二氧化氯對含聚污水配制和稀釋聚合物溶液黏度影響實驗

呂秀敏

大慶油田有限責任公司第五采油廠

隨著油田開發的不斷深入，應用聚合物驅油等三次采油規模不斷擴大，大慶油田聚驅采出含油污水的產生量大幅度增加[1]。“十二五”期間，大慶油田應用了含聚污水替代部分清水配制和稀釋聚合物回注技術[2]，這項“污配污稀”技術緩解了油田產出污水與回注水之間難以平衡的矛盾，在充分利用聚驅采出水的同時也減少了清水的用量，降低了含聚污水排放處理費用，避免了對環境污染的問題。

在油田聚驅開發中聚合物溶液黏度是影響開發效果的關鍵，高黏度的聚合物溶液通過油層時具有很高的殘余阻力系數和黏彈效應，可提高波及效率，從而提高原油的開采效率[3]。在油田生產應用過程中發現，采用含聚污水配制和稀釋聚合物黏度損失較大，影響聚合物溶液黏度的主要因素是含聚污水中的Fe2+和S2-以及大量細菌的存在，因此，如何降低含聚污水的細菌含量，提高含聚污水配制和稀釋聚合物溶液的黏度成為開發關鍵[4]。

1 油田現狀

大慶油田聚合物驅油主要根據不同區塊油層的滲透率、地層水的礦化度、聚合物相對分子質量等性質和條件，采用清水配制污水稀釋、污水配制污水稀釋兩種方式，聚合物在配制、稀釋和注入過程中溶液黏度會有一定的損失[5]，相關研究表明，配制和稀釋聚合物過程中影響聚合物溶液黏度的主要因素是污水的物性及外力的作用。污水的物性方面主要是污水的礦化度、污水中的還原性物質Fe2+和S2-，以及污水中的硫酸鹽還原菌、鐵細菌和腐生菌等微生物[6]，改變聚合物分子結構，使其產生降解從而降低其黏度；外力的作用方面主要是聚合物在配注過程中，聚合物溶液在經過過濾器、靜混器、注入管道等過程中，容易受到摩擦力、剪切力等外力的作用，使聚合物產生機械降解，造成聚合物溶液黏度下降[7]。

對大慶油田某聚驅開發區塊配注系統聚合物溶液黏度損失進行統計分析，具體數據見表1。

表1 聚合物黏度損失數據Tab.1 Polymer viscosity loss data

由表1可知，聚合物溶液黏度全程平均損失達到29.4%。其中配制注入系統聚合物溶液黏度平均損失率為9.1%，單井注入系統聚合物溶液黏度平均損失達到20.3%。另外，清配污稀方式聚合物溶液黏度全程平均損失為28.5%，污配污稀方式聚合物溶液黏度全程平均損失為33.1%。

對大慶油田某聚驅開發區塊不同含聚污水中硫酸鹽還原菌數量，以及采用其配制的聚合物溶液不同反應時間的黏度損失進行檢測和分析，具體數據見表2。

由表2可知，含聚污水中硫酸鹽還原菌數量在n×102～n×105范圍，硫酸鹽還原菌數量越多、反應時間越長聚合物溶液的黏度損失越大，因此，為了提高含聚污水配制和稀釋聚合物溶液的黏度，開展了二氧化氯對含聚污水配制和稀釋聚合物溶液黏度影響實驗。

2 二氧化氯殺菌技術

2.1 技術原理

二氧化氯對細菌壁有較好的吸附性和穿透能力，可穿透細胞壁，有效氧化細胞內含疏基的酶，可與細菌及其他微生物蛋白質中的半胱氨酸、色氨酸和游離脂肪酸發生反應，進行分解破壞，快速抑制微生物蛋白質的合成，使膜的滲透性增高，并能改變細菌衣殼蛋白，最終導致細菌死亡，達到滅活細菌的目的[8]。

其化學反應原理為：2NaClO3+4HCl=2NaCl+Cl2+2ClO2+2H2O。

2.2 工藝流程

在含聚污水處理站出口（污水緩沖罐出口）處增加二氧化氯殺菌裝置，將一定比例的氯酸鈉溶液（質量分數為27.8%）和鹽酸水溶液（質量分數為31%）分別輸入二氧化氯發生器中進行充分反應，生成以二氧化氯和氯氣為主要成份的殺菌劑，產生的二氧化氯和氯氣自動投加到含聚污水管線中，經配制站和注入站進行母液的配制和稀釋，經注入管線、注入井注入油層。即:含聚污水濾后水→二氧化氯殺菌裝置→配制站→注入站→注入井。工藝流程見圖1。

圖1 二氧化氯殺菌工藝流程Fig.1 Process flow of chlorine dioxide sterilization

2.3 殺菌效果

在大慶油田某聚驅污水站，按照二氧化氯有效質量濃度10 mg/L 進行投加藥劑，檢測殺菌前后各節點（注水站、注水井、注入站、注入井）污水中硫酸還原菌、腐生菌、鐵細菌、S2+、Fe2+含量（表3）。

表3 投加殺菌劑前后污水物性檢測數據Tab.3 Physical property test data of sewage before and after adding fungicides

由表3可知，投加二氧化氯殺菌后，出站及注水（入）井井口水樣中硫酸鹽還原菌、腐生菌、鐵細菌數量均能夠達到指標要求（水驅≤25 個/mL、聚驅≤100 個/mL），對硫酸鹽還原菌、腐生菌、鐵細菌的殺菌率分別為100%、100%、99.7%；水樣中S2+質量濃度均低于0.02 mg/L；Fe2+含量降低57%。分析原因主要是二氧化氯具有較強的氧化作用，可以殺滅污水中的細菌，同時能夠降解污水中的還原性物質，減少污水中S2+、Fe2+含量[9-10]。

3 室內實驗

實驗選取應用范圍廣泛的相對分子質量為2 500×104和700×104的兩種聚丙烯酰胺干粉，配制和稀釋污水采用大慶油田某2座聚驅污水站深度處理后的含聚污水和二氧化氯殺菌后的深度處理含聚污水，清水為某水源處理后清水。

3.1 實驗方法

取清水、含聚污水和二氧化氯殺菌后的含聚污水，調節立式攪拌器的攪拌速度至400 r/min，使水樣形成旋渦，在30 s內緩慢而均勻的分別加入相對分子質量為2 500×104和700×104的聚丙烯酰胺干粉，繼續攪拌2 h后靜置2 h，配制成聚合物質量濃度為5 000 mg/L的母液。

在配制完成的聚合物質量濃度為5 000 mg/L的母液中分別加入一定比例的清水、含聚污水和二氧化氯殺菌后的含聚污水，調節立式攪拌器的攪拌速度至400 r/min，攪拌30 min，稀釋成不同濃度的聚合物溶液試樣，將試樣放在恒溫水浴鍋中預熱15 min，采用布氏黏度計檢測聚合物溶液黏度。

3.2 黏度影響實驗分析

對配制完成的聚合物質量濃度為5 000 mg/L的母液中分別加入清水、含聚污水、二氧化氯殺菌后含聚污水配制1 200、1 400、1 800、2 000、2 500 mg/L的聚合物溶液，對試樣采用布氏黏度計檢測其初始黏度，具體黏度檢測數據見表4。

表4 聚合物溶液黏度檢測數據Tab.4 Polymer solution viscosity test data

由表4可知，清水配制聚合物溶液黏度＞二氧化氯殺菌后含聚污水配制聚合物溶液黏度＞含聚污水配制聚合物溶液黏度，相對分子質量為700×104、2 500×104的二氧化氯殺菌后含聚污水配制聚合物溶液的平均黏度比含聚污水配制聚合物溶液的平均黏度分別提高了16.2 mPa·s 和15.2 mP·s，黏度提高率分別為12.0%、15.5%，表明采用二氧化氯殺菌后含聚污水配制聚合物溶液可以提升溶液黏度。

采用含聚污水、二氧化氯殺菌后含聚污水，將相對分子質量為700×104、2 500×104聚合物母液（質量濃度5 000 mg/L）稀釋成1 000 mg/L的聚合物溶液，采用布氏黏度計檢測試樣初始黏度，然后將聚合物溶液采用安瓿瓶密封后放置45 ℃恒溫箱中保存，分別檢測24、72、168、360、720 h 聚合物溶液黏度的變化情況，考察其黏度穩定性，具體黏度檢測數據見表5、表6。

表6 不同污水配制聚合物溶液黏度保留率數據Tab.6 Viscosity retention rate data of polymer solutions prepared with different sewage

由表5、表6 可知，相對分子質量為700×104、2 500×104的聚合物溶液黏度，二氧化氯殺菌后含聚污水稀釋的聚合物溶液初始黏度大于含聚污水稀釋的聚合物溶液初始黏度，分別為4.6 mPa·s和9.9 mPa·s，黏度提高率分別為13.6%、30.6%；從溶液黏度穩定性測試結果看，相對分子質量為700×104和2 500×104的聚合物溶液黏度，采用含聚污水稀釋的溶液黏度穩定性較差，360 h 時黏度保留率分別下降到35.0%、35.8%，720 h 時黏度保留率分別下降到30.0%、32.4%；采用二氧化氯殺菌后含聚污水稀釋的聚合物溶液的黏度，360 h 時的黏度保留率分別達到86.7%、85.3%，720 h 時黏度保留率仍然達到81.5%、81.8%，黏度損失較小，穩定性有大幅度提高。另從檢測數據可以看出，相對分子質量為700×104的聚合物溶液24 h、72 h 后黏度不降反升，黏度保留率上升到109.4%～112.3%。

4 現場試驗

4.1 黏度影響

在大慶油田聚驅某2座配制站分別采用含聚污水和二氧化氯殺菌后的含聚污水、相對分子質量為2 500×104、700×104的聚丙烯酰胺干粉現場配制質量濃度分別為1 200、1 400、1 800、2 000、2 500 mg/L的聚合物溶液，檢測配制站及所轄注入站聚合物溶液黏度，詳細數據見表7、表8。

表7 某配制站聚合物溶液黏度檢測數據Tab.7 Viscosity test data of polymer solution at a preparation station

表8 某注入站聚合物溶液黏度檢測數據Tab.8 Viscosity test data of polymer solution at an injection station

從配制站聚合物溶液黏度檢測數據看，采用二氧化氯殺菌后含聚污水配制的不同濃度（1 200、1 400、1 800、2 000、2 500 mg/L）的聚合物溶液黏度與含聚污水配制的聚合物溶液對比，黏度均有不同幅度的提高。相對分子質量為700×104的聚丙烯酰胺干粉采用二氧化氯殺菌后含聚污水配制的聚合物溶液平均黏度比含聚污水配制的聚合物溶液黏度高12.0 mPa·s，平均黏度提高率為9.9%；相對分子質量為2 500×104的聚丙烯酰胺干粉采用二氧化氯殺菌后含聚污水配制的聚合物溶液平均黏度比含聚污水配制的聚合物溶液黏度高10.9 mPa·s，平均黏度提高率達11.9%。

從注入站聚合物溶液黏度檢測數據可知，采用二氧化氯殺菌后含聚污水配制的不同質量濃度（1 200、1 400、1 800、2 000、2 500 mg/L）的聚合物溶液黏度與含聚污水配制的聚合物溶液對比，黏度均有不同幅度的提高。相對分子質量為700×104聚丙烯酰胺干粉采用二氧化氯殺菌后的含聚污水配制的聚合物溶液平均黏度比含聚污水配制的聚合物溶液黏度高11.8 mPa·s，平均黏度提高率為10.3%；相對分子質量為2 500×104聚丙烯酰胺干粉采用二氧化氯殺菌后含聚污水配制的聚合物溶液平均黏度比含聚污水配制的聚合物溶液黏度高7.6 mPa·s，平均黏度提高率達8.8%。

4.2 穩定性影響

在大慶油田某2 座配制站所轄1#注入站、2#注入站分別采用含聚污水和二氧化氯殺菌后的含聚污水將相對分子質量為700×104（1#注入站）、2 500×104（2#注入站）的聚合物母液（質量濃度5 000 mg/L），按照單井注入方案稀釋為不同濃度的聚合物溶液，經注入井注入地層。選取5口井取樣，采用布氏黏度計檢測試樣初始黏度，然后采用安瓿瓶將試樣密封后放置45 ℃恒溫箱中保存，分別檢測24、72、168、360、720 h 聚合物黏度的變化情況，考察黏度穩定性，具體黏度檢測數據見表9、表10。

表9 某注入井不同污水配制聚合物溶液黏度穩定性檢測數據Tab.9 Viscosity stability test data of polymer solution prepared with different sewage in an injection well

表10 某注入井不同污水配制聚合物溶液黏度保留率數據Tab.10 Viscosity retention rate data of polymer solution prepared with different sewage in an injection well

由表9、表10可知，采用二氧化氯殺菌后含聚污水稀釋聚合物的注入井初始平均黏度大于含聚污水稀釋聚合物的注入井初始平均黏度5.5 mPa·s；從黏度穩定性測試結果看，采用含聚污水稀釋的注入井聚合物溶液黏度穩定性差，360 h 時黏度平均保留率為42.1%，720 h 時黏度保留率下降到39.8%；采用二氧化氯殺菌后含聚污水稀釋的聚合物溶液，360 h 時的黏度保留率達到80.2%，720 h時黏度保留率仍然平均達到76.7%。相對分子質量為700×104聚合物溶液24 h、72 h 后黏度不降反升，黏度保留率上升到104.6%～106.8%。

采用二氧化氯殺菌后含聚污水稀釋的聚合物溶液，注入井井口平均黏度高于采用含聚污水稀釋聚合物的注入井井口初始平均黏度9.3 mPa·s，從黏度穩定性測試結果看，采用含聚污水稀釋的聚合物溶液井口黏度穩定性差，360 h 時的黏度保留率下降到49.3%，720 h時黏度保留率下降到46.7%；采用二氧化氯殺菌后含聚污水稀釋的聚合物溶液，360 h 時的黏度保留率達到75.3%，720 h 時黏度保留率仍然平均達到72.7%，黏度保留率提高了26.0%，黏度損失降低，穩定性有大幅提高。

5 結論

（1）二氧化氯可滅活含聚污水中硫酸鹽還原菌、腐生菌、鐵細菌，同時能夠減少污水還原性物質中S2+、Fe2+含量。二氧化氯投加質量濃度為10 mg/L 時，對硫酸鹽還原菌、腐生菌、鐵細菌的殺菌率分別為100%、100%、99.7%，三種細菌的數量均能夠達到聚驅污水回注指標要求（≤100 個/mL），S2+質量濃度低于0.02 mg/L，Fe2+含量降低57%。

（2）采用二氧化氯殺菌后含聚污水配制和稀釋聚合物溶液初始黏度高于普通含聚污水配制和稀釋聚合物溶液初始黏度。相對分子質量為700×104、2 500×104的聚丙烯酰胺干粉采用二氧化氯殺菌后含聚污水配制和稀釋的聚合物溶液平均初始黏度可提高5.5～12.0 mPa·s。

（3）采用二氧化氯殺菌后含聚污水配制和稀釋的聚合物溶液黏度的保留率高于普通含聚污水配制和稀釋聚合物溶液的黏度保留率。相對分子質量分別為700×104、2500×104的聚丙烯酰胺干粉采用二氧化氯殺菌后含聚污水配制稀釋的聚合物溶液注入井井口黏度與采用普通含聚污水配制稀釋的聚合物溶液注入井井口黏度對比，360 h 黏度保留率提高38.1%、26.0%，720 h 黏度保留率提高36.9%、25.9%。