中水應(yīng)用于三次采油聚合物驅(qū)溶液配制的研究

馬 強(qiáng)

（大慶油田創(chuàng)業(yè)集團(tuán)薩南實(shí)業(yè)公司，黑龍江大慶163414）

大慶是以石油化工為主的工業(yè)化城市，石油開發(fā)每年都要消耗大量水資源。注聚開發(fā)已成為大慶油田穩(wěn)產(chǎn)的主要措施，年增石油產(chǎn)量在1000 萬t 以上。聚合物驅(qū)油是向低含鹽量的清水中投加聚丙烯酰胺來提高水溶液的粘度[1,2]。大慶油田每天配制、稀釋聚合物的清水用量近20 萬t。2004年到2014年大慶油田工業(yè)用水的價格上漲了3 次，由于水資源的短缺、今后工業(yè)用水價格還將不斷上漲，必將使石油開發(fā)成本大幅上升，因此，尋找替代水源已成為降低油田開發(fā)成本的當(dāng)務(wù)之急。

大慶市的4 個生活污水處理廠，年處理污水7000 萬t 左右。生活污水來源于低礦化度清水，如果將生活污水中對聚合物溶液粘度影響的主要因素找出并將其進(jìn)行處理成中水，那么完全有可能實(shí)現(xiàn)替代清水用于三次采油聚合物溶液的配制。開展中水替代清水用作三次采油聚合物溶液配制的研究對于油田開發(fā)、節(jié)約水資源有著十分重要的意義。

1 聚合物溶液的粘度影響因素分析

聚合物驅(qū)油是一種日趨成熟的提高采收率的技術(shù)，原理是通過提高水相粘度，改善流度比，以擴(kuò)大波及系數(shù)，提高原油采收率[3]。影響聚合物溶液粘度的因素很多，主要有pH 值、溫度、聚合物分子量、濃度及水的礦化度等。而聚合物驅(qū)配方和條件一定時，其pH 值、溫度、聚合物分子量和濃度是確定的，因此，水質(zhì)因素成為對聚合溶液的粘度影響的關(guān)鍵。近年來國內(nèi)外在這方面已做了許多的研究，趙豐等[4]人研究了礦化度對聚合物溶液粘彈性的影響；王其偉等人[5]、于洪江等[6]、WangD.M.等、盧祥國等探討了聚合物溶液粘度的影響因素。

由于生活污水在三次采油聚合物溶液配制中沒有應(yīng)用的先例，本文首先對生活污水處理廠的出水水質(zhì)對聚合物溶液粘度的影響展開了研究。

1.1 生活污水處理廠出水水質(zhì)分析

本研究主要以大慶乘風(fēng)污水處理廠出水作為研究對象，對影響配制聚合物溶液粘度的主要因素進(jìn)行了細(xì)致研究（文中所用聚合物無特別說明均為大慶煉化公司生產(chǎn)的1600 萬分子量聚丙烯酰胺）。表1 列出了大慶乘風(fēng)污水處理廠出水水質(zhì)分析報告，研究中選取其中主要的離子TFe、Na+、Ca2+、Mg2+、作為主要研究對象。

表1 大慶乘風(fēng)污水處理廠出水水質(zhì)分析報告Tab.1 Water quality analysis report of chengfeng Sewage treatment plant effluent in Daqing Oilfield

1.2 污水中礦化度影響聚合物溶液粘度規(guī)律

研究用去離子水配制出礦化度梯度變化的模擬水，再利用模擬水分別配制成500mg·L-1中分聚合物（1600 萬）、超高分聚合物（2500 萬）和抗鹽型聚合物3 種聚合物溶液，研究礦化度對聚合物溶液的影響規(guī)律。

圖1 礦化度影響聚合物溶液粘度規(guī)律Fig.1 The effect law of salinity on polymer solution viscosity

圖1 表明，3 種聚合物溶液的粘度隨配制用水礦化度由低到高變化規(guī)律首先是快速下降，當(dāng)?shù)V化度增高到1000mg·L-1以上時，聚合物溶液粘度下降變慢。

1.3 污水中離子成分影響聚合物溶液粘度規(guī)律

污水中含有各種離子，為研究生活污水處理廠出水中各種離子對聚合物溶液粘度的影響，選定了污水中普遍存在的CI-為參與比較的陰離子、Na+為參與比較的陽離子，根據(jù)生活污水處理廠出水檢測結(jié)果，配制不同離子的濃度的模擬水。配制中分聚合物溶液（500mg·L-1）研究不同離子影響聚合物溶液粘度的規(guī)律。

圖2 離子含量對聚合物溶液粘度的影響Fig.2 The effect of ion content on polymer solution viscosity

圖2 表明，生活污水處理廠出水中Ca2+、Mg2+、Fe2+濃度小幅變化都會對聚合物溶液粘度產(chǎn)生較大影響，因此是影響聚合物溶液粘度的主要因素。結(jié)合對生活污水處理廠出水水質(zhì)分析結(jié)果，生活污水中影響聚合物溶液粘度遠(yuǎn)低于Ca2+、Mg2+、Fe2+影響聚合物粘度的情況，因此，是影響聚合物溶液粘度的次要因素。

1.3.1 Fe2+影響聚合物溶液粘度規(guī)律 由于Fe2+對聚合物粘度影響很大，因此，在N2保護(hù)的條件下研究了用含有Fe2+的水溶解聚合物和溶解后的聚合物溶液接觸Fe2+時聚合物溶液（500mg·L-1）的粘度變化規(guī)律。粘度影響的變化規(guī)律。

表2 Fe2+對配制聚合物溶液的影響情況Tab.2 Effect of ferrous ions on polymer solution preparation

圖3 含有Fe2+的水溶解聚合物溶液粘度變化Fig.3 Containing ferrous ions of water dissolve polymer solution viscosity change

圖4 聚合物溶液接觸Fe2+時粘度變化Fig.4 When contacting ferrous ions polymer solution viscosity change

圖3、4 表明：Fe2+對聚合物溶液粘度影響較大，無論是用含有Fe2+的水溶解聚合物還是聚合物溶解后溶液接觸Fe2+溶液粘度都會大幅下降。

1.3.2 Ca2+、Mg2+影響聚合物溶液粘度規(guī)律 利用離子交換法將生活污水處理廠出水去除Ca2+、Mg2+配制聚合物溶液，研究生活污水中所含Ca2+、Mg2+影響聚合物溶液粘度規(guī)律。將生活污水處理廠出水曝氧后分別1～4 次流過離子交換柱，用處理后的水配制聚合物溶液（1000mg·L-1）比較粘度情況。

表3 Ca2+、Mg2+對配制聚合物溶液的影響情況Tab.3 The water containing calcium and magnesium ions on the influence of the preparation of polymer solution

表3 表明，生活污水中Ca2+、Mg2+也是影響聚合物溶液粘度的主要因素。生活污水經(jīng)離子交換處理后配制聚合溶液粘度增加近一倍。

1.4 生活污水對聚合溶液粘度規(guī)律的影響

1.4.1 有機(jī)物的影響 生活污水處理廠出水配制聚合物溶液的粘度為23.7mPa·s（1000mg·L-1），將污水用活性炭交換柱處理去除有機(jī)物，配制聚合物的粘度為23.7mPa·s（1000mg·L-1）。說明生活污水處理廠出水中有機(jī)物含量對配制聚合物溶液沒有影響。

1.4.2 溶解氧的影響 生活污水處理廠出水配制聚合物溶液的粘度為23.7mPa·s（1000mg·L-1），將污水經(jīng)O2曝氣3min 后配制聚合物粘度為24.6mPa·s（1000mg·L-1）。說明生活污水處理廠出水中的溶解氧對聚合物溶液粘度影響不大。

1.4.3 細(xì)菌繁殖的影響 生活污水處理廠出水配制聚合物溶液的粘度為23.7mPa·s（1000mg·L-1），將配制的聚合物溶液恒溫密封培養(yǎng)7d 溶液粘度為22.9 mPa·s，說明生活污水處理廠出水中的細(xì)菌對聚合物溶液粘度影響不大。

2 中水用于替代清水配聚效果應(yīng)用性能評價

根據(jù)污水影響聚合物溶液粘度研究的室內(nèi)結(jié)果，組裝了一套150L·h-1污水處理室內(nèi)小試實(shí)驗(yàn)裝置。利用該裝置去除污水中影響配聚粘度的主要因素——Ca2+、Mg2+、Fe2+得到配聚用中水，將中水與目前配聚所用清水的配聚情況進(jìn)行對比研究，論證中水替代清水配制聚合物溶液的可行性。

2.1 污水處理廠中水處理前后離子變化情況

用150L·h-1污水處理室內(nèi)小試實(shí)驗(yàn)裝置處理乘風(fēng)莊污水處理廠出水，比較前后離子含量變化情況。

表4 150L·h-1 中水處理實(shí)驗(yàn)裝置處理前后水質(zhì)情況(mg·L-1)Tab.4 Water quality change before and after the application of 150L·h-1 water treatment experimental apparatus

表4 表明，生活污水處理廠出水中影響配制聚合物溶液粘度的Fe2+、Ca2+、Mg2+含量處理后大幅降低,其它離子含量變化較小。

2.2 中水、清水配聚應(yīng)用性能對比評價

用150L·h-1配聚用中水處理室內(nèi)小試實(shí)驗(yàn)裝置處理乘風(fēng)莊污水處理廠出水，用得到的中水和大慶油田第二采油廠Ⅰ號配制站所用清水進(jìn)行對比評價。

2.2.1 聚合物溶液粘度比較

表5 聚合物溶液的粘度Tab.5 Viscosity of the polymer solution

表5 表明，污水處理成中水配制聚合物溶液與清水配制聚合物溶液粘度相當(dāng)。

2.2.2 聚合物溶液粘度抗剪切比較

表6 聚合物溶液抗剪切性Tab.6 Polymer solution shear resistance

表6 表明，污水處理成中水配制聚合溶液與清水配制聚合物溶液抗剪切性相當(dāng)。

2.2.3 聚合物溶液粘度穩(wěn)定性比較

表7 聚合物溶液穩(wěn)定性Tab.7 Polymer solution stability

表7 表明，污水處理成中水配制聚合溶液與清水配制聚合物溶液穩(wěn)定性相當(dāng)。

2.2.4 配制聚合物溶液的濃粘曲線

圖5 中分聚合物濃粘曲線Fig.5 Molecular weight of polymer concentration-viscosity curve

圖6 超高分聚合物濃粘曲線Fig.6 Ultra-high molecular weight polymer concentration-viscosity curve

圖5、6 表明，污水處理成中水配制聚合物與清水配制聚合物溶液濃度-粘度變化規(guī)律相當(dāng)。

2.2.5 配制聚合物溶液母液熟化時間

圖7 中分聚合物母液粘度曲線Fig.7 Molecular weight of polymer mother liquid viscosity curve

圖8 超高分聚合物母液粘度曲線Fig.8 Ultra-high molecular weight polymer mother liquid viscosity curve

圖7、8 表明，污水處理成中水配制聚合物與清水配制聚合物母液，熟化時間相當(dāng)。

2.2.6 配制聚合物溶液流變規(guī)律

圖9 中分聚合物體系流變性能Fig.9 Rheological properties of The molecular weight of

圖10 超高分聚合物體系流變性能Fig.10 Rheological properties of ultra-high molecular weight polymer system

圖9、10 表明，污水處理成中水配制聚合物與清水配制聚合物溶液流變規(guī)律相當(dāng)。

3 結(jié)論

生活污水處理廠出水不能直接用于替代清水用于3 次采油聚合物的配制，污水的礦化度、離子都會對其配聚粘度造成一定的影響。研究發(fā)現(xiàn)，生活污水中Ca2+、Mg2+、Fe2+對配制聚合物溶液粘度影響最大，是影響配聚粘度的主要因素，其它離子成分是影響配聚粘度的次要因素。由于生活污水處理廠來水比較穩(wěn)定礦化度全年波動不大，因此，生活污水處理成中水替代清水配聚使用時礦化度波動變化的對應(yīng)用的影響可以忽略。

生活污水處理廠出水經(jīng)處理后降低Ca2+、Mg2+、Fe2+含量可以得到配聚用中水，中水的各項(xiàng)應(yīng)用性能指標(biāo)均滿足三次采油聚合物溶液配制的要求，完全可以替代清水用于配聚。中水替代清水配制3 次采油用的聚合物溶液，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約了清水資源，降低注聚開發(fā)成本。

［1］胡博仲.聚合物驅(qū)采油工程［M］.北京石油工業(yè)出版社，1997.1-31.

［2］郭萬奎，程杰成，廖廣志.大慶油田三次采油技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2002，21（3）:1-7.

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