三元采出水摻混比優(yōu)化及靜沉效果研究

楊敬杰，劉長(zhǎng)莉，魏 利，趙秋實(shí)，韓麗華，徐德會(huì)，李春穎, 4

(1.東北林業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150040；2.城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150090；3.大慶油田建設(shè)設(shè)計(jì)研究院水化室，大慶 163712；4 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 能源建筑與工程學(xué)院，哈爾濱 150028)

大慶油田近年來逐步進(jìn)入了三次采油階段，三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)是綜合了堿驅(qū)、表面活性劑和聚合物驅(qū)的優(yōu)點(diǎn)的一種提高原油采收率的新技術(shù)[1-3]，具有廣闊的應(yīng)用前景.該技術(shù)可以大幅度提高驅(qū)油效率，并且能較大幅度地降低表面活性劑的用量，具有較好的應(yīng)用前景[4-6].存在的問題是，由于三元復(fù)合驅(qū)采出水中含有大量的聚丙烯酰胺(HPAM) 、表面活性劑和堿導(dǎo)致污水的黏度變大，污水中油珠粒徑變小，造成污水乳化嚴(yán)重，油珠和懸浮固體顆粒浮升/沉降困難，其處理難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聚合物驅(qū)和堿水驅(qū)采出水[7-10].鄧述波[11-12]等研究者對(duì)三元采出水的成分等進(jìn)行了詳細(xì)分析，目前常用的處理工藝需要大量藥劑進(jìn)行輔助，導(dǎo)致處理成本較高，同時(shí)污染了環(huán)境[13].實(shí)際生產(chǎn)中三元復(fù)合驅(qū)采出水的處理目前還沒有一套完整和成型的工藝，三元采出水處理的工藝技術(shù)正在攻關(guān)過程中.目前研究者根據(jù)油田的實(shí)際情況，探討將三元采出水通過摻混聚驅(qū)采出水來降低現(xiàn)有三元采出水的處理難度，三元采出水摻混后，通過物理靜沉的方法去除部分原油.目前亟待解決的問題是三元采出水物理靜沉的最佳摻混比例.

本研究通過以三元采出水和聚驅(qū)采出水為摻混對(duì)象，考察最佳摻混靜沉比例及其靜沉效果，為實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用提供技術(shù)和理論支持.

1 材料與方法

1.1 三元采出水來源及試驗(yàn)裝置

三元采出水的來源為大慶油田采油三廠北二西三元試驗(yàn)站，含油量為300～900 mg/L，表面活性劑質(zhì)量濃度50～80 mg/L，黏度為 2～3 mPa·s，HPAM質(zhì)量濃度為400～900 mg/L，堿度為3 000～4 000 mg/L.聚驅(qū)采出水的來源為大慶油田采油三廠北十三聯(lián)合污水處理站, 含油量為100～500 mg/L，黏度為 1～2 mPa·s，HPAM質(zhì)量濃度為 200～350 mg/L，堿度為2 000～3 000 mg/L.試驗(yàn)裝置為YZ-IV油水分離控溫儀(哈爾濱市金博達(dá)機(jī)電有限公司)，溫度控制在40 ℃，分液管的容積為500 mL.試驗(yàn)裝置及分液管(如圖1).

圖1 試驗(yàn)裝置及分液管

1.2 分析方法

含油量測(cè)定(SY/T0530-93)；懸浮物含量測(cè)定(SY/T5329-94)；表面活性劑質(zhì)量濃度測(cè)定采用分光光度法；堿度測(cè)定(SY/T5523-2006)；聚合物測(cè)定(Q/SY DQ0928-2003)；聚合物黏度測(cè)定采用流變儀-AR1500ex(美國(guó)沃特斯公司)；粒徑中值測(cè)定采用MULTISIZER3顆粒粒度分析儀(美國(guó)庫(kù)爾特公司).

1.3 試驗(yàn)方法

按照比例將三元采出水和聚驅(qū)水摻混，40 ℃靜置沉降，每次試驗(yàn)時(shí)，在20 h內(nèi)設(shè)置11個(gè)取樣點(diǎn)，并且分別在靜沉0、2、4、6、8、10、12、14、16、18、20 h進(jìn)行取樣，以未靜沉三元摻混原水作為0 h的水樣，每次取樣位置為兩個(gè)，分別在分液管的底部200 mL和中部200 mL.測(cè)定靜沉后摻混三元水中含油量時(shí)，每個(gè)點(diǎn)取兩個(gè)位置含油量的平均值為該點(diǎn)的含油量，以減小誤差.

2 結(jié)果與討論

2.1 三元采出水和聚驅(qū)采出水最佳摻混比例的優(yōu)化

2.1.1 摻混比例為50%，75%和100%的污水含油量比較分析

如圖2所示，在靜置沉降過程中，摻混比為50%三元水摻混靜沉后的含油量呈現(xiàn)逐步下降的趨勢(shì)，水中浮油的上浮速度比較快，水中含油量降幅比較明顯，在靜沉6 h后，水中含油量為90.69 mg/L(<100 mg/L).摻混比為75%三元水靜沉后的含油量隨著靜沉?xí)r間的延長(zhǎng)，水中含油量逐漸降低，在靜沉10 h后，水中含油量為93.43 mg/L(<100 mg/L).摻混比100%三元水摻混靜沉后的含油量也是逐步下降的趨勢(shì)，在靜沉12 h后，水中的含油量為92.79 mg/L(<100 mg/L)，各比例的摻混水在靜沉過程中，中間不規(guī)則的含油量變化趨勢(shì)，與實(shí)際的摻混水的復(fù)雜組成體系有關(guān).油田污水處理中以采出水的靜置沉降8 h，水中含油量<100 mg/L為生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，摻混比小于75%時(shí)，水中含油量<100 mg/L時(shí)所需靜置沉降時(shí)間將少于10 h，可以確定三元采出水物理沉降摻混的最佳比例在50%～75%三元水摻混之間(摻混比50%是油田生產(chǎn)要求的上線).

圖2 三元采出水摻混比為50%，75%和100%的含油量變化趨勢(shì)

2.1.2 摻混比例為65%和70%的污水的含油量比較分析

如圖3所示，在物理靜沉的過程中，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，摻混比65%和70%三元水靜沉后的含油量逐漸降低，并在靜沉8 h后，摻混比為65%的水中含油量為81.52 mg/L(<100 mg/L)，摻混比為70%的水中含油量為78.82 mg/L(<100 mg/L)，摻混比65%和70%的三元水靜置沉降，都達(dá)到靜置沉降8 h，水中含油量<100 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際生產(chǎn)中考慮到處理更多的三元采出水，因此按70%的比例摻混更具有現(xiàn)實(shí)意義.

圖3 摻混比65%和70%的三元水摻混的含油量變化趨勢(shì)

2.1.3 三元水摻混不同比例靜沉效果比較分析

三元采出水中的堿、表面活性劑和聚合物導(dǎo)致污水的黏度變大，污水中油珠粒徑變小油水乳化程度加大, 油水不宜分離，其處理難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聚合物驅(qū)采出水和水驅(qū)采出水.因此，通過與聚合物驅(qū)采出水摻混，分析不同比例的靜沉效果.三元水摻混不同比例靜沉效果如圖4 所示，不同比例的三元摻混水，在40 ℃下靜置沉降，污水中含油量達(dá)到低于100 mg/L所用的時(shí)間有所不同.100%三元采出水靜沉，水中含油量達(dá)到低于100 mg/L時(shí)所用時(shí)間為12 h ，而50%三元采出水靜沉，水中含油量達(dá)到低于100 mg/L時(shí)所用時(shí)間僅為6 h，隨著三元采出水比例的下降，靜沉所用的時(shí)間也隨之縮短，其中在65%和70%時(shí)，所需時(shí)間都為8 h.

圖4 三元水摻混不同比例靜沉效果

2.2 物理靜沉三元采出水、含聚污水、摻混水的組成及其油水分離特性

2.2.1 三元采出水、含聚污水、摻混水組成成分比較分析

在確定最優(yōu)的摻混比為70%后，開展對(duì)三元采出水、含聚污水、摻混水的油水組成成分進(jìn)行分析.

由表1可見，三元采出水的堿、表面活性劑、聚合物含量、黏度均較高，聚合物驅(qū)采出水不含表面活性劑，堿與聚合物、黏度都低于三元采出水.按三元水70%摻混后，摻混水的堿、表面活性劑、聚合物含量，黏度都有所下降，更加有利于油水分離[14-15].

表1三元采出水、含聚污水和摻混水(摻混比70%)組成成分

編號(hào)名稱 堿/(mg·L-1)表面活性劑/(mg·L-1)聚合物/(mg·L-1)黏度/(mPa·s)三元采出水3 75573.84462.582含聚污水2 42702241.496摻混水(70%)3 21139.93752.121

圖5 物理靜沉24 h三元水的含油量、含懸浮物量以及粒徑中值的變化

2.2.2 三元采出水、聚合物驅(qū)采出水、摻混水油水分離特性分析

如圖5所示，在24 h物理靜沉試驗(yàn)過程中，隨著時(shí)間的增加，三元采出水、摻混水、聚驅(qū)采出水的含油量和含懸浮物量逐步降低.聚驅(qū)采出水懸浮物在前4 h迅速降低，4 h之后基本穩(wěn)定，摻混水含懸浮物量在靜沉4 h后也基本穩(wěn)定，聚驅(qū)水的摻入使得懸浮物更易于沉降，三元采出水含懸浮物量在前12 h逐漸降低，12 h后達(dá)到穩(wěn)定(圖5-B).聚驅(qū)采出水油水分離速度最快，在靜沉4 h后含油量即下降到98.59 mg/L(<100 mg/L)，摻混水在靜沉8 h后含油量為86.3 mg/L(<100 mg/L)，聚驅(qū)水的摻入有助于快速降低三元采出水的含油量，三元水則是在靜沉12 h后含油量達(dá)到92.33 mg/L(<100 mg/L)(圖5A).在24 h靜沉過程中，靜沉2 h后的三元采出水與摻混水的粒徑中值迅速下降到1 μm以下，2 h之后隨著時(shí)間的推移粒徑中值變化不大(圖5C)，聚驅(qū)采出水從始至終粒徑中值變化都不大.從整個(gè)摻混后的水質(zhì)特性分析，摻混有助于降低三元采出水的油水分離難度，同時(shí)降低污水處理的難度.有助于現(xiàn)有污水處理工藝的穩(wěn)定運(yùn)行.

3 結(jié) 論

1)通過試驗(yàn)確定三元采出水和聚驅(qū)采出水的物理沉降摻混的最佳比例為7∶3；摻混比為70%時(shí)，摻混水的沉降性較好，在8 h水中含油量降低到100 mg/L以下.

2)物理靜沉試驗(yàn)隨著三元采出水摻混比例的降低，采出水含油量達(dá)到100 mg/L以下所用靜沉?xí)r間逐步縮短，沉降效率逐步增加；

3)通過三元采出水中摻混部分聚驅(qū)采出水的物理靜沉摻混比例的優(yōu)化研究，有助于降低三元采出水的油水分離難度，提高油水分離的效果，對(duì)于懸浮物的去除和粒徑中值的降低都有提高，對(duì)于降低現(xiàn)有污水處理工藝的難度和處理的穩(wěn)定性具有重要的意義.

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