聚合物驅(qū)采出水特性分析

林 剛 ，郭 鵬 ，姚新玲

（1.江蘇油田石油工程技術(shù)研究院，江蘇揚州 225009；2.江蘇油田分公司試采一廠，江蘇揚州 225009）

大慶油田、勝利油田等國內(nèi)各大油田相繼大范圍開展聚合物驅(qū)以提高采收率，開采地層剩余油藏。由于聚合物驅(qū)采出的油田污水在組成與性質(zhì)上均發(fā)生了較大變化，常規(guī)處理技術(shù)處理能力不能滿足注水水質(zhì)要求，含聚污水的處理成為油田水處理領(lǐng)域的重點、難點。

聚合物驅(qū)采出污水因為含有殘留的聚丙烯酰胺，使其成分與性狀較之水驅(qū)采出污水復(fù)雜的多，許多常規(guī)水處理設(shè)備、工藝處理后水質(zhì)達不到回注或回填的標準，大多數(shù)油田采用延長沉降時間，減慢過濾速度，大大降低了處理效率，處理后污水水質(zhì)也不盡如人意。

國內(nèi)油田針對聚合物驅(qū)采出污水的處理技術(shù)開展了一些研究，在含聚污水的處理上取得了一些進展，但專門針對聚合物驅(qū)采出污水的組成與特性分析的文獻相對較少，本文通過調(diào)研國內(nèi)油田的研究結(jié)果，結(jié)合生產(chǎn)實際，對聚合物驅(qū)采出水的特性進行歸納總結(jié)，為油田含聚污水的處理提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 聚合物驅(qū)采出污水組成及變化

聚合物驅(qū)采出污水的成分復(fù)雜，除了含有石油類物質(zhì)外，還有注聚采油殘留的聚丙烯酰胺，以及相對于水驅(qū)采出污水數(shù)量上明顯增加的泥砂等機械雜質(zhì)，直接排放會造成嚴重的污染，因此需要研究更有效更有針對性的處理技術(shù)處理后回填或回注，避免傷害地層。

聚合物采出水處理難點主要體現(xiàn)在含油、固含和細菌數(shù)量這三個指標在常規(guī)處理技術(shù)處理后依然超標，其與以下特性密切相關(guān)。

1.1 聚合物驅(qū)采出污水的視粘度高

油田通過聚合物溶液提高水相視粘度注入地層以提高采收率，但同時也為后期采出污水的處理增加了難度。大慶油田用模擬含油污水進行聚丙烯酰胺對水相視粘度影響的實驗，結(jié)果（見圖1）。

圖1 聚丙烯酰胺對水相視粘度的影響

從結(jié)果可見，在加聚濃度達到400 mg/L的時候，其粘度提高了400%。

1.2 原油乳化程度加劇

水相粘度增大，使作用在油珠表面上的粘性剪切應(yīng)力增大，導(dǎo)致油珠破裂趨勢增強，加劇乳化程度。

表1 油滴粒徑對比

由表1可以明顯看出，聚驅(qū)采出污水油滴粒徑遠遠小于一般含油污水，增加了破乳難度。

1.3 油水乳狀液的穩(wěn)定性增強

乳化油的穩(wěn)定性受多種因素影響，主要因素有初始含油量、聚合物含量、固體顆粒等。康萬力認為聚合物對穩(wěn)定油膜的影響不顯著，但顯著提高水膜強度，即對穩(wěn)定O/W型乳狀液更有利[2]。

1.3.1 高濃度聚合物對油水乳狀液穩(wěn)定性的影響 由圖2可見[10]，模擬含油污水在投加200 mg/L及以上濃度的聚合物后，油水乳狀液的穩(wěn)定性明顯增強。

圖2 聚丙烯酰胺聚合物驅(qū)含油污水油水乳狀液穩(wěn)定性的影響

1.3.2 固體顆粒對油水乳狀液穩(wěn)定性的影響 由上述結(jié)果可以得出，聚合物的確對0/W型油水乳狀液有著增穩(wěn)的效果，但增強穩(wěn)定性方面，聚合物只是起著間接的作用，起直接作用的是隨著水相粘度增加而在數(shù)量上明顯增加的固體顆粒。固體顆粒可以在油水界面膜上形成一定強度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，阻礙油珠聚結(jié)，使乳狀液的穩(wěn)定性增強。

圖3 膠態(tài)硫化亞鐵顆粒對含油污水油水分離特性的影響

由圖3可見，不投加聚合物的情況下，膠態(tài)硫化亞鐵顆粒含量對殘余含油量影響不大，在加入100 mg/L濃度的聚合物后，殘余含油量隨膠態(tài)硫化亞鐵含量升高而升高，說明如膠態(tài)硫化亞鐵顆粒的固體顆粒對油水乳狀液的穩(wěn)定性有增強效果。

2 聚合物驅(qū)采出污水對水處理效果的影響

油田現(xiàn)有水處理技術(shù)主要還是通過添加絮凝劑、緩蝕劑、殺菌劑等藥劑配合沉降、過濾等物理措施達到含油污水處理的目標。研究表明油田使用的絮凝劑大多為陽離子型，而這種陽離子型藥劑會與聚合物驅(qū)采出水中殘留的陰離子型聚丙烯酰胺發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，消耗大量絮凝劑，使處理效果變差。

2.1 殘留聚合物對絮凝劑絮凝效果的影響研究

采用江蘇油田真35區(qū)塊水樣對不同聚合物濃度下絮凝劑效果進行實驗。

圖4 相同絮凝劑組合對不同含聚污水處理效果對比

從實驗數(shù)據(jù)上看，隨著水體中聚合物含量的上升，投加藥劑水體濁度持續(xù)上升，絮凝效果明顯變差，當水體中聚合物濃度達到400 mg/L的濃度以上，該藥劑組合的已經(jīng)無明顯效果。

表2 50 mg/L含聚濃度下絮凝劑組合效果

表3 200 mg/L含聚濃度下絮凝劑組合效果

表3 200 mg/L含聚濃度下絮凝劑組合效果（續(xù)表）

從實驗數(shù)據(jù)上看，含聚濃度50 mg/L，200 mg/L條件下，濁度無變化或者降低程度較低，絮凝處理均達不到滿意的效果。

2.2 殘留聚合物對緩蝕劑效果的影響研究

緩蝕劑的評價依據(jù)《SY/T 5273油田采出水用緩蝕劑性能評價方法》，在試驗溫度50℃，旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速30 r/min條件下，采用旋轉(zhuǎn)掛片法進行室內(nèi)動態(tài)腐蝕速率及緩蝕率的測定。

表4 緩蝕劑效果對比

由表4可見，緩蝕劑1號、2號均有較好的緩蝕效果，但加聚后緩蝕效果明顯下降或無效果。

3 結(jié)論

聚驅(qū)采出污水中的殘留聚丙烯酰胺一方面提高了污水的水相視粘度，從而提高了固體顆粒的攜帶量，使得油水乳狀液進一步增穩(wěn)；另一方面陰離子型聚丙烯酰胺同時又與陽離子型絮凝劑等藥劑發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，影響了藥劑處理效果；再者殘留的聚丙烯酰胺本身也有加劇乳化的作用。三方面作用下，用常規(guī)污水處理技術(shù)繼續(xù)處理造成的結(jié)果是固含、含油、細菌數(shù)量均超標。

從上述分析可以看出，聚驅(qū)采出污水的處理關(guān)鍵在于殘留的聚丙烯酰胺的濃度以及其對污水水相視粘度的影響大小，因此，在處理應(yīng)注意以下幾個方面：

（1）因聚驅(qū)采出污水中含有石油類物質(zhì)、殘留聚合物以及各種化學助劑，所以一般不能向自然環(huán)境中排放。

（2）若不考慮污水處理后繼續(xù)配置聚合物溶液回注，可考慮在常規(guī)處理工藝前端加裝降粘、降解聚合物的設(shè)備，從而盡可能減少工藝改造成本。

（3）從國內(nèi)各油田的研究結(jié)果看出，生化降解、氣浮選均有一定的除聚效果且除油效果較好，可開展進一步研究。

（4）開發(fā)針對性的處理藥劑，避免使用陽離子型絮凝劑、殺菌劑等藥劑。

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