張穎蘋

(長(zhǎng)江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100)

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GD油田含聚含油污水復(fù)配絮凝劑體系實(shí)驗(yàn)研究

張穎蘋

(長(zhǎng)江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100)

針對(duì)GD油田含聚含油污水黏度高、含油量高、懸浮顆粒多的特點(diǎn)，而常規(guī)單一絮凝劑用量高、絮凝體松散、成本高的缺點(diǎn)，以除油率和去濁率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用燒瓶實(shí)驗(yàn)對(duì)3種無(wú)機(jī)絮凝劑和2種有機(jī)高分子絮凝劑進(jìn)行絮凝效果評(píng)價(jià)，優(yōu)選出了質(zhì)量濃度為100 mg/L的無(wú)機(jī)絮凝劑聚氯化鋁鐵和質(zhì)量濃度為40 mg/L的有機(jī)高分子絮凝劑PAM-4為單一絮凝劑的最佳試劑。將兩者組成復(fù)配體系后，優(yōu)選出最佳的絮凝劑經(jīng)過(guò)復(fù)配絮凝劑體系處理后的污水除油率和去濁率分別為92.3%和90.7%，并評(píng)價(jià)了絮凝溫度、污水pH及沉降處理時(shí)間對(duì)復(fù)配絮凝劑體系絮凝性能的影響。結(jié)果表明，該絮凝劑體系在40～60 ℃，pH為6～9及較長(zhǎng)的沉降時(shí)間下，處理效果最好。該體系在同類含聚含油污水處理中應(yīng)用前景較好。

含聚含油污水；無(wú)機(jī)絮凝劑；有機(jī)高分子絮凝劑；除油率；去濁率

聚合物驅(qū)在GD油田已成為一種重要的三次采油手段，己大幅度地應(yīng)用于提高油田的原油采收率。但隨著聚合物驅(qū)油技術(shù)在油田的大面積推廣應(yīng)用，其產(chǎn)生的采出污水中含有大量的聚合物殘留，使得采出污水的黏度較大，且污水中的含油量較高，懸浮顆粒也較多，使得常規(guī)的過(guò)濾-沉降手段使得含聚含油污水分離的難度增大[1-3]。絮凝法是目前油田常用的一種污水處理手段，然而單一的絮凝劑存在用量高、絮凝體松散、成本高的缺點(diǎn)，復(fù)配絮凝劑體系已成為油田污水處理的發(fā)展方向，復(fù)配絮凝劑體系在國(guó)內(nèi)部分油田已開(kāi)始應(yīng)用[4-6]。為此，根據(jù)GD油田含聚含油污水的特點(diǎn)，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出了一種絮凝效果好的復(fù)配絮凝劑體系，并對(duì)該體系的絮凝效果影響因素進(jìn)行了研究，提出了復(fù)配絮凝劑體系的適用條件。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)試劑：無(wú)機(jī)絮凝劑聚氯化鋁鐵、三氯化鋁和三氯化鐵，均為工業(yè)級(jí)，武漢石油化工廠；有機(jī)高分子絮凝劑PAM-3和PAM-4，均為工業(yè)級(jí)，大慶煉化公司；氫氧化鈉，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氯化鈉，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；鹽酸，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。實(shí)驗(yàn)污水采用GD油田某聚合物驅(qū)區(qū)塊含油采出水，pH為6.8，采出污水的濁度和含油量分別為58 mg/L和178 mg/L，聚合物質(zhì)量濃度為350～450 mg/L。

實(shí)驗(yàn)儀器：電子天平(萬(wàn)分之一)，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海梅香儀器有限公司；MY3000-6智能型混凝試驗(yàn)攪拌儀，潛江梅宇儀器有限公司； TUBR550T濁度儀，意大利HANNA公司；756PC型紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)，上海恒平科學(xué)儀器有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

絮凝劑評(píng)價(jià)方法參考中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5796—93《絮凝劑評(píng)定方法》。現(xiàn)場(chǎng)取實(shí)驗(yàn)區(qū)塊采出污水樣品置于50 mL具塞帶刻度比色管中，放入恒溫水浴預(yù)熱至設(shè)定溫度。向比色管中加入絮凝劑，用玻璃棒充分?jǐn)嚢?，使絮凝劑與采出液脫出污水樣品充分混合，重新將比色管置于恒溫水浴中靜置沉降，1 h后觀察測(cè)定污水濁度和含油量。

2　結(jié)果與討論

2.1單一絮凝劑的篩選

2.1.1單一無(wú)機(jī)絮凝劑在50 ℃條件下，考察了3種油田常用的無(wú)機(jī)絮凝劑絮凝效果，以除油率和去濁率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可以看出，無(wú)機(jī)絮凝劑的除油率和去濁率隨著無(wú)機(jī)絮凝劑的質(zhì)量濃度的增加而增大，在相同的質(zhì)量濃度下，聚氯化鋁鐵比單一型的三氯化鐵和三氯化鋁絮凝劑絮凝效果好。這主要是因?yàn)閱我恍偷娜然F和三氯化鋁絮凝劑里含有的異性電荷離子的種類少，在水溶液中不易形成離子對(duì)，而聚氯化鋁鐵絮凝劑有高度水解-聚合的OH-，且由于異核金屬離子能交錯(cuò)排列所形成的分子鏈更穩(wěn)定，網(wǎng)狀的鋁聚合物和線狀的鐵聚合物互相交織，可使溶于網(wǎng)絡(luò)水中的懸浮物聚沉，在架橋絮凝的同時(shí)還有卷掃絮凝作用。當(dāng)聚氯化鋁鐵的質(zhì)量濃度為100 mg/L時(shí)，除油率和去濁率分別為86.18%和81.59%。繼續(xù)增大聚氯化鋁鐵的質(zhì)量濃度，除油率和去濁率的增加減緩，因此選擇質(zhì)量濃度為100 mg/L的聚氯化鋁鐵絮凝劑作為復(fù)配絮凝劑體系的無(wú)機(jī)絮凝劑。

圖1　不同質(zhì)量濃度下無(wú)機(jī)絮凝劑的絮凝效果

2.1.2單一有機(jī)高分子絮凝劑在50 ℃條件下，考察了2種油田常用的不同相對(duì)分子質(zhì)量的有機(jī)高分子絮凝劑PAM-3和PAM-4的絮凝效果，以除油率和去濁率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2　不同質(zhì)量濃度下有機(jī)高分子絮凝劑的絮凝效果

由圖2可以看出，有機(jī)高分子絮凝劑的除油率和去濁率隨著有機(jī)高分子絮凝劑的質(zhì)量濃度的增加而增大，在相同的質(zhì)量濃度下，相對(duì)分子質(zhì)量較高的PAM-4比相對(duì)分子質(zhì)量較低的PAM-3絮凝效果好。這主要是因?yàn)閮煞N有機(jī)高分子絮凝劑為陽(yáng)離子型聚合物，絮凝機(jī)理是通過(guò)吸附電中和、架橋等作用將含聚采油污水中的膠體和懸浮顆粒連接起來(lái)，形成絮凝體。PAM-4較PAM-3的相對(duì)分子質(zhì)量大，分子鏈可更好地僑聯(lián)含聚含油污水中的絮凝體，生成的絮凝體越大，更易沉降。當(dāng)PAM-4的質(zhì)量濃度為40 mg/L時(shí)，除油率和去濁率分別為88.98%和87.41%。繼續(xù)增大PAM-4的質(zhì)量濃度，除油率和去濁率的增加減緩，因此選擇質(zhì)量濃度為40 mg/L的PAM-4絮凝劑作為復(fù)配絮凝劑體系的有機(jī)高分子絮凝劑。

2.2絮凝劑的復(fù)配及絮凝效果評(píng)價(jià)

為了解決油田絮凝劑在應(yīng)用中投加量大，絮凝體松散的難題，綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本和絮凝效果，將優(yōu)選出的質(zhì)量濃度為100 mg/L的無(wú)機(jī)絮凝劑聚氯化鋁鐵和質(zhì)量濃度為40 mg/L的有機(jī)高分子絮凝劑PAM-4組成復(fù)配絮凝劑體系。在50 ℃下，該復(fù)配絮凝劑體系與GD油田含油采出污水混合攪拌后，靜置2 h后，上層清液的除油率和去濁率分別為92.3%和90.7%。其中復(fù)配絮凝劑體系中，無(wú)機(jī)絮凝劑所起的作用主要是電性中和作用，使污水中的膠體失穩(wěn)；帶正電的有機(jī)高分子絮凝劑起雙重作用，分別是電性中和和絮凝架橋。復(fù)配絮凝劑體系在含聚含油污水中形成的絮凝體較大且密度大，使得沉降速度較快，可很好的改善采出污水的水質(zhì)。

2.3復(fù)配絮凝劑體系的絮凝效果影響因素

2.3.1絮凝溫度溫度可影響絮凝劑復(fù)配體系的絮凝效果，特別是絮凝反應(yīng)過(guò)程、絮凝體成長(zhǎng)及沉降分離過(guò)程。對(duì)于GD油田的采出污水，固定沉降處理時(shí)間2 h，考察了絮凝溫度對(duì)復(fù)配絮凝體系絮凝效果的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3　不同絮凝溫度下復(fù)配絮凝劑體系的絮凝效果

由圖3可以看出，隨著溫度的升高，復(fù)配絮凝體系的除油率和去濁率逐漸增大，在溫度為40～60 ℃，復(fù)配絮凝劑體系的除油率和去濁率均較高，當(dāng)溫度超過(guò)這個(gè)范圍以后，絮凝效果變差。這主要是由于溫度的升高可使復(fù)配絮凝劑體系的擴(kuò)散速率增大，降低污水中乳化原油的黏度和密度，使得絮凝效果變好。當(dāng)溫度過(guò)高以后，污水中的懸浮顆粒和膠體顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)會(huì)加劇，使得復(fù)配體系中的絮凝劑分析對(duì)其吸附作用減弱，絮凝反應(yīng)速率增加，形成的絮凝體變小，不易沉降，使得絮凝效果變差[7]。

2.3.2污水pH污水pH主要影響污水中懸浮顆粒和膠體粒子表面的Zeta電位，進(jìn)而影響懸浮顆粒和膠體粒子之間的相互作用和穩(wěn)定性，也會(huì)影響復(fù)配絮凝劑體系的絮凝作用。在50 ℃條件下，通過(guò)向GD油田含聚含油污水中添加氫氧化鈉和鹽酸調(diào)節(jié)污水的pH，固定沉降處理時(shí)間為2 h，考察了污水pH對(duì)復(fù)配絮凝體系絮凝效果的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4　不同污水pH下復(fù)配絮凝劑體系的絮凝效果

由圖4可以看出，當(dāng)污水pH為6～9，復(fù)配絮凝劑體系的絮凝效果較好，特別是pH為8時(shí)，復(fù)配絮凝劑體系的除油率和去濁率分別能達(dá)到93.8%和91.2%。當(dāng)pH小于6或大于9時(shí)，溶液中存在大量的H+或OH-，H+大量存在時(shí)會(huì)壓縮復(fù)配體系中PAM-4的擴(kuò)散雙電層，使得PAM-4分子蜷縮，電位較少，大大降低其吸附懸浮顆粒的能力，此外還會(huì)影響聚氯化鋁鐵的水解效果，使得復(fù)配體系的絮凝效果變差；由于PAM-4為陽(yáng)離子型高分子聚合物，OH-大量存在時(shí)會(huì)降低其絮凝性能[8]。綜合分析，該復(fù)配絮凝劑體系的適用范圍為：弱酸或弱堿，偏中性的含油含聚污水。

2.3.3沉降處理時(shí)間雖然復(fù)配絮凝劑體系中的聚氯化鋁鐵和PAM-4與含聚含油污水發(fā)生絮凝反應(yīng)的時(shí)間較短，但是形成較大絮凝體還需一段時(shí)間，如果沉降處理時(shí)間較短的話，小的絮凝體還未下沉到底部，上層清液中仍存有一定體積的絮凝體，使得測(cè)定的除油率和去濁率較低。在50 ℃條件下，對(duì)于GD油田含油污水，考察了不同沉降處理時(shí)間下復(fù)配絮凝劑體系的絮凝效果，結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5可以看出，隨著沉降處理時(shí)間的增長(zhǎng)，復(fù)配絮凝劑體系的絮凝效果越好，但是在油田礦場(chǎng)，沉降處理時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，結(jié)合GD油田礦場(chǎng)實(shí)際情況，最終確定沉降處理時(shí)間為2 h。

圖5　不同沉降處理時(shí)間下復(fù)配絮凝劑體系的絮凝效果

3　結(jié)論

(1) 以GD油田含聚含油污水為研究對(duì)象，采用燒瓶實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出了質(zhì)量濃度為100 mg/L的無(wú)機(jī)絮凝劑聚氯化鋁鐵和質(zhì)量濃度為40 mg/L的有機(jī)高分子絮凝劑PAM-4為單一絮凝劑的最佳試劑。將兩者組成復(fù)配體系后，優(yōu)選出最佳的絮凝劑經(jīng)過(guò)復(fù)配絮凝劑體系處理后的污水除油率和去濁率分別為92.3%和90.7%。

(2) 絮凝沉降時(shí)的溫度不宜過(guò)高也不宜過(guò)低，當(dāng)絮凝溫度在40～60 ℃，復(fù)配絮凝劑體系的絮凝處理效果較好；當(dāng)含聚含油污水的pH在6～9時(shí)，復(fù)配絮凝劑體系的處理效果較好；污水的沉降時(shí)間越長(zhǎng)，處理效果越好，根據(jù)礦場(chǎng)實(shí)際情況，建議沉降時(shí)間為2 h。

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(編輯宋官龍)

Compound Flocculant System for Oil-Bearing Sewage Containing Polymer in GD Oilfield

Zhang Yingping

(CollegeofPetroleumEngineering,YangtzeUniversity,WuhanHubei430100,China)

Oil-bearing sewage containing polymer in GD Oilfield has the properties of high viscosity, high oil content and more suspended particles, and the conventional single flocculating agent has the disadvantages of high dosage, loose coagulation and high cost. Oil removal rate and removal of turbidity were chosen as the evaluation values in this test, and flask experiment was used to evaluate the sewage processing effect of three inorganic flocculants and two organic polymer flocculants. Inorganic flocculant of poly (aluminium ferric chloride) with the concentration of 100 mg/L and organic polymer flocculant of PAM-4 with the concentration of 40 mg/L were respectively selected as the best flocculant. The oil removal rate and removal of turbidity of waste water were 92.3% and 90.7% respectively when poly (aluminium ferric chloride) and PAM-4 were used to dispose oilfield waste water. Some influencing factors such as temperature, pH value and settling time were investigated. The experimental results showed that the oil removal rate and removal of turbidity of oilfield waste water which was disposed by using compound flocculant system were the best when temperature of waste water was 40～60 ℃, pH value of waste water was 6～9 and the settling time was longer．The compound flocculant system has strong prospect in the processing of oil-bearing sewage containing polymer.

Oil-bearing sewage containing polymer; Inorganic flocculant; Organic polymer flocculant; Oil removal rate; Removal of turbidity

1006-396X(2016)01-0063-04

2015-10-29

2015-12-09

張穎蘋(1992-)，女，碩士研究生，從事油氣田開(kāi)發(fā)工程，油藏?cái)?shù)值模擬研究;E-mail：1083510272@qq.com。

TE39

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.01.012