李錫偉

(中海油能源發(fā)展股份有限公司，天津 300452)

隨著世界范圍內(nèi)對石油資源需求量的不斷增加，國內(nèi)外各大油田的勘探開發(fā)進(jìn)度也不斷加快，目前很多油田均已進(jìn)入高含水以及特高含水開發(fā)階段，開采的難度不斷增大，產(chǎn)油量逐漸減少，因此，提高油田后續(xù)開發(fā)的采收率成為研究的重點。近年來，化學(xué)驅(qū)油技術(shù)作為一種最常用的提高采收率技術(shù)手段，在國內(nèi)外各大油田得到了廣泛的研究及應(yīng)用，其中聚合物驅(qū)和表面活性劑驅(qū)的研究及報道相對較多，并取得了較好的應(yīng)用效果[1-4]。但化學(xué)驅(qū)油技術(shù)在提高原油采收率的同時，也會增大采出水量，且由于聚合物和表面活性劑等化學(xué)藥劑的使用使采出水的乳化穩(wěn)定性更強(qiáng)，造成后續(xù)油水分離等處理工作較困難[5-7]。因此，需要開發(fā)高效的油田化學(xué)驅(qū)地面水處理技術(shù)。

目前，針對化學(xué)驅(qū)地面水處理的技術(shù)方法主要包括物理分離法、化學(xué)絮凝法、生化法以及電化學(xué)法等[8-10]，其中化學(xué)絮凝法的研究及應(yīng)用相對較多，化學(xué)絮凝法處理化學(xué)驅(qū)地面采出水具有工藝簡單、維護(hù)方便以及處理效率高等特點，具有良好的工業(yè)應(yīng)用價值[11-13]。但隨著化學(xué)驅(qū)油技術(shù)使用的藥劑量增多，單獨使用化學(xué)絮凝法處理化學(xué)驅(qū)地面采出水的處理效果不太好，因此，需要開發(fā)更加高效、可靠以及便于規(guī)?；瘧?yīng)用的聯(lián)合水處理技術(shù)。電絮凝技術(shù)通過把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，在犧牲陽極金屬電極的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生金屬陽離子絮凝劑，再通過電中和、電壓縮作用對采出水中的聚合物等處理劑進(jìn)行化學(xué)還原、氧化以及凝聚反應(yīng)，能夠?qū)?fù)雜性有機(jī)廢水產(chǎn)生較好的處理效果[14-16]。筆者以X油田化學(xué)驅(qū)地面采出水為研究對象，開展了電絮凝-化學(xué)絮凝法聯(lián)合處理技術(shù)研究，以期為同類油田地面采出水的高效處理提供一定的技術(shù)支持和借鑒。

1 試驗部分

1.1 試驗材料及儀器

聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PAS)、聚合硫酸鐵(PFS)，河南鴻暢化工有限公司；聚合硅酸鋁鐵(PSAF)，鞏義市佳鑫凈水材料有限公司；X油田化學(xué)驅(qū)地面采出水樣，含油量(ρ，下同)為81.3 mg/L，聚合物含量(ρ，下同)為512.6 mg/L，礦化度為51 062 mg/L。

85-2C型電動攪拌器，上海一凱儀器設(shè)備有限公司；HH-WO-2L型恒溫水浴鍋，鞏義市瑞德儀器設(shè)備有限公司；MAI-W50G型紅外測油儀，廣州平展儀器有限公司；721型紫外可見分光光度計，濟(jì)南童鑫生物科技有限公司；電絮凝反應(yīng)器，山東宏泰源環(huán)?？萍加邢薰?。

1.2 試驗方法

1.2.1 化學(xué)絮凝試驗

量取X油田化學(xué)驅(qū)地面采出水500 mL置于燒杯中，加入一定量的絮凝劑，使用電動攪拌器在120 r/min的速率下攪拌10 min，然后靜置存放30 min，除去上層漂浮的絮體后，取清液測定其含油量以及聚合物含量，與初始含油量和聚合物含量進(jìn)行對比，計算加入絮凝劑后的油去除率和聚合物去除率，以此評價不同類型化學(xué)絮凝劑的處理效果。

1.2.2 電絮凝試驗

量取X油田化學(xué)驅(qū)地面采出水500 mL置于電絮凝反應(yīng)器中，在不同的試驗條件下開展電絮凝處理試驗，與1.2.1中試驗步驟相同，在試驗結(jié)束后取沉降后的水樣測定其中的含油量和聚合物含量，計算其中油的去除率和聚合物的去除率，評價電絮凝處理試驗的效果，優(yōu)選合適的電絮凝處理工藝。

1.2.3 電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理試驗

使用1.2.2中電絮凝試驗處理后的水樣，按照1.2.1中的化學(xué)絮凝試驗方法，開展了電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理試驗，將聯(lián)合處理后的水樣沉降后取清液測定其油含量和聚合物含量，計算其中油的去除率和聚合物的去除率，并測定聯(lián)合處理后水樣的懸浮固體含量和濁度值，以此評價電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理試驗的效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)絮凝劑優(yōu)選結(jié)果

2.1.1 絮凝劑類型優(yōu)選

按照1.2.1中的試驗方法，在目標(biāo)油田化學(xué)驅(qū)地面采出水中加入不同類型的絮凝劑，評價了其絮凝效果，絮凝劑的加量(ρ，下同)均為500 mg/L，試驗結(jié)果見圖1。

Wilson等[30]認(rèn)為，HDACI羅米地辛(FK228)能明顯增加卵巢癌細(xì)胞對順鉑的敏感性，體外實驗可增加順鉑對卵巢癌細(xì)胞的毒性作用，同時體內(nèi)實驗證明FK228單獨或聯(lián)合順鉑均能起到良好的抑制卵巢惡性腫瘤生長的作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)K228能激活并增加DNA損傷相關(guān)標(biāo)志物(如pH2AX、RAD51和53BP1)的表達(dá)，而持續(xù)的pH2AX激活與DNA損傷相關(guān)的細(xì)胞凋亡關(guān)系密切[31]。當(dāng)FK228聯(lián)合順鉑時，pH2AX被進(jìn)一步上調(diào)，表明增強(qiáng)DNA損傷可能是FK228協(xié)同順鉑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制。同時，RAD51和53BP1的表達(dá)上調(diào)，表明FK228可改變參與DNA修復(fù)的多重機(jī)制。

圖1 不同類型絮凝劑試驗結(jié)果

由圖1可見：在相同的試驗條件下，不同類型絮凝劑對目標(biāo)油田化學(xué)采出水樣的絮凝效果不同，其中絮凝劑PSAF的絮凝效果相對較好，對油的去除率可以達(dá)到85%以上，聚合物去除率可以達(dá)到65%以上，絮凝效果優(yōu)于其他3種類型的絮凝劑。因此，選擇絮凝劑PSAF繼續(xù)進(jìn)行加量優(yōu)選試驗。

2.1.2 絮凝劑加量優(yōu)選

按照1.2.1中的試驗方法，評價了絮凝劑PSAF不同加量時的絮凝效果，試驗結(jié)果見圖2。

圖2 絮凝劑PSAF加量對絮凝效果的影響

由圖2可見：隨著絮凝劑PSAF加量的不斷增大，目標(biāo)油田化學(xué)驅(qū)地面采出水樣中油去除率和聚合物去除率均逐漸升高。當(dāng)其加量(ρ)為1 000 mg/L時，油去除率可以達(dá)到95%以上，聚合物去除率可以達(dá)到90%以上。

2.2 電絮凝工藝優(yōu)化結(jié)果

2.2.1 電絮凝時間的影響

圖3 電絮凝時間對絮凝效果的影響

按照1.2.2中的試驗方法，選擇電絮凝試驗電壓為5 V，脈沖頻率為0.2 kHz，在該試驗條件下考察了電絮凝時間對油的去除率和聚合物去除率的影響，試驗結(jié)果見圖3。為6 V時，油去除率可以達(dá)到93.5%，聚合物去除率可以達(dá)到87.2%，再繼續(xù)升高電絮凝電壓，油去除率和聚合物去除率升高的速率變小。因此，選擇電絮凝電壓優(yōu)選為6 V。

由圖3可見：隨著電絮凝時間的延長，油去除率和聚合物去除率均不斷升高，當(dāng)電絮凝時間為30 min時，油去除率可以達(dá)到90.4%，聚合物去除率可以達(dá)到82.6%，再繼續(xù)延長電絮凝時間，油去除率和聚合物去除率升高的速率變小。因此，電絮凝時間優(yōu)選為30 min。

按照1.2.2中的試驗方法，選擇電絮凝時間為30 min，脈沖頻率為0.2 kHz，在該試驗條件下考察了電絮凝電壓對油去除率和聚合物去除率的影響，試驗結(jié)果見圖4。

由圖4可見：隨著電絮凝電壓的不斷升高，油去除率和聚合物去除率均不斷升高，當(dāng)電絮凝電壓

圖4 電絮凝電壓對絮凝效果的影響

2.2.3 脈沖頻率的影響

按照1.2.2中的試驗方法，選擇電絮凝時間為30 min，電絮凝試驗電壓為6 V，在該試驗條件下考察了脈沖頻率對油去除率和聚合物去除率的影響，試驗結(jié)果見圖5。

圖5 脈沖頻率對絮凝效果的影響

由圖5可見：隨著脈沖頻率的不斷升高，油去除率和聚合物去除率均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，當(dāng)脈沖頻率達(dá)到0.3 kHz時，油去除率(95.8%)和聚合物去除率(90.8%)均達(dá)到最高，再繼續(xù)升高脈沖頻率，油去除率和聚合物去除率均逐漸降低，這是由于當(dāng)脈沖頻率過高時，電流的脈沖特征已經(jīng)基本消失，接近于直流輸出，脈沖作用無法發(fā)揮。因此，為了提高油去除率和聚合物去除率，脈沖頻率優(yōu)選為0.3 kHz。

綜合上述試驗結(jié)果可以得到電絮凝試驗的最優(yōu)處理工藝條件為：電絮凝時間為30 min、電絮凝電壓為6 V、脈沖頻率為0.3 kHz，在該試驗條件下，電絮凝試驗對目標(biāo)油田化學(xué)驅(qū)地面采出水的處理效果最好，油去除率可以達(dá)到95%以上，聚合物去除率可以達(dá)到90%以上。

2.3 電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理效果

根據(jù)上述試驗結(jié)果，選擇絮凝劑為聚合硅酸鋁鐵，在最優(yōu)的電絮凝處理工藝條件下，按照1.2.3中的試驗方法，評價了電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理技術(shù)對目標(biāo)油田化學(xué)驅(qū)地面采出水的處理效果，以油去除率、聚合物去除率、懸浮固體含量以及濁度值為評價指標(biāo)，試驗結(jié)果見表1。

表1 電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理試驗

由表1可見：在經(jīng)過電絮凝處理后，隨著絮凝劑PSAF加量的不斷增大，目標(biāo)油田化學(xué)驅(qū)地面采出水的油去除率和聚合物去除率均逐漸升高，當(dāng)絮凝劑PSAF的加量(ρ)為150 mg/L時，油去除率即可以達(dá)到100%，此時聚合物的去除率也可以達(dá)到98%以上，處理效果明顯優(yōu)于單獨投加化學(xué)絮凝劑，且絮凝劑的使用量也大大降低，能夠在提高水處理效率的同時，降低處理成本。經(jīng)過電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理后的水樣中懸浮固體含量和濁度值均較低，當(dāng)加入150 mg/L的絮凝劑PSAF時，處理后水樣中的懸浮固體含量僅為3.2 mg/L，濁度值低至1.3 NTU，達(dá)到了較好的水處理效果。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

將電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理技術(shù)成功在X油田化學(xué)驅(qū)地面水處理系統(tǒng)中進(jìn)行了應(yīng)用，該油田地面水處理系統(tǒng)日處理水量為2 000 m3左右，前期單獨使用化學(xué)絮凝法進(jìn)行水處理，而隨著化學(xué)驅(qū)油技術(shù)的不斷應(yīng)用，該油田采出水的處理效果逐漸變差，因此開展了電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理技術(shù)現(xiàn)場試驗。不同取水點的水樣含油量和聚合物含量見表2。

由表2可見：經(jīng)過5 h的處理后，二級過濾器出口水樣的含油量(ρ)即可以降低至0，聚合物含量(ρ)降低至15 mg/L以下；經(jīng)過10 h的處理后，二級過濾器出口水樣中的聚合物含量(ρ)可以降低至10 mg/L以下，處理效果較好。

表2 不同取水點水樣中含油量和聚合物含量

4 結(jié)論

1)絮凝劑聚合硅酸鋁鐵對目標(biāo)油田化學(xué)驅(qū)地面采出水的處理效果較好，當(dāng)其加量為500 mg/L時，油去除率可以達(dá)到85%以上，聚合物去除率可以達(dá)到65%以上。

2)電絮凝試驗的最佳處理工藝條件為：電絮凝時間為30 min、電絮凝電壓為6 V、脈沖頻率為0.3 kHz，在該試驗條件下，油去除率可以達(dá)到95%以上，聚合物去除率可以達(dá)到90%以上。

3)經(jīng)過電絮凝處理后，再加入150 mg/L的絮凝劑聚合硅酸鋁鐵可以使目標(biāo)油田化學(xué)驅(qū)地面采出水中的油去除率達(dá)到100%，聚合物去除率達(dá)到98%以上。電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理技術(shù)不僅可以有效提高水處理效率，還能大幅度降低化學(xué)絮凝劑的使用量，降低處理成本。電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理技術(shù)在X油田化學(xué)驅(qū)地面水處理系統(tǒng)中進(jìn)行了成功應(yīng)用，取得了良好的水處理效果。