張繼紅，劉冠男，陳喜玲，李哲鋒

（1.東北石油大學(xué) 提高采收率國家重點實驗室，黑龍江 大慶163318；2.中國石油遼河油田勘探開發(fā)研究院，遼寧 盤錦124010；3.中國石油大慶油田 水務(wù)公司，黑龍江 大慶163712）

目前，F(xiàn)B油田DP-4區(qū)塊已經(jīng)進入高含水階段，水驅(qū)開發(fā)效果逐漸變差，必須找到適合該油田的驅(qū)替方式才能有效提高原油采收率，采用聚合物驅(qū)油能夠很好地解決這一難題。但在聚驅(qū)采出液中含有大量的油、懸浮物顆粒及聚合物[1-3]，如果不能有效處理，聚驅(qū)污水中的含油量及懸浮物含量會嚴(yán)重超標(biāo)導(dǎo)致其無法進行污水回注，水資源大量浪費且容易造成環(huán)境污染。本文通過室內(nèi)沉降實驗，針對不同含聚合物濃度的聚驅(qū)污水明確了合理的沉降時間及沉降溫度，聚驅(qū)污水沉降效果[4-6]達到最大化，使DP-4區(qū)塊的聚驅(qū)污水能夠更好地得到處理與再利用[7-10]，對自然環(huán)境保護和油田污水資源合理利用有著重要的實際意義。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

D8污水處理站的聚驅(qū)污水（礦化度為4.7g·L-1,pH值為8.2）；質(zhì)量分數(shù)為93%的淀粉碘化鎘（CP江蘇普樂司生物科技有限公司）；分子量為294.1846的K2Cr2O7（基準(zhǔn)試劑 南充市高坪區(qū)格林實驗室耗材經(jīng)銷中心）；蒸餾水（實驗室自制）。

簡易沉降裝置（圖1）；HX-T-60型恒溫箱（東莞昊盺儀器設(shè)備有限公司）；PT300型均化儀（北京卓川電子科技有限公司）；756PC型紫外可見分光光度計（上海菁華集團公司）；恒溫水浴（自制）；Winner2000型激光粒度分析儀（濟南微納顆粒儀器股份有限公司）；400mL具塞刻度比色管；HM-KJ3型微孔薄膜過濾實驗儀（北京麥科儀科技有限公司）；電子天平（梅特勒-托利多公司產(chǎn)品，型號為ME-T3）；500mL錐形分液漏斗。

圖1 室內(nèi)簡易沉降裝置圖Fig.1 Indoor simple settlement device drawing

1.2 實驗方法與步驟

（1）沉降時間與沉降溫度對聚驅(qū)污水沉降效果的影響 將取自D8污水處理站的含聚合物濃度為200mg·L-1的聚驅(qū)污水，倒入置于恒溫箱中的簡易沉降裝置中。目前，F(xiàn)B油田處理聚驅(qū)污水時，總沉降時間一般不超過15h，沉降溫度不超過40℃，所以本次實驗將沉降時間設(shè)為8、9、10、11、12、13、14，15h，沉降溫度分別設(shè)為32、35、38℃，進行正交實驗。在實驗設(shè)計的不同時間點進行取樣，分別測二次沉降后聚驅(qū)污水中的含油量4次，測沉降后聚驅(qū)污水中的懸浮物含量5次并取平均值。通過比較不同沉降時間，沉降溫度下聚驅(qū)污水含油量及懸浮物含量測量結(jié)果，分析沉降時間，沉降溫度對聚驅(qū)污水沉降效果的影響。

（2）聚合物濃度對聚驅(qū)污水沉降效果的影響 將上述實驗所用污水加入相對分子質(zhì)量為1700萬的聚合物，將其分別配制成含聚合物濃度為250、300、350、400、450mg·L-1的聚驅(qū)污水，將配置好的污水放入簡易沉降裝置中，在溫度為38℃的條件下進行室內(nèi)沉降實驗，設(shè)計沉降時間分別為6、7、8、9、10和11h，在實驗設(shè)計的不同沉降時間處進行取樣，分別測出在不同沉降時間條件下沉降后的不同含聚濃度的聚驅(qū)污水中含油量與粘度，將測量結(jié)果進行對比分析，從而研究聚合物濃度對聚驅(qū)污水沉降效果的影響。

（3）絮凝劑濃度對聚驅(qū)污水沉降效果的影響 在上述實驗的基礎(chǔ)上分別加入濃度為60、120、180和240mg·L-1的絮凝劑，進行室內(nèi)沉降實驗，分析不同濃度的絮凝劑對不同含聚濃度的聚驅(qū)污水含油量的影響效果，確定其所需加入絮凝劑的最佳濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 沉降時間與沉降溫度對聚驅(qū)污水沉降效果的影響

在不同沉降時間及沉降溫度下，聚驅(qū)污水經(jīng)過室內(nèi)沉降實驗后其含油量及懸浮物含量的變化規(guī)律見圖2。

圖2 不同沉降時間與溫度下聚驅(qū)污水含油量與懸浮物含量變化規(guī)律圖Fig.2 Variation of oil content and suspended solids content in polymer flooding wastewater under different settling time and temperature

由圖2可知，在整個沉降實驗過程中，不同沉降溫度下的聚驅(qū)污水隨著沉降時間的增加其沉降后含油量及懸浮物含量逐漸下降：當(dāng)沉降時間為8~10h時，含油量及懸浮物含量曲線有明顯的下降趨勢，曲線變化陡峭；當(dāng)沉降時間為10~12h時，含油量與懸浮物含量仍然下降但下降幅度較?。划?dāng)沉降時間為12~15h時，含油量與懸浮物含量無明顯變化，曲線均趨于平緩。從結(jié)果上看，沉降時間的增加對聚驅(qū)污水的沉降效果有促進作用，但超過12h后，沉降效果不明顯，因此，沉降時間應(yīng)＜12h?？紤]到該油田對污水回注有一定標(biāo)準(zhǔn)即含油量≤100mg·L-1，懸浮物含量≤50mg·L-1，應(yīng)進一步對實驗結(jié)果進行分析。

當(dāng)沉降時間相同時，隨著沉降溫度的增加聚驅(qū)污水中含油量與懸浮物含量的值均逐漸下降。這是由于聚驅(qū)污水中殘留的聚丙烯酰胺的性能受溫度影響，其分解在污水中，隨著沉降溫度的升高，油水混合物穩(wěn)定性降低，懸浮物顆粒沉降速度增加，因此，污水中含油量及懸浮物含量減少。當(dāng)沉降時間超過11h時，在所有沉降溫度下，沉降后聚驅(qū)污水中懸浮物含量均能達到污水回注標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)沉降溫度為32℃時，測量聚驅(qū)污水經(jīng)過11h沉降后的含油量沒有達到污水回注標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)沉降溫度為35和38℃時，測量其含油量分別為95.72和80.72mg·L-1，均達到污水回注標(biāo)準(zhǔn)。

為了更好的研究沉降時間與沉降溫度對聚驅(qū)污水沉降效果的影響，結(jié)合上述實驗數(shù)據(jù)，通過計算得出不同沉降時間下聚驅(qū)污水中油滴去除率和懸浮物去除率，其結(jié)果見圖3。

圖3 不同沉降時間與溫度下聚驅(qū)污水油滴去除率及懸浮物去除率變化規(guī)律圖Fig.3 Oil drop removal rate and suspended solids removal rate of polymer flooding wastewater under different settling time and temperature

由圖3可知，隨著沉降溫度的增加，不同沉降時間下的污水中油滴與懸浮物去除率均有所增加。當(dāng)沉降時間為8~11h時，油滴與懸浮物的去除效果逐漸增加。當(dāng)沉降時間為11~15h時，油滴與懸浮物曲線變化逐漸趨近于平穩(wěn)。當(dāng)沉降時間為11h，沉降溫度為32，35，38℃時，其對應(yīng)的油滴去除率分別為79.89%，83.93%，88.18%；懸浮物去除率分別為32.87%，34.75%，36.26%；去除效果顯著，但繼續(xù)增加沉降時間，沉降效果變化不大。結(jié)合上述實驗結(jié)果分析及油田實際經(jīng)濟效益等因素可得出結(jié)論：該區(qū)塊聚驅(qū)污水在進行沉降處理時，總沉降時間應(yīng)為11h，沉降溫度應(yīng)保持在35~38℃之間。

2.2 聚合物濃度對聚驅(qū)污水沉降效果的影響

為了研究不同含聚合物濃度的聚驅(qū)污水的沉降效果，本次實驗配制了5種不同含聚濃度的聚驅(qū)污水進行室內(nèi)沉降實驗后，測得其粘度值的變化規(guī)律見表1。

表1 不同含聚濃度的聚驅(qū)污水沉降后的粘度值Tab.1 Viscosity of polymer flooding wastewater with different polymer concentration after sedimentation

由表1可知，當(dāng)沉降時間相同時，聚驅(qū)污水中聚合物濃度越大，其經(jīng)過室內(nèi)沉降實驗后所測出的粘度值也越大。當(dāng)聚驅(qū)污水中聚合物濃度相同時，隨著沉降時間的逐漸增加，沉降后聚驅(qū)污水的粘度值逐漸減小。通過對比發(fā)現(xiàn)，相鄰沉降時間和聚合物濃度下的聚驅(qū)污水的粘度值差別不大，這是由于在沉降過程中，聚合物受到剪切作用的影響，其粘彈性逐漸降低。

由上述實驗可知，聚驅(qū)污水的含油量與懸浮物含量有著相似的變化規(guī)律，因此，在后續(xù)實驗中只考慮含油量的影響。

圖4 為在不同沉降時間下，不同含聚濃度的聚驅(qū)污水經(jīng)過室內(nèi)沉降實驗后其含油量的變化規(guī)律。

圖4 不同含聚濃度的聚驅(qū)污水在不同沉降時間下含油量與懸浮物含量變化規(guī)律圖Fig.4 Variation of oil content and suspended solids content of polymer flooding wastewater with different polymer concentration at different settling time

由圖4可知，不同含聚濃度的聚驅(qū)污水經(jīng)過沉降后其含油量的變化有著相似的規(guī)律，即聚驅(qū)污水中聚合物濃度越大，沉降后聚驅(qū)污水中的含油量及懸浮物含量越多，這說明聚合物濃度增加并不利于去除聚驅(qū)污水中的油和懸浮物，沉降實驗達不到理想效果。

當(dāng)含聚濃度為250mg·L-1，沉降時間為8~11h時，含油量大幅度下降，當(dāng)沉降時間為11~14h時，含油量曲線趨于平穩(wěn)。沉降時間為11h時，測得聚驅(qū)污水中含油量為100.97mg·L-1，此時含油量稍高于污水回注標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)含聚濃度為300mg·L-1，沉降時間為12h時，測得含油量為85.63mg·L-1，這說明沉降時間12h后，含油量均可達到回注標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)含聚濃度為350、400和450mg·L-1時，在實驗設(shè)計的沉降時間范圍內(nèi)含油量均無法達到污水回注標(biāo)準(zhǔn)。因此，針對含聚合物濃度較高的聚驅(qū)污水，為了提高沉降效果，應(yīng)進一步優(yōu)化實驗方案。

2.3 絮凝劑濃度對聚驅(qū)污水沉降效果的影響

根據(jù)上述實驗結(jié)果分析可知，當(dāng)聚驅(qū)污水中含聚合物濃度較高時，沉降效果并不理想，因此需要加入一定濃度的絮凝劑改善沉降效果。

由表2可知，隨著絮凝劑濃度的增加，相同含聚濃度的聚驅(qū)污水含油量逐漸下降，說明絮凝劑可以改善聚驅(qū)污水的沉降效果。當(dāng)絮凝劑濃度為60mg·L-1時，含聚濃度為250mg·L-1的聚驅(qū)污水含油量達到污水回注標(biāo)準(zhǔn)，但含聚濃度大于250mg·L-1的聚驅(qū)污水含油量均無法達到標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)絮凝劑濃度為120mg·L-1時，含聚濃度為300mg·L-1的聚驅(qū)污水含油量達到污水回注標(biāo)準(zhǔn)，但含聚濃度大于300mg·L-1的聚驅(qū)污水含油量無法達到標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)絮凝劑濃度為180mg·L-1時，含聚濃度為350和400mg·L-1的聚驅(qū)污水含油量達到污水回注標(biāo)準(zhǔn)，但含聚濃度450mg·L-1的聚驅(qū)污水含油量仍無法達到標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)絮凝劑濃度為240mg·L-1時，實驗設(shè)計的所有含聚濃度的污水含油量可達標(biāo)。由此可知，當(dāng)聚驅(qū)污水含聚濃度較高時，需要加大絮凝劑濃度才能達到理想的沉降效果。

表2 不同絮凝劑含量下不同含聚濃度聚驅(qū)污水沉降11h后的含油量Tab.2 Oil content of polymer flooding wastewater with different concentration and different flocculant content after settling for 11h

3 結(jié)論

通過沉降時間、沉降溫度、聚合物濃度和絮凝劑濃度對聚驅(qū)污水沉降效果影響實驗并對比實驗結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

（1）隨著沉降時間和溫度的增加，沉降后聚驅(qū)污水中的含油量及懸浮物含量均下降，聚驅(qū)污水沉降效果比較明顯，但當(dāng)沉降時間達到11h后，含油量及懸浮物含量均無明顯變化，對聚驅(qū)污水沉降效果影響不大，因此，總沉降時間應(yīng)為11h，沉降溫度應(yīng)保持在35~38℃范圍之間。

（2）隨著聚驅(qū)污水中含聚合物濃度越大，沉降后聚驅(qū)污水中的粘度、含油量及懸浮物含量均有所上升，但為了使沉降效果更好，應(yīng)加入適量濃度的絮凝劑。當(dāng)聚合物濃度為200~250mg·L-1時，絮凝劑濃度應(yīng)為60mg·L-1；當(dāng)聚合物濃度為250~300mg·L-1時，絮凝劑濃度應(yīng)為120mg·L-1；當(dāng)聚合物濃度為300~400mg·L-1時，絮凝劑濃度應(yīng)為180mg·L-1；當(dāng)聚合物濃度為400~450mg·L-1時，絮凝劑濃度應(yīng)為240mg·L-1。