聚驅后含油污水絮凝劑JY-7絮凝效果的影響因素

鄧文星 王 詔 苗李蒙 周惠存

1青海油田采油二廠2青海油田四方服務公司生產安全環保科3青海油田公司花土溝社區管理中心4青海油田井下作業公司

聚驅后含油污水絮凝劑JY-7絮凝效果的影響因素

鄧文星1王 詔2苗李蒙3周惠存4

1青海油田采油二廠2青海油田四方服務公司生產安全環保科3青海油田公司花土溝社區管理中心4青海油田井下作業公司

聚合物驅已成為我國陸上油田提高采收率的一種有效手段，含油、含聚的污水處理也成為陸上油田污水處理的難題之一。以丙烯酰胺、丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化銨為共聚單體，采用溶液自由基聚合法合成了一種聚丙烯酰胺類高分子絮凝劑JY-7。以除油率和去濁率為評價指標，采用燒瓶實驗研究JY-7加量、絮凝溫度、攪拌速度和攪拌時間對含油污水絮凝效果的影響，優選出一種針對試驗區含油污水的最佳處理工藝。結果表明：當JY-7的加量為500 mg/L，攪拌速度250 r/min，攪拌時間5 min，溫度為40℃時，處理效果最好，除油率和去濁率分別高達77.85%和82.28%。絮凝劑JY-7對于陸上油田聚驅后含油污水的處理具有很好的適應性。

聚合物驅；含油污水；絮凝劑；除油率；去濁率

引言

聚合物驅已成為我國陸上油田一種重要的三次采油手段。聚合物可溶于注入水中，增加注入水的黏度比，從而降低水油流度比，提高注入流體的波及體積，可大幅度提高原油采收率。但是隨著聚合物驅油技術在油田大面積推廣應用，其產生的采出污水中含有大量的聚合物殘留，殘留的聚合物會吸附在油水界面上，在采出污水中的油滴之間形成空間障礙，阻礙了油滴之間的聚并。與常規的油田水驅污水分離相比，含聚污水的黏度更高、乳化現象更嚴重，攜帶懸浮物的能力更強，油滴和固體顆粒的上浮和下沉阻力更大，這使得含聚污水油水分離的難度更大[1-3]。絮凝法是一種重要的含油污水處理方法，該方法的優點是沒有改變現有工藝，只是在油水分離工藝中加入絮凝劑，加速了油水的分離[4-5]。但是目前聚驅后油田常用無機和有機絮凝劑用量比較大且成本也較高[6]，既有陽離子基團又有陰離子基團的兩性聚丙烯酰胺類高分子絮凝劑，以其良好的反聚電解質效應已成為一種有效的聚驅后油田采出污水處理劑[7]。

以丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨和丙烯酸為單體，在復合引發體系的引發下，利用自由基聚合法合成了一種兩性聚丙烯酰胺類絮凝劑JY-7。在對其分子結構分析的基礎上，以青海油田某聚合物區塊采出污水為試驗對象，利用燒瓶實驗研究JY-7絮凝劑加量、絮凝溫度、攪拌條件對含油污水絮凝效果的影響，提出了一套適應于試驗區塊的最佳處理工藝。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

丙烯酰胺，國藥集團化學試劑有限公司；丙烯酸，國藥集團化學試劑有限公司；氯化鈉，天津市科密歐化學試劑有限公司；二甲基二烯丙基氯化銨，江蘇飛翔化工有限公司；尿素，天津化學試劑六廠；乙二胺四乙酸二鈉，河南明欣化工有限公司；丙酮，國藥集團化學試劑有限公司；石油醚，國藥集團化學試劑有限公司；復合引發劑，實驗室復配。實驗污水采用青海油田某聚合物驅區塊含油采出水，采出污水濁度和含油量分別為76、180 mg/L，聚合物濃度為250～350 mg/L。

電子天平（萬分之一），賽多利斯科學儀器有限公司；數顯恒溫水浴鍋，上海梅香儀器有限公司；攪拌器，江蘇金壇電熱儀器有限公司；TUBR550T濁度儀，意大利HANNA公司；756PC型紫外可見光分光光度計，上海恒平科學儀器有限公司；Bruker-Tensor27型傅里葉變換紅外光譜儀，Bruker公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 新型絮凝劑JY-7的合成

在盛有一定體積去離子水的四口燒瓶中加入一定質量配比的丙烯酰胺、丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化銨，同時加入適量的溶解助劑尿素和聚合絡合劑乙二胺四乙酸二鈉，攪拌使混合物完全溶解。在通氮氣并保持一定轉速的情況下，以0.5 mL/min的速度緩慢加入復合引發劑（K2S2O8-NaHSO3-AIBN），同時升高水浴鍋溫度至60℃，反應4～6 h后，將得到的膠體用丙酮提純，除去未反應的單體及小分子物質，最后將合成產物在70℃恒溫箱中烘干，粉碎待用。

1.2.2 絮凝劑JY-7的IR分析

利用Bruker-Tensor27型傅里葉變換紅外光譜儀，采用KBr壓片法，分析絮凝劑的IR譜，波數范圍400～4 000 cm-1。

1.2.3 絮凝劑絮凝效果評價

絮凝劑評價方法參考中華人民共和國石油天然氣行業標準《絮凝劑評定方法（SYT 5796-93）》。現場取試驗區塊采出污水樣品置于50 mL具塞帶刻度比色管中，放入恒溫水浴預熱至設定溫度。向比色管中加入絮凝劑，用玻璃棒充分攪拌，使絮凝劑與采出液脫出污水樣品充分混合，重新將比色管置于恒溫水浴中靜置沉降。30 min后觀察測定污水濁度和含油量。

（1）采出污水濁度。將污水置于試管和比色管中，放置1.5 h后用TUBR550T濁度儀測污水濁度。

（2）采出污水含油量。使用765PC型紫外可見光分光光度計測量含油量，以430 nm作為吸收波長。具體的測量方法：用移液管從試管中取10 mL水，注入分液漏斗中，加入3 mL 10%的NaCl溶液破乳，后用50 mL石油醚萃取3次。用紫外分光光度計在430 nm波長下測其吸光度，求其含油量（水中含油量標準曲線擬合方程為C=0.003A-0.0026）。

2 結果與討論

2.1 絮凝劑JY-7的IR分析

圖1為實驗室自制的絮凝劑JY-7的紅外光譜圖。從圖1可看出，3 449 cm-1和1 740 cm-1處分別為絮凝劑中N—H基團以及羰基的伸縮振動吸收峰；1 459 cm-1和1 423 cm-1處為絮凝劑中含有C—C和C—N鍵鏈節的六元環伸縮振動吸收峰；1 339 cm-1和900 cm-1處的吸收峰為絮凝劑中O—H基團的彎曲振動吸收峰。綜合絮凝劑的紅外光譜曲線可看出，絮凝劑JY-7是丙烯酰胺、丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化銨的共聚物。

2.2 絮凝劑JY-7的絮凝性能評價

2.2.1 JY-7加量對絮凝性能的影響

圖1JY-7的IR譜圖

圖2 為不同JY-7加量下的絮凝效果。實驗溫度為40℃，攪拌速度為250 r/min，攪拌時間為5 min。由圖2可看出，隨著絮凝劑JY-7用量的增加，絮凝劑對含油采出污水的去濁率和除油率逐漸增大；當加量大于500 mg/L后，除油率和去濁率的增加幅度逐漸變緩；加量為500 mg/L時，除油率和去濁率分別為77.85%和82.28%。在污水處理過程中，為了保證處理效果的同時減少絮凝體的產生，防止后續分離困難，同時考慮處理成本，選擇絮凝劑JY-7的加量為500 mg/L。

圖2 不同JY-7加量下的絮凝效果

2.2.2 絮凝溫度對絮凝性能的影響

圖3為不同溫度下JY-7絮凝劑的絮凝效果，JY-7加量為500 mg/L，攪拌速度為250 r/min，攪拌時間為5 min。由圖3可看出，溫度可影響絮凝劑JY-7的絮凝效果，特別是絮凝反應過程、絮凝體成長及沉降分離過程；隨著溫度的升高，絮凝劑JY-7的除油率和去濁率逐漸增大，這主要是由于溫度的升高可使JY-7的擴散速率增大，降低污水中乳化原油的黏度和密度，使得絮凝效果變好。綜合考慮礦場實際條件，建議絮凝溫度為40℃左右。

2.2.3 攪拌條件對絮凝性能的影響

除了絮凝劑的加量和絮凝溫度對絮凝劑的絮凝效果影響較大以外，實驗過程中的攪拌時間和攪拌速度等攪拌條件對絮凝劑的絮凝效果也有很重要的影響，攪拌條件主要是影響絮凝反應過程、絮凝體成長及沉降分離過程。圖4為不同攪拌條件JY-7絮凝劑的絮凝效果，實驗溫度為40℃，JY-7加量為500 mg/L。由圖4可看出，JY-7加量為500 mg/L時，由于去濁率較高，產生的絮凝體增多；攪拌速度會影響到絮凝體的聚集。

圖3 不同溫度下JY-7絮凝劑的絮凝效果

圖4 不同攪拌條件下JY-7絮凝劑的絮凝效果

實驗表明，當攪拌速度低于250 r/min時，JY-7的除油率和去濁率隨著攪拌速度的增大而增大，這主要是由于攪拌速度越大，絮凝劑與污水的混合效果越好。當攪拌速度為250 r/min時，JY-7的去濁率和去油率均較高，產生的絮凝體較大，且絮凝速度也較快，污水迅速變清。繼續增大攪拌速度，除油率開始下降，后趨于穩定，去濁率繼續增大，但是增加幅度較小。當攪拌速度大于300 r/min時，去濁率反而下降，其原因可能是由于過高的攪拌速度打碎了產生的絮凝體，反而使得去濁率下降。因此建議優選絮凝處理的攪拌速度為250 r/min。

通過圖4也可看出，JY-7對試驗區含油污水的除油率隨著攪拌時間的延長先增大后減小，去濁率隨著攪拌時間的延長逐漸增大。在攪拌時間為5 min時，除油率最高。當攪拌時間較短時，JY-7與含油污水不能充分混合，而攪拌時間過長反而會導致形成的絮凝體被打碎，這在一定程度上會影響污水中油滴的聚集吸附和聚并，導致污水變為熱力學穩定體系，除油效果變差，除油率下降。因此建議優選絮凝處理時的攪拌時間為5 min。

通過JY-7絮凝劑對試驗區含油污水的絮凝效果的影響因素研究，優選出了一種針對試驗區含油污水最佳的處理工藝：JY-7的加量為500 mg/L，攪拌速度250 r/min，攪拌時間5 min，溫度為40℃時，處理效果最好，除油率和去濁率分別高達77.85%和82.28%。

3 結論

（1）以丙烯酰胺、丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化銨為共聚單體，采用溶液自由基聚合法合成了一種聚丙烯酰胺類高分子絮凝劑JY-7。紅外光譜儀分析表明，JY-7JY-7是丙烯酰胺、丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化銨的共聚物。

（2）以除油率和去濁率為評價指標，采用燒瓶實驗研究了JY-7加量、絮凝溫度、攪拌條件對含油污水絮凝效果的影響，優選出一種針對試驗區含油污水的最佳的處理工藝。在最佳處理工藝下，該體系對試驗區污水的除油率和去濁率分別高達77.85%和82.28%。絮凝劑JY-7對于陸上油田聚驅后含油污水的處理具有很好的適應性。

[1]檀國榮，鄒立壯，王金本，等．聚合物對原油乳狀液破乳效果影響的實驗研究[J]．大慶石油地質與開發，2006，25（1）：93-94.

[2]鄧述波，周撫生，陳忠喜，等．聚丙烯酰胺對聚合物驅油污水中油珠沉降分離的影響[J]．環境科學，2002，23（2）：69-72．

[3]郭亞梅，李明遠，賀輝宗，等．聚合物-表面活性劑對原油模擬油/水界面zeta電位的影響[J]．油田化學，2009，26（4）：415-418.

[4]盧磊，高寶玉，陳德華，等．利用絮凝劑提高聚合物驅采出液脫水效果[J]．山東大學學報：理學版，2006，41（6）：114-118.

[5]唐曉東，鄧杰義，李晶晶，等．復合高分子絮凝劑的制備及研究進展[J]．工業水處理，2015，35（2）：1-5.

[6]Wang L P，Yan X F，Xu X，et al.Preparation of new poly silicate iron coagulants and their coagulation property on micro-polluted water[J]．JournalofEnvironmentalScienceandEngineering，2011，5（1）：1-4.

[7]高寶玉．水和廢水處理用復合高分子絮凝劑的研究進展[J]．環境化學，2011，30（1）：337-345.

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.018

2015-06-29