具体试验结果见表2。由表2可以看出，在SK-211-3号投加浓度为600 mg/L、SK-208投加浓度10 mg/L时，浊度最低，浊度为28 NTU。破胶剂投加浓度筛选后照片如图3所示。

表2 破胶剂筛选试验结果Tab.2 Test results of gel breaker screening

图3 破胶剂投加浓度筛选后照片Fig.3 Photos after gel breaker dosing concentration screening

3.2 投加浓度确定

破胶剂选定SK-211-3，有机絮凝剂为改性聚丙酰胺SK-208，投加浓度为10 mg/L，对破胶剂的最佳投加浓度进行选择，具体试验见表3。由表3可以看出，SK-211-3号投加浓度为600 mg/L时，浊度为29 NTU；将投加浓度增加至700 mg/L时，浊度为18 NTU。破胶剂投加浓度筛选试验后照片如图4所示。

表3 破胶剂投加浓度筛选试验结果Tab.3 Test results of gel breaker concentration screening

图4 破胶剂投加浓度筛选试验后照片Fig.4 Photos after gel breaker dosing concentration screening test

3.3 絮凝剂投加浓度确定

破胶剂浓度为700 mg/L，通过试验确定有机絮凝剂SK-208的最佳投加浓度，具体试验过程如下。由表4的数据可以看出，SK-211号投加浓度为700 mg/L、有机絮凝剂SK-208投加浓度为10 mg/时，浊度最低为15 NTU，水体较为清澈。絮凝剂投加浓度筛选试验试验后照片如图5所示。

3.4 处理后水质对比数据

参照上述试验确定的条件进行中试，试验用水为10 kg，考虑到后端还有石英砂过滤器，中试试验采用的试验条件为破胶剂投加浓度为600 mg/L，絮凝剂的投加浓度为7.5 mg/L，中试试验水质分析数据见表5。

表4 絮凝剂投加浓度筛选试验结果Tab.4 Test results of flocculant concentration screening

图5 絮凝剂投加浓度筛选试验试验后照片Fig.5 Photos after flocculant dosing concentration screening test

表5 中试试验水质分析数据Tab.5 Water quality analysis data of pilot test

由上述试验可知，生化出水由于水中的聚合物及表面活性剂在水体中形成了稳定的胶体，通过常规方法无法达到预期的处理效果。采用破胶剂破胶后进行絮凝沉降可以有效解决上述问题，破胶剂SK-211的投加浓度约为600 mg/L，絮凝剂SK-208的投加浓度约为10 mg/L。处理后浊度为29.4 FNU，降幅为87.85%，CODCr为338 mg/L，降幅为95.37%。总铁为0.14 mg/L，降低幅度为92.85%，悬浮物及油含量也达到了厂控注水水质标准，经石英砂过滤器过滤后，悬浮物及油含量有望进一步降低。

3.5 最终优化工艺

上述试验表明，通过上述调整可以进一步提高采出水的处理效果，对生物处理工艺进行了进一步优化调整，如图6所示。通过增加物化处理工艺可以有效降低水质及水量波动对装置整体处理效果的影响，确保出水水质达标，降低石英砂过滤器的运行负荷。在实际运行过程中，可以根据生化处理的效果来调整物化处理，生物与物化相结合的方式可以大大提高装置运行的稳定性及水质处理效果。

图6 最终拟定的优化处理工艺Fig.6 Final optimized treatment process

4 结语

聚合物/表面活性剂二元驱采出水在处理回注过程中，若其中的聚合物及表面活性剂得不到及时有效的去除后，极易造成聚合物及表面活性剂在水体中累积浓缩，从而影响后端的注水工艺。通过“生化+物化”的处理方法，可以提高采出水处理装置的抗冲击性，若生化运行效果不佳可以通过后端的物化处理进行补救，保证出水水质；当生化运行正常时，生化出水水质较好时，可以不启动物化处理装置，以达到节约费用的目的。今后在实际运行过程中也将根据项目的实施效果再进一步优化调整，必要时可将物化处理前移至生化处理前端，以改善进水水质，从而为生化系统的平稳运行创造条件。