海上油田含聚污水用清水劑性能評價方法

翟　磊，靖　波，王秀軍，檀國榮，張　?。?.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室，北京100028；2.中海油研究總院，北京100028）

海上油田含聚污水用清水劑性能評價方法

翟磊1，2，靖波1，2，王秀軍1，2，檀國榮1，2，張健1，2
（1.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室，北京100028；2.中海油研究總院，北京100028）

海上聚合物驅(qū)采油污水成分復(fù)雜、乳化程度高、處理難度大，對清水劑的性能提出了更高要求，傳統(tǒng)的清水劑性能評價方法已無法滿足要求。分析了傳統(tǒng)清水劑性能評價方法中存在的不足，結(jié)合海上油田現(xiàn)場采出液處理問題，分別從評價條件、水質(zhì)性能、絮體性能、溶解及配伍性能方面探討了海上油田含聚污水用清水劑的評價指標(biāo)及方法，并提出對清水劑的絮體黏附性和流動性等應(yīng)給予關(guān)注。

海上油田；含聚污水；清水劑；評價方法

聚合物驅(qū)作為一種有效提高采收率的技術(shù)，在陸地油田和渤海油田已得到應(yīng)用。與傳統(tǒng)的水驅(qū)采出液相比，聚合物驅(qū)采出液黏度大、成分復(fù)雜、油水界面膜強度高、乳狀液穩(wěn)定性強，導(dǎo)致油水分離難度大大增加〔1-3〕。特別是在污水處理環(huán)節(jié)，清水劑（又稱絮凝劑）與含聚污水中的產(chǎn)出聚合物發(fā)生反應(yīng)，可生成大量黏性油泥，影響了設(shè)備運行效率及污水處理效果〔4-6〕。對于海上注聚油田，由于存在空間狹小、流程時間短等諸多限制，含聚污水的處理難度更大、要求更高。

目前，關(guān)于油田污水處理用清水劑的性能評價方法較少，評價指標(biāo)也較為單一，而且尚無針對含聚污水用清水劑的評價方法〔7-13〕。由于海上油田含聚污水處理要求苛刻〔14-15〕，含聚污水處理用清水劑的性能評價方法與傳統(tǒng)方法有很大不同，已有的評價指標(biāo)和方法已不能滿足現(xiàn)場使用要求，迫切需要針對海上油田含聚污水用清水劑的性能評價指標(biāo)及方法。

筆者結(jié)合海上油田含聚污水特點和含聚污水用清水劑的技術(shù)要求，對傳統(tǒng)采出液處理劑（清水劑和破乳劑）性能評價標(biāo)準(zhǔn)中的指標(biāo)、方法和存在的不足進行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了指標(biāo)的補充和方法的改進，并分別從實驗評價條件、水質(zhì)性能、絮體性能、溶解及配伍性能方面探討了海上油田含聚污水用清水劑的評價指標(biāo)和方法，以期為海上油田含聚污水用清水劑的科學(xué)評價和攻關(guān)方向提供參考。

1　海上油田含聚污水用清水劑性能要求

1.1海上油田含聚污水的特點

與傳統(tǒng)水驅(qū)含油污水相比，聚合物驅(qū)含油污水的處理難度大，呈現(xiàn)以下特點：

（1）污水黏度大，水中膠體顆粒的穩(wěn)定性增強，污水處理沉降時間延長。

（2）污水含油量高，油水乳化嚴(yán)重，呈復(fù)雜的油包水、水包油、油包水包油等狀態(tài)。

（3）污水組成成分復(fù)雜、懸浮物含量高，除石油烴類、固體顆粒、無機鹽和細菌等常規(guī)采油污水含有的物質(zhì)外，還含有水解程度高、電負性強的產(chǎn)出聚丙烯酰胺類聚合物。

（4）污水中油滴初始粒徑小，油水密度差小，不利于聚并和浮升，油水分離難度增大。

（5）污水中的殘留聚合物與油水界面膜的活性物質(zhì)發(fā)生作用，增大了界面膜間的排斥力及空間阻力，使油水界面水膜強度增大；同時陰離子聚合物使油水界面電荷大大增強，油珠聚并困難。

1.2海上油田含聚污水用清水劑的技術(shù)要求

含聚污水的上述特點給陸地及海上注聚油田的采出液處理帶來了挑戰(zhàn)。對于海上油田含聚污水用清水劑而言，除具備常規(guī)清水劑的基本性能外，還需要滿足以下技術(shù)要求：

（1）作用時間短，起效速度快，溶解分散性及與其他藥劑配伍性好。

（2）處理更高含油污水（>2 000mg/L）后的出水水質(zhì)達到規(guī)定要求。

（3）處理含聚污水后不產(chǎn)生黏性油泥問題。

在公開文獻報道中尚無可同時滿足上述要求的含聚污水用清水劑。一方面，隨著技術(shù)要求的提高，含聚污水用高效清水劑的更新?lián)Q代需要時日；另一方面，公開的文獻、標(biāo)準(zhǔn)中沒有針對海上油田含聚污水用清水劑的評價方法和標(biāo)準(zhǔn)，使得新型藥劑的研發(fā)缺少指導(dǎo)，攻關(guān)方向不明確。因此，針對含聚污水的特點，制定海上油田含聚污水用清水劑的性能評價標(biāo)準(zhǔn)具有重要的現(xiàn)實需求和指導(dǎo)意義。

2　傳統(tǒng)清水劑性能評價方法及標(biāo)準(zhǔn)中存在的不足

目前，由于沒有針對海上油田含聚污水用清水劑的性能評價標(biāo)準(zhǔn)，因此在進行相關(guān)清水劑實驗時只能借鑒參考傳統(tǒng)陸地油田采出液用清水劑（絮凝劑）甚至破乳劑的性能評價標(biāo)準(zhǔn)，例如《絮凝劑評定方法》、《水的混凝、沉淀試杯試驗方法》、《水包油乳狀液破乳劑使用性能評定方法》等。其中部分評價指標(biāo)和方法對海上油田含聚污水用清水劑有一定的參考性，但均存在不同程度的問題和欠缺。

2.1《絮凝劑評定方法》（SY/T 5796—1993）

該標(biāo)準(zhǔn)采用燒杯沉降試驗法評定絮凝劑的絮凝效果，即將絮凝劑或混凝劑加入到水樣中，經(jīng)快速攪拌和慢速攪拌后觀測絮團形成時間、絮團尺寸大小、沉降時間和絮團沉積層外觀，必要時取上清液進行懸浮固體含量等的分析，以此來對絮凝劑進行評價。該標(biāo)準(zhǔn)考慮到了對藥劑起效時間（即絮凝時間）、絮團沉降速度、絮團沉積層厚度和外觀的評定，并對藥劑作用后的絮體性能考察給予了一定關(guān)注，但仍存在以下問題：

（1）實驗對水樣攪拌時間長，不符合海上油田對采出液的快速處理要求。

（2）未明確絮凝劑種類、用量評定范圍，及用于判定產(chǎn)品優(yōu)劣的技術(shù)指標(biāo)。

（3）該標(biāo)準(zhǔn)方法中涉及到絮團的沉降時間和沉積層厚度，但對大多數(shù)有機絮凝劑，在含油量較高的條件下，絮團并非下沉而是上浮，因此絮團評價方法需要相應(yīng)調(diào)整。

（4）對藥劑作用后絮團的流動性或黏附性未予考慮。

（5）對處理后水體的含油量、水色等沒有給出明確的評定指標(biāo)。

（6）對藥劑與其他水處理劑的配伍性沒有給出明確的評定指標(biāo)。

2.2《水的混凝、沉淀試杯試驗方法》（GB/T 16881—2008）

該標(biāo)準(zhǔn)采用的方法與《絮凝劑評定方法》（SY/T 5796—1993）基本相似，評價指標(biāo)同樣包含絮體出現(xiàn)時間、絮體大小、沉降時間等，并補充了藥劑用量、加藥順序及處理后水樣的濁度和色度指標(biāo)，但沒有給出明確的評判標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)存在以下不足：

（1）實驗對水樣攪拌時間長，不符合海上油田對采出液的快速處理要求。

（2）該標(biāo)準(zhǔn)方法不適于絮體上浮藥劑的性能評價，絮體評價方法需要調(diào)整。

（3）對絮體流動性或黏附性未予考慮。

（4）對藥劑與其他水處理劑的配伍性沒有給出明確的評定指標(biāo)。

2.3《油田水處理用絮凝劑技術(shù)規(guī)范》（Q/SY 90—2012）

該標(biāo)準(zhǔn)采用的方法原理：用量筒沉降高嶺土懸浮液，沉降一定時間后，吸取指定部位的清液并用分光光度計于650 nm波長下測定吸光度，通過計算加絮凝劑前、后懸浮液吸光度的降低率來評定絮凝劑的絮凝效果。該標(biāo)準(zhǔn)存在以下問題：

（1）該標(biāo)準(zhǔn)測試方法簡單，能夠直觀、定量地表述絮凝效果，但對絮凝劑的性能評價僅靠吸光度變化一個指標(biāo)顯然不夠全面。

（2）采用的高嶺土懸浮液與實際油田含油污水有很大差別，污油的存在會嚴(yán)重影響吸光度的測定，造成較大誤差。

（3）該標(biāo)準(zhǔn)方法中沒有提及對絮凝劑絮體性能的考察。

綜上，該標(biāo)準(zhǔn)更適用于已知絮凝劑處理指定類型污水的性能評價，對新型絮凝劑處理高含油污水等情況不具推廣性。

2.4《水包油乳狀液破乳劑使用性能評定方法》（SY/T 5797—1993）

該標(biāo)準(zhǔn)方法流程：將一定量的破乳劑加入到水包油乳狀液中，經(jīng)充分混合、破乳分離后，根據(jù)水相、油相和界面狀況以及水中含油量評定藥劑性能。

由于用于油田含油污水處理的絮凝劑的使用方法和操作步驟與水包油乳狀液破乳劑類似，因此實際中絮凝劑的性能評價方法常會參考此標(biāo)準(zhǔn)，只是性能評價指標(biāo)有所不同。該標(biāo)準(zhǔn)明確了評價實驗所用水樣量、加藥振蕩方式和次數(shù)，對絮凝劑性能評價有一定參考意義。

2.5《原油破乳劑使用性能檢測方法（瓶試法）》（SY/T 5281—2000）

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用瓶試法檢測原油破乳劑使用性能的方法，即通過記錄不同時間脫出水量，觀察脫出的污水顏色及油水界面狀況，測定凈化油含水率及污水含油量來評價破乳劑的使用性能。

該標(biāo)準(zhǔn)與《水包油乳狀液破乳劑使用性能評定方法》（SY/T 5797—1993）相似。室內(nèi)采用瓶試法對清水劑性能進行評價時，該標(biāo)準(zhǔn)的實驗評價條件對于清水劑的評價具有一定的參考意義，但該標(biāo)準(zhǔn)的藥劑性能評價指標(biāo)和方法是針對破乳劑，與清水劑的性能評價指標(biāo)和方法有本質(zhì)區(qū)別。

2.6《原油破乳劑質(zhì)量檢驗方法》（Q/HS2020—2014）

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了原油破乳劑質(zhì)量檢測的技術(shù)要求、檢測方法和檢測規(guī)則。該標(biāo)準(zhǔn)采用的方法、流程與《原油破乳劑使用性能檢測方法（瓶試法）》（SY/T 5281—2000）基本類似，明確了油溶性和水溶性原油破乳劑的性能指標(biāo)，并強調(diào)藥劑實驗時間的確定應(yīng)充分考慮原油在現(xiàn)場流程內(nèi)熱化學(xué)脫水的有效停留時間。該標(biāo)準(zhǔn)的實驗評價條件對清水劑的評價具有一定參考意義，但該標(biāo)準(zhǔn)針對破乳劑的性能評價指標(biāo)和方法，不適用于清水劑的評價。

2.7小結(jié)

綜上所述，傳統(tǒng)陸地油田采出液用清水劑或破乳劑的評價標(biāo)準(zhǔn)無法滿足海上油田含聚污水用清水劑的性能評價要求，存在的不足可歸納以下3點：

（1）由于陸地油田與海上油田在采出液處理時間和空間上均存在巨大差異，兩類油田回注水的指標(biāo)也有所不同，因此傳統(tǒng)陸地油田采出液用清水劑評價標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)清水劑的實驗評價條件、方法均與海上油田有較大差別。

（2）傳統(tǒng)的陸地油田采出液用清水劑評價標(biāo)準(zhǔn)主要適用于傳統(tǒng)水驅(qū)油田的采出污水，處理情況相對簡單，而含聚污水導(dǎo)致油水處理難度大大增加，為了達到有效的處理效果，對清水劑的性能考察要求更為全面，傳統(tǒng)的評價標(biāo)準(zhǔn)無法予以滿足。

（3）由于缺乏針對含聚污水用清水劑的評價標(biāo)準(zhǔn)，研究人員在參考已有采出液處理劑各項標(biāo)準(zhǔn)時，由于各項指標(biāo)和方法存在較大區(qū)別，引用較為混亂、無法統(tǒng)一，導(dǎo)致對于清水劑產(chǎn)品的性能無法進行有效對比〔16-22〕。

3　海上油田含聚污水用清水劑性能評價指標(biāo)及方法

鑒于傳統(tǒng)的清水劑（絮凝劑）或破乳劑評價標(biāo)準(zhǔn)均無法完全適用于海上油田含聚污水用清水劑，需要根據(jù)海上油田含聚污水的特點和油田現(xiàn)場具體處理要求，建立專門的清水劑性能評價指標(biāo)及方法。針對傳統(tǒng)油田水處理用清水劑評價標(biāo)準(zhǔn)中存在的不足，分別從實驗評價條件、水質(zhì)性能及絮體性能考察等方面提出了改進方法和建議。

3.1實驗評價條件

3.1.1評價時間

與陸地油田相比，海上油田采出液處理量大、流程處理時間短。因此，實驗時清水劑的考察時間應(yīng)相應(yīng)縮短，確保與現(xiàn)場流程內(nèi)的有效停留時間相一致。

3.1.2評價方式

藥劑的混合方式可采用杯罐式機械攪拌或人工振晃。采用機械攪拌時，轉(zhuǎn)速的選擇要求要保證絮體可均勻地懸浮，以形成的絮團不被破碎為宜。如果條件具備，建議采用與現(xiàn)場流程條件更為匹配的動態(tài)流動模擬系統(tǒng)進行動態(tài)效果評價。

此外，進行室內(nèi)評價實驗時由于受油水樣品限制，多采用藥劑稀釋加藥的方式，而現(xiàn)場應(yīng)用時為藥劑原液加注，二者的評價效果會因藥劑的溶解性而存有差異。建議增加大瓶（1 L及以上級別）實驗，以考察藥劑原液效果。

3.2水質(zhì)性能考察

3.2.1含油量

對于處理后污水含油量的測定，可參考《海上碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》（Q/HS 2042—2008）。該標(biāo)準(zhǔn)中萃取溶劑正己烷的加入體積為100mL水樣中加入5mL，適用于含油量較低的情形。含聚污水中的懸浮油和乳化油較多，應(yīng)適當(dāng)加大萃取劑的用量，對測試值進行相應(yīng)換算即可。

3.2.2懸浮固體含量

對于處理后污水懸浮固體含量的測定，可參考《海上碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》（Q/HS 2042—2008）或《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》（SY/T 5329—2012）。對于含聚污水，產(chǎn)出聚合物的存在可能會對懸浮固體含量的測定產(chǎn)生影響，因此在測試前應(yīng)先將含聚污水樣品在恒溫水?。? 60℃）中放置一段時間，之后再進行抽濾測定。

3.2.3水色

水色是表征污水處理情況的一個定性、直觀的指標(biāo)，可反映污水處理后的潔凈度。對于處理后污水水色的測定，可參考《水包油乳狀液破乳劑使用性能評定方法》（SY/T 5797—1993）。污水的水色可半定量分為4個等級：

（1）1級：效果好，水干凈，水色清，含油質(zhì)量濃度<100mg/L。

（2）2級：效果較好，水較干凈，水色呈淺黃或微黃，含油質(zhì)量濃度介于100~500mg/L。

（3）3級：效果差，水不干凈，水色呈黃色或棕色，含油質(zhì)量濃度>500mg/L。

（4）4級：效果很差，水色呈深棕色或黑色，含油量與原污水樣相似。

3.2.4濁度（或吸光度）

濁度可以用來衡量樣品的透明性。污水的濁度通常是由水中的懸浮物（泥土、有機雜質(zhì)等）、乳化油等引起，因此通過測定處理后污水的濁度可間接反映污水中的懸浮物、油滴去除情況。濁度的測定可參考《油田水分析方法》（SY/T 5523—2006），應(yīng)在現(xiàn)場取樣后盡快完成測定，以免帶來人為誤差。

3.3絮體性能考察

3.3.1絮體起效時間

絮體起效時間為加入藥劑后絮體首次明顯形成的時間，該指標(biāo)可反映清水劑作用的快慢。海上油田現(xiàn)場條件要求清水劑的起效時間短（即見效快）、作用速度快。

3.3.2絮體上浮速度（或沉降速度）

在燒杯實驗時停止攪拌，或在試瓶實驗時停止搖晃后，絮體上浮形成懸浮絮團或下沉于底部形成絮團沉積層的快慢，可通過上浮速度或沉降速度來表征。海上油田現(xiàn)場條件要求絮體在生成后盡快上浮。

3.3.3絮團尺寸大小

絮團尺寸為絮體上浮形成懸浮絮團或下沉形成絮團沉積層的尺寸，包括絮團的平面尺寸大小及縱向厚度，其測定可參考《絮凝劑評定方法》（SY/T 5796—1993）。絮團平面尺寸大小可定性評定為“小、較小、較大、大”4個等級；縱向厚度反映絮體層的致密松散程度，可定性評定為“松散、較松散、較致密、致密”4個等級。

3.3.4絮體黏附性

清水劑選擇不當(dāng)會導(dǎo)致采出液中產(chǎn)出聚合物失穩(wěn)，進而帶來黏性“油泥”問題，目前海上注聚油田已經(jīng)出現(xiàn)了較嚴(yán)重的黏性“油泥”堵塞問題。因此，絮體黏附性應(yīng)是含聚污水用清水劑性能考察的重點指標(biāo)之一。絮體的黏附性在實際流程中體現(xiàn)為對金屬內(nèi)壁的黏附情況，實驗中可采用旋轉(zhuǎn)黏度計（椎板式）對絮體層的黏附性進行評定，測定的旋轉(zhuǎn)黏度值可反映絮體的黏性阻力。

3.3.5絮體流動性

絮體的流動性是絮體性能的另一個重要指標(biāo)，與絮體的黏附性互為對應(yīng)。絮體的流動性好，其黏附性相應(yīng)較低?？刹捎眯躞w在金屬表面的沖刷實驗進行定性評定，實驗溫度應(yīng)與流程中實際流動溫度保持一致。

3.4綜合性能考察

除清水劑的本體性能考察外，考慮藥劑實際使用情況，應(yīng)對清水劑的綜合性能進行評定。

3.4.1溶解性能

清水劑的溶解性是藥劑應(yīng)用性能的重要指標(biāo)之一，溶解性能不好，會導(dǎo)致藥劑在油水中的分散性差，進而影響污水處理效果。不同類型的清水劑在油水中的溶解性有較大差異，通常陽離子型清水劑的溶解性較好；而非離子型清水劑的溶解性較差，且存在濁點溫度，溶解性受溫度影響明顯。評價實驗應(yīng)對清水劑藥劑原液和稀釋液的溶解性進行評定，實驗溫度應(yīng)與實際流程溫度一致。

3.4.2配伍性能

清水劑與采出液處理系統(tǒng)其他藥劑的配伍性是應(yīng)用性能的另一重要指標(biāo)，各藥劑的加入應(yīng)以互不影響本體性能和溶解性能為原則。油田污水及原油處理系統(tǒng)中加入的藥劑種類較多，包括殺菌劑、阻垢劑、防腐劑等，實驗可采用藥劑互相滴加反應(yīng)看是否產(chǎn)生明顯沉淀或不溶物來直觀評定，對于有明顯不良反應(yīng)的不同藥劑，應(yīng)進一步進行藥劑同時存在情況下各自的本體性能評價。

4　結(jié)果討論

海上油田含聚污水成分復(fù)雜、處理難度大，對清水劑的性能提出了更為苛刻的要求。傳統(tǒng)的清水劑性能評價標(biāo)準(zhǔn)主要適用于傳統(tǒng)水驅(qū)油田的采出污水，無法滿足海上油田現(xiàn)場使用要求?；诤Ｉ嫌吞锩媾R的油水處理難題和黏性“油泥”問題，海上油田含聚污水用清水劑性能評價方法的制定思路可歸納為以下3點：

（1）針對含聚污水含油量高、成分復(fù)雜的特點，應(yīng)對回注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中要求的含油量、懸浮固體含量進行更科學(xué)、更全面的評價，可將處理后污水的水色與含油量進行半定量分級對應(yīng)，并對水體濁度進行考察。

（2）針對注聚油田面臨的黏性油泥問題，應(yīng)重視對絮體性能的考察，包括絮體起效時間、絮體上浮速度、絮團尺寸大小等，并重點對絮體黏附性、流動性進行評定，通過絮體黏度和金屬壁耐沖刷性等指標(biāo)來直觀表征清水劑處理后可能產(chǎn)生的油泥情況。

（3）鑒于不同類型清水劑的溶解性能有較大差異，且油田污水及原油處理系統(tǒng)中加入的藥劑種類較多，應(yīng)對清水劑的溶解性能以及與其他藥劑的配伍性能進行考察。

綜上所述，對海上油田含聚污水用清水劑的性能評價指標(biāo)、方法的探討和建立，不僅具有迫切的生產(chǎn)實際意義，還對含聚污水用清水劑的攻關(guān)方向具有重要指導(dǎo)意義。

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Methods for the evaluation of the performance ofwaterclarifier applied to polymer-containingwastewater in offshore oilfields

Zhai Lei1，2，Jing Bo1，2，Wang Xiujun1，2，Tan Guorong1，2，Zhang Jian1，2
（1.State Key Laboratory ofOffshore Oil Exploitation，Beijing 100028，China；2.CNOOCResearch Institute，Beijing100028，China）

Since the polymer flooding oil-produced wastewater in offshore oilfield is characterized by complicated components，high emulsification degree，high difficulty in its treatment，higher requirements for the performance of water clarifiers isproposed.Itis impossible for the traditionalwater clarifier performance evaluationmethods tomeet the requirements.The disadvantages existed in the traditional water clarifier performance evaluation method are analyzed.Combiningwith the produced liquid treatmentproblem，theevaluation indexesandmethods ofwater clarifierapplied to polymer-containingwastewater in off-shore oilfieldsare discussed，in the aspects ofevaluation conditions，waterquality performance，floc capacity，dissolvingand compatibility capacity，etc..Itisproposed thatattention should be paid to the adhesivenessand liquidity ofwater clarifiers.

offshoreoilfield；polymer-containingwastewater；water clarifier；performanceevaluationmethods

TE992.2；TE357

A

1005-829X（2016）10-0015-05

翟磊（1985—），博士，油田化學(xué)工程師。電話：010-84524035，E-mail：zhailei@cnooc.com.cn。

2016-06-02（修改稿）