氣田絮凝除油試驗研究

郭 昊

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

本研究以某海上氣田的生產水為研究對象，根據孫繼等[1]采用以聚合氯化鋁鐵為主劑、陽離子高分子共聚物為輔劑的復合絮凝劑處理長慶油田鉆試廢液的實驗結果，將復合絮凝劑與平臺現有工藝進行組合，實現生產水深度處理，研究復合絮凝劑對平臺生產水的適用性，以及復合絮凝劑的處理能力和其長周期穩定處理效果，以期為海上氣田生產水處理系統的改造升級提供科學依據。

1 生產污水性質分析

1.1 生產污水水質特征分析

通過對氣田生產污水的性質分析，發現其含有大量的乳化油和微小固體懸浮物顆粒。由于微小油珠易于被表面活性劑和疏水固體顆粒所包圍形成穩定狀態懸浮于水中，難以通過常規重力分離將這種狀態的油從污水中分離出來[2]，造成氣田聚結分離器油水分離效果較差。氣田生產污水特征，見表1所示。

表1 生產污水水質特征

由表1可知，氣田生產污水含油濃度很高，波動程度較大，其含油濃度常高達1500 mg/L以上。

乳化水質譜分析與懸浮物粒徑分析結果分別如圖1、圖2所示。

由結果分析可知，生產污水中所含油類以石油類為主，烷烴、環烷烴和芳香烴共占總量的89%，懸浮物粒徑集中分布在10～100 μm，中徑約50 μm。因此，本研究主要考慮對石油油分及懸浮物去除。

圖1 典型水質含油成分分析

圖2 典型水質懸浮物粒度分析

1.2 各平臺生產污水乳化差異分析

以生產污水離心工況為主要參考指標，選擇中心平臺(1#)、A平臺(2#)、B平臺(3#)、E平臺(4#)與F平臺(5#)的生產污水為研究對象，考察各平臺生產污水乳化程度差異。

取各平臺生產污水等量樣品，靜置2.5 h后，量取20 mL下層乳化水，置于離心管內，在一定轉速條件下離心5 min，達到油水分離，具體結果如表2所示。

表2 各平臺生產污水差異分析

注：0表示無絮狀物，+表示少量絮狀物，++表示大量絮狀物。

由表2可知，氣田各平臺生產污水特征存在明顯差異。中心平臺與E平臺生產污水中存在絮狀物；F平臺油品顏色偏綠，其油分中重烴成分較多，其它4個平臺油品均為無色透亮。

通過離心轉速條件的差異，可以看出中心平臺與B平臺乳化水最易沉降分離，說明其乳化程度較輕，A平臺乳化水乳化程度稍重，E平臺與F平臺的乳化程度最為嚴重。尤其是F平臺乳化水油水分離后，水中含油濃度仍高達413.6 mg/L，測其石油類含油濃度為372.5 mg/L，其乳化油滴粒徑過小，存在大量粒徑小于1 μm的油滴，布朗運動導致其無法沉降分離。由于F平臺水樣離心后，水色透亮，可以認為其所含372.5 mg/L的石油類油分全部是溶解油。

同時，也是因為F平臺生產水進入新聚結分離器，造成其離心后水樣含油濃度高達101.8 mg/L。

2 復合絮凝體系篩選

2.1 試驗方法

絮凝效果評價：參照SY/T 5796-1993《絮凝劑評定方法》[3]，將一定濃度的藥劑加入到含100 mL生產污水的比色管中，上下震蕩100下，觀察其水質、絮團、沉降速度，靜置5 min后取中層清液進行濁度、懸浮物和油含量的測定，以評定藥劑的絮凝效果。

含油量的測定：移取20 mL試樣，加入20 mL四氯化碳進行萃取，然后將萃取液用硅酸鎂吸附，除去動植物油類等極性物質后，用水中油分濃度分析儀測定試樣的含油濃度。

2.2 復合絮凝體系優選

以氣田生產污水為研究對象，生產污水含油濃度600～2100 mg/L，pH 6～7。以處理后水質濁度為主要參考指標，篩選聚胺類表面活性劑與水溶性高分子組成的復合絮凝體系。

2.3 清水劑與其助劑配伍性分析

以清水劑OC-CLA為主劑、清水劑助劑X1/X2/X3為輔劑，配對組成3組復合絮凝劑進行試驗。主劑加藥濃度500 mg/L，輔劑加藥濃度5 mg/L，其絮凝沉降效果，如表3所示。

表3 復合絮凝劑絮凝試驗結果

由表3可知，聚胺類表面活性劑與水溶性高分子X2表現出良好的配伍性，絮凝效果好，處理后水質清澈，濁度僅有7.6 NTU。

2.4 輔劑加藥濃度對絮凝體系影響

以清水劑OC-CLA為主劑、清水劑助劑X2為輔劑，通過改變輔劑加藥濃度，分析輔劑加藥濃度對絮凝體系絮凝效果的影響。主劑加藥濃度500 mg/L，其結果如表4所示。

表4 輔劑加藥濃度對絮凝體系影響

由表4可知，水溶性高分子輔劑與聚胺類表面活性劑配合使用時，乳化水絮凝效果好，沉降分離速度較快。輔劑加藥濃度過高時，會增大處理水的黏度，影響沉降分離的效果。同時，其濃度過高或過低，也會造成絮體致密程度偏低。以主劑濃度500 mg/L+輔劑濃度5 mg/L所組成的復合絮凝劑絮凝效果最好。

3 現場試驗及工藝條件優化

3.1 藥劑用量對生產污水絮凝效果影響

以處理后出水含油濃度為主要參考指標，選氣田生產污水為研究對象，考察復合絮凝劑用量對生產污水處理效果的影響，其結果如表5所示。

表5 藥劑用量對生產污水絮凝效果影響

由表5可知，適量絮凝劑可以提供數量適量的正電荷去中和懸浮物表面的負電荷，當懸浮物表面負電荷被中和后，會在重力沉降、布朗運動等因素所用下失穩聚集，實現沉降分離；絮凝劑用量過低，電性中和不完全，用量過高，懸浮物表面的電性發生反轉，都會導致混凝效果不佳[5]。絮凝沉降試驗結果表明：復合絮凝劑的投加濃度在700～1100 mg/L，可以對氣田生產污水處理達到較好效果。

3.2 生產污水pH對藥劑絮凝效果影響

氣田生產污水來自各平臺產液，其pH值存在差異，以及捕集器B與捕集器E排液的不連續性，造成后續生產污水pH具有一定波動性。因此，以生產污水為研究對象，考察生產污水pH對復合絮凝劑處理效果的影響，如圖3所示。復合絮凝劑投加濃度500 mg/L，溫度25 ℃。

圖3 生產污水pH對藥劑絮凝效果影響

由圖3可知，適宜復合絮凝劑發揮絮凝效果的pH范圍是7～8。這是由于復合絮凝劑中的水溶性高分子在堿性環境中能夠水解產生陽離子基團，發揮藥劑的電性中和作用和吸附橋連作用，形成良好的沉降體系和密實絮體。同時，由于多乙烯多胺為黃色或橙紅色透明粘稠液體，其投加濃度太高，會導致水體顏色變黃。

3.3 主輔藥劑投加間隔對絮凝效果影響

在復合絮凝劑投加500 mg/L、生產污水pH 7～8條件下，測定生產污水絮凝沉降5 min后中部水體的濁度，來考察主輔藥劑投加間隔對絮凝效果影響。

結果表明：當主輔藥劑同時投加時，處理出水濁度8.2 NTU；當主輔藥劑間隔10 s投加時，處理出水濁度8.1 NTU；當主輔藥劑間隔30 s投加時，處理出水濁度7.8 NTU。可見，隨著主輔藥劑投加間隔延長，絮凝效果有小幅提高，實驗確定主輔藥劑投加間隔為10 s即可。

3.4 水力攪拌對藥劑絮凝效果影響

在復合絮凝劑投加500 mg/L條件下，考察有無水力射流混合對絮凝效果影響。結果表明：存在水力射流混合時，復合絮凝劑能夠迅速與生產污水充分混合，明顯加快藥劑絮凝沉降效果，縮短沉降時間，提高藥劑利用率。

3.5 復合絮凝劑現場試驗

2017年8月-2017年9月，在氣田進行復合絮凝劑的現場試驗。在加注點A1處投加pH穩定劑1600 mg/L，將生產污水pH調至7～8后，在加注點A2處投加900 mg/L聚胺類表面活性劑，在加注點A3處投加9 mg/L水溶性高分子。連續監測出水水質，其結果如圖4所示。

圖4 現場試驗除油效率曲線

由圖4可知，試驗期間生產污水含油濃度存在波動，其含油濃度均值約為1200 mg/L，經處理后，出水水質單次最大含油濃度36 mg/L，平均含油濃度只有29.3 mg/L，完全符合氣田生產污水排海要求。同時，藥劑的除油效率基本保持在96%以上，對氣田生產污水處理具有較好的適應性。

4 結 論

(1)以聚胺類表面活性劑為主劑的復合絮凝劑適用于氣田生產污水絮凝處理，它通過陽離子型高分子多元共聚物分子鏈上的支鏈結構，使藥劑體系具有較強的網捕和橋接性能，實現氣田生產污水的快速沉降分離。

(2)優化后的絮凝工藝條件：復合絮凝劑投加濃度700～1100 mg/L，pH 7～8。

(3)復合絮凝劑在氣田進行現場試驗，試驗期間處理出水水質完全達到氣田排海要求，且在溶解油去除方面有很大改善[5]。