油田用陽離子絮凝劑的制備及性能評價*

楊紅麗，武世新，趙 怡

（延安職業技術學院, 陜西延安 716000）

陜北油田屬典型低滲透、特低滲透油藏，隨著油田開發的進行，地層能量虧空嚴重，為了提高原油采收率，必須對油層進行注水來維持地層能量［1-2］。陜北油田地處陜北半干旱區，注水開發的水源不足，目前，多采用油田污水回注技術來克服這個難題［3］，但是油田污水水質差，必須進行高效處理才能滿足油田注水水質指標要求。

目前陜北油田污水處理技術主要涵蓋絮凝、氣浮、膜處理技術、磁過濾等處理工藝，通過添加一定量絮凝劑等水處理劑，將油田污水處理達到油田注水水質指標要求［4-5］。但隨著油田開發過程中酸化、壓裂、調剖堵水等油水井施工措施的進行，油田采出水、油井作業廢液日益增多，且污水中愈加成分復雜，原有污水處理工藝必須進行優化，目前最經濟的措施是優化水處理劑的類型和加量［6-7］。

目前，以丙烯酰胺單體為主要原料的非離子或陰離子型絮凝劑對油田污水絮凝效果越來越差，非常有必要研制一種新型絮凝劑［6-8］。本文通過自由基聚合合成了一種絮凝性能較好的陽離子型高分子絮凝劑，對油田污水絮凝效果良好，除濁率達95.00%。

1 實驗

1.1 實驗藥品和儀器

丙烯酰胺，分析純；陽離子單體DADMAC，工業品；過硫酸銨，分析純；陜北某油田污水，現場取樣；硅藻土，工業品；蒸餾水。

JJ-3 型恒溫電動攪拌器，一套；CL-SY 精密恒溫水浴鍋，一臺；京制00000246 號電子天平，一臺；SGZ-2 濁度儀，一臺；溫度計，0～100 ℃；三口燒瓶，250mL；量筒，25mL、50mL；燒杯，250mL；玻璃棒。

1.2 合成方法

將裝有攪拌器、溫度計、通氮管的三口燒瓶置于恒溫水浴槽中，稱取適量的丙烯酰胺和陽離子單體加入三口燒瓶，升溫至反應溫度，攪拌通氮驅氧30min；逐滴加入適量過硫酸銨水溶液，引發自由基聚合，并繼續通氮氣10min，反應一定時間后，停止攪拌，冷卻，得穩定黏稠狀產品，即為陽離子絮凝劑。烘干粉碎，待用。

1.3 除濁率測定方法

量取一定量陜北某油田污水，測量其濁度，記為 。攪拌狀態下加入適量絮凝劑溶液，攪拌一定時間后，較低攪拌速度，一定時間后，停止攪拌。靜置5min，測量上層清液濁度，記為x，計算其除濁率。計算公式為：

式(1)中:p為除濁率，%；x為處理后水樣濁度，mg/L；x0為處理前水樣濁度，mg/L。

2 結果與討論

2.1 合成條件的確定

為了制得絮凝效果良好的絮凝劑，以引發劑濃度、單體配比（AM: DADMAC）、反應溫度、反應時間為因素，以硅藻土懸濁液除濁率為考察指標，設計了4 因素4 水平的正交實驗表L16( 44)，各因素的安排及其相應水平見表1，實驗方案及結果見表2。

表1 正交實驗的因子水平表Table 1 Factor and level of orthogonal experiment

表2 正交實驗方案及結果Table 2 Scheme and result of orthogonal experiment

由以上結果可知該陽離子絮凝劑的最佳合成條件是A3B3C2D3，即：單體質量比(AM: DADMAC) 為7:3，引發劑加量為0.6%，反應溫度為65℃，反應時間為6h。

由極差可知，單體質量比(AM: DADMAC) 對絮凝效果影響最大。

按照正交實驗設計的最佳反應條件制備絮凝劑，其除濁率為95%，大于正交實驗方案中的結果，確認該實驗條件是該陽離子絮凝劑的最佳合成條件。

2.2 絮凝劑對陜北某油田污水的絮凝實驗

用合成的陽離子絮凝劑對陜北某油田污水進行了絮凝實驗，探討了單體質量比、樣品投加量對絮凝性能的影響，并與其他種類的絮凝劑進行了比較。

2.2.1 單體質量比(AM: DADMAC) 對絮凝效果的影響

由正交實驗結果可知單體質量比對絮凝效果影響最大，本文通過單因素實驗研究了單體質量比對絮凝效果的影響，結果如圖1 所示。

圖1 單體質量比對絮凝效果的影響Fig.1 The effect of monomer mass ratio on the flocculation effect

由圖 1 可看出，陽離子單體比例對絮凝性能的影響很大，隨著陽離子單體比例增大，高分子鏈上正電荷增多，絮凝劑電中和作用加強，有利于絮凝沉降；且隨著高分子鏈上正電荷增多，聚合物鏈節之間靜電斥力增大，高分子鏈更加伸展，有利于架橋效應，絮凝效果變好。當單體質量比(AM: DADMAC)為7:3 時，絮凝效果最好。但是當陽離子單體比例過大，高分子鏈上正電荷過多，剩余的正電荷會使顆粒表面電荷性質反轉，顆粒間斥力增大，絮凝效果降低。

2.2.2 絮凝劑用量對絮凝效果的影響

在特定條件下，絮凝劑均有最佳用量。取適量陜北某油田污水，加入不同量絮凝劑，其絮凝效果如圖2 所示。

圖2 絮凝劑用量對絮凝效果的影響Fig.2 The effect of the dosage on the flocculation effect

由圖2 可知，當絮凝劑投加量小于18mg/L 時，除濁率隨絮凝劑用量增大而提高；當絮凝劑投加量為18mg/L 時除濁率為95.00%，絮凝效果最佳；繼續增大絮凝劑用量，除濁率有所下降。這是因為絮凝劑用量較少時，電中和和吸附架橋作用較弱，不能將懸浮固體完全捕集；增大絮凝劑用量，電中和和吸附架橋作用增強，懸浮顆粒逐漸被捕集，除濁率逐漸增加；當絮凝劑用量超過最佳用量時，過多的絮凝劑分子包裹在懸浮顆粒表面，改變顆粒表面電荷，使得懸浮顆粒重新分散穩定，除濁率降低。

3 結論

（1）以丙烯酰胺和陽離子單體為原料，通過自由基引發聚合制備了陽離子絮凝劑，對陜北某油田采油污水絮凝性能良好。

（2）通過正交實驗，得出該陽離子絮凝劑的最佳合成條件，即：單體質量比(AM: DADMAC) 為7:3，引發劑加量為0.6%，反應溫度為65℃，反應時間為6h。

（3）絮凝試驗結果表明，針對陜北某油田污水，該陽離子絮凝劑的最佳用量為18mg/L。

（4）絮凝性能試驗結果表明，單體質量比(AM:DADMAC) 和引發劑加量、反應溫度對絮凝效果都有很大影響。