林 剛

江蘇石油勘探局工程院 江蘇揚(yáng)州 225009

聚合物驅(qū)采出水特性分析

林 剛

江蘇石油勘探局工程院 江蘇揚(yáng)州 225009

聚驅(qū)含油污水與水驅(qū)含油污水不同，其中除含有原油、固體懸浮物、微生物等還含有一定濃度的聚合物，聚合物的存在使含油污水中原油乳狀液穩(wěn)定性增強(qiáng)，污水粘度增大使得污水泥質(zhì)砂質(zhì)攜帶量增加，加大了處理難度。本文通過對含聚污水的組成，聚合物加入后污水特性發(fā)生的變化進(jìn)行總結(jié)歸納，為油田含聚污水處理工藝水平的提高提供一定的理論基礎(chǔ)。

含油污水 聚合物驅(qū)

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)處理能力下降，使得含聚污水的處理成為油田水處理領(lǐng)域的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

聚合物驅(qū)采出污水因?yàn)楹袣埩舻木郾０?，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(dá)不到回注或回填的標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)油田采用延長沉降時(shí)間，減慢過濾速度，大大降低了處理效率。

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(jìn)展，但專門針對對聚合物驅(qū)采出污水的組成與特性分析的文獻(xiàn)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(shí)際，對聚合物驅(qū)采出水的特性進(jìn)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)采出污水組成及特性分析

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?dāng)?shù)量上明顯增加的泥砂等機(jī)械雜質(zhì)，直接排放會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此需要研究更復(fù)雜更有針對性的處理技術(shù)處理后回填或回注，同時(shí)也要避免傷害地層。

聚合物采出水處理難點(diǎn)主要體現(xiàn)在含油、固含和細(xì)菌數(shù)量這三個(gè)指標(biāo)在常規(guī)處理技術(shù)處理后依然超標(biāo)，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(shí)也為后期采出污水的處理造成了難度。大慶油田用模擬含油污水進(jìn)行聚丙烯酰胺對水相視粘度影響的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖1。

從結(jié)果可見，在加聚濃度達(dá)到400mg/L的時(shí)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(qiáng)，加劇乳化程度（見表1）。

1.3 油水乳狀液的穩(wěn)定性增強(qiáng)

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?？等f力認(rèn)為聚合物對穩(wěn)定油膜的影響不顯著，但顯著提高水膜強(qiáng)度，即對穩(wěn)定O/W型乳狀液更有利[2]。

表1 聚驅(qū)和水驅(qū)比較表

（1）低濃度聚合物對油水乳狀液穩(wěn)定性的影響

圖2是大慶油田聚喇360聯(lián)合站所做的油水分離特性試驗(yàn)結(jié)果[10]，從結(jié)果中可以看出，聚喇360聯(lián)合站含油污水中在投加50mg/L濃度的聚丙烯酰胺后，在沉降1～3h之間，其油水乳狀液的穩(wěn)定性略微增強(qiáng)，之后含油達(dá)到相同水平。

(2)初始含油量與高濃度聚合物對油水乳狀液穩(wěn)定性的影響

由圖3可見[10]，模擬含油污水在投加200mg/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(qiáng)，并且初始含油量越高，其增強(qiáng)幅度越明顯。

(3)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(qiáng)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?？梢栽谟退缑婺ど闲纬梢欢◤?qiáng)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(qiáng)。

由圖4可見[10]，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100mg/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(qiáng)效果。

1.4 常規(guī)藥劑效果受干擾

目前國內(nèi)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(huì)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。

江蘇油田曾用真35水樣對不同聚合物濃度下絮凝劑效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

從圖5中實(shí)驗(yàn)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(dāng)水體中聚合物濃度達(dá)到400mg/L的濃度以上，該藥劑組合的已經(jīng)無明顯效果。

1.5 微生物大量繁殖

在油田水系統(tǒng)中，常含有硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌、腐生菌、藻類、硫細(xì)菌、酵母菌、霉菌、原生動(dòng)物等微生物，其中數(shù)量最多，危害最大的是硫酸鹽還原菌(SRB)、鐵細(xì)菌(FB)和腐生菌(TGB)。

水解聚丙烯酰胺的降解產(chǎn)物可作為細(xì)菌生命活動(dòng)的營養(yǎng)物質(zhì)，反過來營養(yǎng)的消耗可促進(jìn)聚合物的降解。研究表明SRB和TGB能在不加任何培養(yǎng)基成分的一定濃度的水解聚丙烯酰胺中生長繁殖。根據(jù)國內(nèi)研究表明，SRB在聚合物中生長能力有限，TGB則可以大量生長[9]。

圖6是TGB在300mg/L的HPAM溶液中的生長曲線（37℃），由圖6可見，TGB可在其中生長，最高菌濃度超過了108數(shù)量級以上。

2 總結(jié)

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(jìn)一步增穩(wěn)；另一方面陰離子型聚丙烯酰胺同時(shí)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)果就是固含、含油、細(xì)菌數(shù)量均超標(biāo)。

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(gè)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(xué)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，橫向流聚結(jié)除油器，基于水力旋流原理的物理除油設(shè)備，對聚驅(qū)采出污水的除油都有較好的效果；

(4)化學(xué)處理法應(yīng)對藥劑進(jìn)一步篩選，避免使用陽離子型絮凝劑、殺菌劑等藥劑。

1 楊承志等.化學(xué)驅(qū)提高石油采收率.北京：石油工業(yè)出版社，1995

2 康萬利，大慶油田三元復(fù)合驅(qū)化學(xué)劑作用機(jī)理研究，大慶石油學(xué)院博士論文，2000

3 吳迪，化學(xué)驅(qū)采出液油水分離機(jī)理研究，天津大學(xué)博士論文，2001

4 鄧述波，三元復(fù)合驅(qū)含油污水穩(wěn)態(tài)及失穩(wěn)機(jī)理研究，清華大學(xué)博士后研究報(bào)告，2001

5 劉國富，降低含油污水礦化度處理技術(shù)，油氣田地面工程，2008

6 馬展朝，含聚合物污水回注對油層的污染分析，大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2007

7 王婷，含聚污水降礦化度處理試驗(yàn)站的設(shè)計(jì)，2011

8 張永強(qiáng)，勝利油田聚合物驅(qū)采出水處理技術(shù)研究，山東大學(xué)碩士論文，2010

9 吳松，殺菌劑在油田含聚污水中使用效果的研究，大慶石油學(xué)院碩士論文，2007

10 孫成金，聚合物驅(qū)采出液和含油污水油水分離研究，中國地質(zhì)大學(xué)碩士論文，2007

TE355

B

1672-9323（2013）02-0079-03

2012-12-09）