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(chǎn)水為研究對象，根據(jù)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(fù)合絮凝劑處理長慶油田鉆試廢液的實驗結(jié)果，將復(fù)合絮凝劑與平臺現(xiàn)有工藝進行組合，實現(xiàn)生產(chǎn)水深度處理，研究復(fù)合絮凝劑對平臺生產(chǎn)水的適用性，以及復(fù)合絮凝劑的處理能力和其長周期穩(wěn)定處理效果，以期為海上氣田生產(chǎn)水處理系統(tǒng)的改造升級提供科學(xué)依據(jù)。

1 生產(chǎn)污水性質(zhì)分析

1.1 生產(chǎn)污水水質(zhì)特征分析

通過對氣田生產(chǎn)污水的性質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)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(wěn)定狀態(tài)懸浮于水中，難以通過常規(guī)重力分離將這種狀態(tài)的油從污水中分離出來[2]，造成氣田聚結(jié)分離器油水分離效果較差。氣田生產(chǎn)污水特征，見表1所示。

表1 生產(chǎn)污水水質(zhì)特征

由表1可知，氣田生產(chǎn)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(zhì)譜分析與懸浮物粒徑分析結(jié)果分別如圖1、圖2所示。

由結(jié)果分析可知，生產(chǎn)污水中所含油類以石油類為主，烷烴、環(huán)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(zhì)含油成分分析

圖2 典型水質(zhì)懸浮物粒度分析

1.2 各平臺生產(chǎn)污水乳化差異分析

以生產(chǎn)污水離心工況為主要參考指標(biāo)，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(chǎn)污水為研究對象，考察各平臺生產(chǎn)污水乳化程度差異。

取各平臺生產(chǎn)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(nèi)，在一定轉(zhuǎn)速條件下離心5 min，達到油水分離，具體結(jié)果如表2所示。

表2 各平臺生產(chǎn)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(chǎn)污水特征存在明顯差異。中心平臺與E平臺生產(chǎn)污水中存在絮狀物；F平臺油品顏色偏綠，其油分中重?zé)N成分較多，其它4個平臺油品均為無色透亮。

通過離心轉(zhuǎn)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(yán)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(dǎo)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(rèn)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(chǎn)水進入新聚結(jié)分離器，造成其離心后水樣含油濃度高達101.8 mg/L。

2 復(fù)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(chǎn)污水的比色管中，上下震蕩100下，觀察其水質(zhì)、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(zhì)后，用水中油分濃度分析儀測定試樣的含油濃度。

2.2 復(fù)合絮凝體系優(yōu)選

以氣田生產(chǎn)污水為研究對象，生產(chǎn)污水含油濃度600～2100 mg/L，pH 6～7。以處理后水質(zhì)濁度為主要參考指標(biāo)，篩選聚胺類表面活性劑與水溶性高分子組成的復(fù)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(fù)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(fù)合絮凝劑絮凝試驗結(jié)果

由表3可知，聚胺類表面活性劑與水溶性高分子X2表現(xiàn)出良好的配伍性，絮凝效果好，處理后水質(zhì)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(jié)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(fù)合絮凝劑絮凝效果最好。

3 現(xiàn)場試驗及工藝條件優(yōu)化

3.1 藥劑用量對生產(chǎn)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(biāo)，選氣田生產(chǎn)污水為研究對象，考察復(fù)合絮凝劑用量對生產(chǎn)污水處理效果的影響，其結(jié)果如表5所示。

表5 藥劑用量對生產(chǎn)污水絮凝效果影響

由表5可知，適量絮凝劑可以提供數(shù)量適量的正電荷去中和懸浮物表面的負電荷，當(dāng)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(wěn)聚集，實現(xiàn)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(fā)生反轉(zhuǎn)，都會導(dǎo)致混凝效果不佳[5]。絮凝沉降試驗結(jié)果表明：復(fù)合絮凝劑的投加濃度在700～1100 mg/L，可以對氣田生產(chǎn)污水處理達到較好效果。

3.2 生產(chǎn)污水pH對藥劑絮凝效果影響

氣田生產(chǎn)污水來自各平臺產(chǎn)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(xù)性，造成后續(xù)生產(chǎn)污水pH具有一定波動性。因此，以生產(chǎn)污水為研究對象，考察生產(chǎn)污水pH對復(fù)合絮凝劑處理效果的影響，如圖3所示。復(fù)合絮凝劑投加濃度500 mg/L，溫度25 ℃。

圖3 生產(chǎn)污水pH對藥劑絮凝效果影響

由圖3可知，適宜復(fù)合絮凝劑發(fā)揮絮凝效果的pH范圍是7～8。這是由于復(fù)合絮凝劑中的水溶性高分子在堿性環(huán)境中能夠水解產(chǎn)生陽離子基團，發(fā)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(dǎo)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(fù)合絮凝劑投加500 mg/L、生產(chǎn)污水pH 7～8條件下，測定生產(chǎn)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(jié)果表明：當(dāng)主輔藥劑同時投加時，處理出水濁度8.2 NTU；當(dāng)主輔藥劑間隔10 s投加時，處理出水濁度8.1 NTU；當(dāng)主輔藥劑間隔30 s投加時，處理出水濁度7.8 NTU?？梢?，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(fù)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(jié)果表明：存在水力射流混合時，復(fù)合絮凝劑能夠迅速與生產(chǎn)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(fù)合絮凝劑現(xiàn)場試驗

2017年8月-2017年9月，在氣田進行復(fù)合絮凝劑的現(xiàn)場試驗。在加注點A1處投加pH穩(wěn)定劑1600 mg/L，將生產(chǎn)污水pH調(diào)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(xù)監(jiān)測出水水質(zhì)，其結(jié)果如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場試驗除油效率曲線

由圖4可知，試驗期間生產(chǎn)污水含油濃度存在波動，其含油濃度均值約為1200 mg/L，經(jīng)處理后，出水水質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)污水處理具有較好的適應(yīng)性。

4 結(jié) 論

(1)以聚胺類表面活性劑為主劑的復(fù)合絮凝劑適用于氣田生產(chǎn)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(jié)構(gòu)，使藥劑體系具有較強的網(wǎng)捕和橋接性能，實現(xiàn)氣田生產(chǎn)污水的快速沉降分離。

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

(3)復(fù)合絮凝劑在氣田進行現(xiàn)場試驗，試驗期間處理出水水質(zhì)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]。