抗盐聚合物含油污水沉降分离特性研究＊

王庆吉 武云龙 刘宏彬 夏福军

(1.石油石化污染物控制与处理国家重点实验室；2.中国石油集团安全环保技术研究院有限公司；3.大庆油田有限责任公司第五采油厂；4.大庆油田有限责任公司油田建设设计研究院(大庆油田设计院有限公司))

0 引 言

大庆油田开发后期为了进一步提高聚驱后驱油效果，解决使用含油污水配制注入聚合物导致的配制聚合物母液黏损较大的问题，开展了使用超高分子量的抗盐聚合物作为驱油剂的地面工程优化升级研究。抗盐聚合物具有超高分子量、疏水基团、功能性结构单元、两性离子基团等性质特征，在高矿化度条件下能稳定保持水溶液黏度，可以显著改善驱油效果[1-2]。抗盐聚合物分子量高达2 500万以上，属于超高分子量聚合物，不同于早期注入的普通聚合物(分子量约1 500万)[3-4]，由于聚合物分子量的不同使其分子结构也发生变化，而抗盐聚合物的使用是否对抗盐聚合物驱采出液的性质也产生影响，需要进行相关的实验研究。因为注入抗盐聚合物驱油剂驱油[5-6]，其返出需要一定时间，为了尽快确认抗盐聚合物驱采出水的沉降特性，指导现场采取相应的处理技术措施，前期先使用注入的抗盐聚合物模拟配制采出水，开展油水沉降分离特性的研究，在抗盐聚合物驱先导试验有实际采出水时再进行油水沉降分离特性的研究，希望通过研究得出抗盐聚合物对采出水油水沉降分离的影响，并确定其油水沉降分离时间，从而指导先导试验抗盐聚合物驱采出水的处理，为后期的大规模实施抗盐聚合物驱油及地面采出水处理配套技术奠定基础。

1 实验方法

抗盐聚合物驱采出水油水沉降分离特性测试主要采用静态沉降法[7-8]，即将需要沉降的污水注入容积为500 mL、高度为250 mm的圆柱型分液漏斗中，然后置入温度为40℃的恒温箱内，进行静置沉降分离。污水静态沉降测试取样示意见图1。

图1 污水静态沉降测试取样示意

每组沉降时间分别为10，30，60，90，120，180，240，360，720 min(目前聚合物驱采出污水的两级沉降时间设计参数为12 h)，共实验9组。当每个漏斗的沉降时间达到要求时，取其下部水样250 mL，进行水中剩余含油量的分析检测。根据水中剩余含油量得出不同沉降时间的污水沉降分离特性。

2 抗盐聚合物含油污水水样的模拟配制

针对抗盐聚合物的特点，分别用清水和含油污水模拟配制不同含油量、不同聚合物含量的污水，并开展室内模拟油水沉降分离实验，确定配制的抗盐聚合物含油污水的有效油水沉降分离时间。

1)清水模拟配制抗盐聚合物含油污水

用清水配制成聚合物浓度分别为100，200，400，600 mg/L的抗盐聚合物溶液；另取水驱原油投加在不同浓度的聚合物溶液中(原油采用胶体磨溶入)，分别配制成含油量为500，1 000 mg/L的抗盐聚合物含油污水。

2)水驱采出水模拟配制抗盐聚合物含油污水

取水驱污水处理站(不含聚合物)过滤后的外输含油污水，投加抗盐聚合物溶液，分别配制聚合物浓度为100，200，400 mg/L，含油量为1 000 mg/L的抗盐聚合物含油污水。

清水和水驱采出水模拟配制的抗盐聚合物含油污水的水质分析结果见表1，水驱采出水配制的模拟含油污水比清水配制的矿化度高出十几倍。

表1 清水和水驱采出水模拟配制的含油污水水质分析 mg/L(pH值除外)

3 实验结果及分析

3.1 模拟配制的抗盐聚合物含油污水油水沉降分离实验

3.1.1 清水模拟配制的抗盐聚合物含油污水油水沉降分离实验

依次取用清水配制的含油量为500，1 000 mg/L的不同聚合物浓度水样，按照静态沉降法进行测试，检测模拟水样的聚合物浓度、污水黏度、Zeta电位、界面张力，结果见表2，清水配制的不同聚合物浓度含油污水沉降曲线见图2。

表2 清水模拟配制的含油污水水质分析

由表2可以看出，清水模拟配制的抗盐聚合物浓度与实验设计浓度相近，因为清水的矿化度较低，所以总体上配制水样的聚合物浓度略高于设计浓度，表明清水模拟配制聚合物溶液可以达到预期实验设计要求，对配制聚合物溶液的影响较低。聚合物溶液中Zeta电位绝对值是衡量聚合物乳状液稳定性的主要指标，Zeta电位绝对值越大，说明乳化液稳定性越高。由表2可以看出，随聚合物浓度升高，污水黏度、Zeta电位绝对值、界面张力呈升高趋势，说明聚合物浓度增加后，清水配制聚合物乳状液稳定性增加。

图2 清水配制的不同浓度聚合物含油污水沉降曲线

从图2可以看出，含油量为500 mg/L和1 000 mg/L污水的含油量随沉降时间延长去除率逐渐提高，但随着污水中聚合物浓度的升高，污水沉降性能变差，在相同沉降时间下，聚合物浓度600 mg/L溶液中剩余含油量远高于聚合物浓度100 mg/L溶液。

从以上分析可以得出：随着采出水中聚合物含量的升高，其黏度增大，伴随着油水乳化程度增高，油珠粒径变小且所占比例高；聚合物含量越高，Zeta电位绝对值越大，油水沉降分离速度减小，说明油水沉降分离特性越差，含油污水越难处理。

3.1.2 水驱采出水模拟配制的抗盐聚合物含油污水的沉降分离实验

取水驱污水处理站不含聚合物的滤后外输含油污水，投加抗盐聚合物溶液配制成聚合物浓度分别为100，200，400 mg/L，含油量为1 000 mg/L的抗盐聚合物含油污水，按照静态沉降法进行测试。检测含油污水的聚合物浓度、污水黏度、Zeta电位、界面张力，结果见表3，水驱采出水配制的含油量为1 000 mg/L不同浓度聚合物溶液沉降曲线见图3。

表3 水驱采出水模拟配制的含油污水水质分析

由表3可知，水驱采出水模拟配制的抗盐聚合物浓度与实验设计浓度相近，由于污水中存在无机盐、硫化物等污染物，矿化度高，对聚合物空间结构存在影响，导致聚合物浓度略低于设计浓度。污水黏度、Zeta电位绝对值、界面张力比清水模拟配制的抗盐聚合物浓度低，表明含油污水中的污染物降低了配制含聚乳状液的稳定性，导致油水界面稳定性下降。

图3 水驱采出水配制的含油量为1 000 mg/L不同浓度聚合物溶液沉降曲线

从图3可以看出，当配制的含油污水中聚合物浓度≤200 mg/L时，随沉降时间延长，污水中的剩余含油量整体呈下降趋势，且当沉降时间为720 min时，污水中剩余含油量<100 mg/L，能达到预期要求。当含油污水中聚合物浓度>200 mg/L时，虽然随着沉降时间的延长，水中剩余含油量整体呈下降趋势，但当沉降时间为720 min时，污水中剩余含油量值仍>100 mg/L，说明聚合物浓度越高对油水沉降分离的效果影响越大。

3.2 实际采出抗盐聚合物含油污水的沉降分离实验

该实验水样主要为注抗盐聚合物驱先导试验区的中心井采出液、区块采出液经联合站游离水脱除器分离后的出水(含抗盐聚合物)，同样按照静态沉降法进行测试，检测水样的聚合物浓度、污水黏度、Zeta电位、界面张力，并考察不同沉降时间水中剩余含油量变化情况。

3.2.1 聚中112现场含油污水沉降实验

在聚中112现场分别取中心井采出液、污水处理站现场采出液(其中掺有聚驱采出水)，投加破乳剂进行油水沉降分离实验，结果见表4，聚中112现场采出水沉降曲线见图4。

表4 分离后聚中112抗盐聚合物含油污水水质分析

图4 聚中112现场采出水沉降曲线

由表4和图4可以看出，分离沉降后的污水中剩余含油量与对应沉降时间的变化曲线基本呈线性关系，随着沉降时间延长污水中剩余含油量呈下降趋势。但聚中112中心井含油污水沉降120 min后剩余含油量的变化幅度变小；当沉降时间达到720 min时，污水中剩余含油量为160.4 mg/L，仍然>100 mg/L，说明实际采出抗盐聚合物含油污水的沉降特性比模拟配制的采出水差，仅通过延长沉降时间，很难将污水中剩余乳化油沉降分离去除，需采取其他能加快油水沉降分离速度的方式。

聚中112污水处理站的含抗盐聚合物含油污水因为掺有聚驱采出水，其沉降分离效果明显比中心井采出水好。但120 min后即使延长沉降时间，污水中剩余含油量的变化幅度仍然较小，当沉降时间达到720 min后污水中剩余含油量为66.27 mg/L，能够满足后续过滤进口的水质要求(含油量<100 mg/L)。

3.2.2 喇400现场含油污水沉降实验

在采油六厂喇400现场分别取中心井采出液、污水处理站含抗盐聚合物含油污水(其中掺有聚驱采出水)，投加破乳剂进行油水沉降分离，结果见表5，喇400现场含油污水沉降曲线见图5。

表5 分离后喇400抗盐聚合物含油污水水质分析

图5 喇400现场含油污水沉降曲线

从表5和图5可以看出，喇400中心井采出抗盐聚合物含油污水，在污水黏度和聚合物浓度都较高的条件下，其沉降分离效果比较明显，当沉降时间为120 min时，污水中剩余含油量实际值为34.75 mg/L，满足后续过滤设备进水含油量<100 mg/L的要求；且随着沉降时间延长，剩余含油量只有较小幅度的降低。喇400污水处理站采出液的抗盐聚合物浓度、黏度和含油量都比中心井低，沉降分离效果比较明显；当沉降时间为120 min时，污水中剩余含油量为46.10 mg/L，满足后续过滤设备进水含油量<100 mg/L的要求；但随着沉降时间延长，污水中剩余含油量基本没有变化。

3.2.3 聚合物驱(非抗盐聚合物)含油污水沉降实验

为了说明抗盐聚合物含油污水的沉降特性，分别取喇360聚合物驱采出污水处理站原水、聚北-Ⅱ聚合物驱采出水处理站原水(非抗盐聚合物)，按照静态沉降法开展不同沉降时间(最长480 min)的沉降分离实验[9-12]，结果见图6。

图6 聚合物驱(非抗盐聚合物)采出污水沉降曲线

由图6可以看出，喇360聚合物驱采出污水处理站原水(聚合物浓度476 mg/L，污水黏度0.975 5 mPa·s)和聚北-Ⅱ聚合物驱采出污水处理站原水(聚合物浓度427 mg/L，污水黏度0.891 4 mPa·s)，经过480 min的沉降分离后，污水中剩余含油量为50～100 mg/L，说明其沉降分离效果要比抗盐聚合驱采出水好，也说明抗盐聚合物驱采出污水的沉降特性比聚驱采出水差。

4 结 论

1)无论是用清水、水驱采出水模拟配制的抗盐聚合物含油污水，还是实际采出抗盐聚合物含油污水，污水黏度>1.0 mPa·s，相对聚合物驱采出污水有所增加，Zeta电位绝对值增加到20 mV以上。这是由于污水中抗盐聚合物的存在，使污水的界面张力增大，油水界面膜强度增加，导致采出污水的稳定性增强，油珠聚结变得更加困难，油水沉降特性变差，油水分离难度加大。

2)实际采出抗盐聚合物含油污水的沉降特性，比聚合物驱采出水及掺混含抗盐聚合物后的掺混采出水沉降特性差。建议更深入地开展实际含抗盐聚合物驱含油污水的水质特性、处理设备以及处理工艺的技术研究，以便确定适宜、高效的油水沉降分离处理设备及系统的处理工艺技术，满足油田开发后期实施抗盐聚合物驱油的需要。