油田含聚污水懸浮固體測定影響因素及方法改進(jìn)

馬曉強(qiáng) 景 慧

(1.中國石油大慶油田公司質(zhì)量安全環(huán)保部；2.中國石油大慶油田公司質(zhì)量安全環(huán)保監(jiān)督評價(jià)中心)

0 引 言

隨著油田開采的不斷深入，油田三次采油藥劑的日?；褂檬共沙鑫鬯|(zhì)顯著變差，水中懸浮固體含量不斷增高，回注時(shí)極易堵塞油層孔隙，造成地層污染及注水壓力升高，影響油田的開采壽命。目前，大慶油田含聚采出污水懸浮固體測定依據(jù)SY/T 5329—2012《碎屑鹽油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》中的單濾膜過濾法，即在離心泵的作用下，使一定體積的水樣通過已稱至恒重的微孔濾膜(濾膜孔徑：0.45 μm)，過濾水樣后的濾膜分別用蒸餾水洗去含鹽成分，用汽油或石油醚洗去含油成分，截留在濾膜上的物質(zhì)在90℃下烘干至恒重稱重[1]。但在實(shí)際操作中，水樣通過濾膜的時(shí)間長，烘干前濾膜表面滯留水量大，截留在濾膜上的聚合物多，進(jìn)而導(dǎo)致測定結(jié)果重現(xiàn)性差、誤差大。為此，通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，分析測定含聚污水懸浮固體的影響因素，并對測定方法進(jìn)行改進(jìn)。

1 測定含聚污水懸浮固體的影響因素

1.1 殘留聚合物含量的影響

測定油田含聚污水時(shí)，由于采出水中大分子聚合物之間相互搭聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，致使其易吸附和截留在微孔濾膜表面，導(dǎo)致過濾時(shí)間延長。濾膜烘干后仍有一部分聚合物殘留質(zhì)量，從而導(dǎo)致測定結(jié)果偏高，嚴(yán)重影響了懸浮固體測定結(jié)果的準(zhǔn)確性及檢測過程的時(shí)效性[2]。

為了進(jìn)一步考察水中殘留聚合物含量對懸浮固體測定值的影響，選用2 500萬分子量聚合物，用模擬污水定量配制不同濃度的含聚污水，并在一定水樣體積下過濾，測定所需的過濾時(shí)間及懸浮固體含量，結(jié)果見表1。

表1 水中殘留聚合物含量與過濾時(shí)間、懸浮固體含量測定值的關(guān)系

由表1可知，過濾時(shí)間及懸浮固體含量隨著水中殘留聚合物含量的增大而增加。

1.2 聚合物分子量的影響

用模擬污水分別配制分子量為1 900，2 500萬的聚合物水溶液，測試其在相同濃度、相近過濾體積下，所需的過濾時(shí)間及殘留在濾膜上的懸浮固體含量，結(jié)果見表2。

表2 聚合物分子量與過濾時(shí)間、懸浮固體含量測定值的關(guān)系

由表2可知，在相同的殘留聚合物濃度下，過濾溶液所需要的時(shí)間隨著水中殘留聚合物分子量的增大而延長。相比之下，大分子聚合物易截留在濾膜上，堵塞濾孔，延長過濾時(shí)間[3]，導(dǎo)致懸浮固體測定值偏高。

2 懸浮固體測定方法改進(jìn)

為了去除水中殘留聚合物對懸浮固體測定結(jié)果的影響，提高濾膜法測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，篩選、優(yōu)化、提高水中殘留聚合物濾膜通過量的方法是關(guān)鍵。

2.1 高速剪切后測定模擬水中懸浮固體效果分析

采用物理降解方法，使污水中的高分子長鏈通過高速剪切變?yōu)椤捌扑榈亩替湣?，進(jìn)而提高含聚污水透過微孔濾膜的通量。實(shí)驗(yàn)中將模擬污水配制成不同濃度的含聚污水，利用攪拌儀進(jìn)行剪切，攪拌時(shí)間約5 min，測定剪切前后的溶液黏度及懸浮固體含量，結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 剪切前后聚合物黏度變化曲線

圖2 剪切前后懸浮固體含量變化曲線

由圖1、圖2可看出，剪切前的溶液黏度隨著含聚污水濃度的升高而呈上升趨勢，經(jīng)過10 000 r/min剪切5 min后，隨著含聚污水濃度的升高，黏度變化值較穩(wěn)定，接近水的黏度。同時(shí)剪切后的含聚污水中懸浮固體含量測定結(jié)果變小，測定結(jié)果的準(zhǔn)確性顯著提高。

2.2 H2O2氧化后測定模擬水中懸浮固體效果分析

H2O2的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位很高，僅次于高錳酸鉀、次氯酸，在一定條件下可產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的羥基自由基(·OH)，通過提供·OH來氧化水中聚丙烯酰胺(HPAM)[2，4]。

油田常規(guī)污水中的懸浮物粒徑一般大于10-7m，均為飽和的無機(jī)物，遇常規(guī)酸或堿部分發(fā)生反應(yīng)，但遇到中性的氧化劑(如氧)則不發(fā)生氧化還原反應(yīng)。導(dǎo)致含聚污水測定結(jié)果偏高的關(guān)鍵原因是污水中含有HPAM，采用H2O2降解HPAM，分解后只生成O2和H2O，同時(shí)將HPAM降解為非空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，或小到能順利通過濾膜的分子，且不對測定值產(chǎn)生影響，即不能溶解、沉淀或生成其他物質(zhì)，表明使用H2O2降解HPAM，提高含聚污水懸浮固體測定結(jié)果的準(zhǔn)確性從原理上是可行的[2，5]。H2O2加入前后數(shù)據(jù)對比見表3。

表3 H2O2加入前后數(shù)據(jù)對比

由表3可知，采用H2O2降解HPAM，對濾膜的材質(zhì)影響極小，但極大的降低了水中聚合物在濾膜上的殘留，懸浮固體測定值接近空白實(shí)驗(yàn)值10 mg/L(見表1)。說明采用H2O2氧化技術(shù)將HPAM降解為小分子，可以避免聚合物在濾膜上截留，從而提高含聚污水懸浮固體測定值的準(zhǔn)確性。

2.3 雙濾膜法測定模擬水中懸浮固體效果分析

在過濾時(shí)，部分聚合物及納米尺度的顆粒會“卡”在濾膜孔道中，變成濾膜的固有成分，即使蒸餾水多次濾洗也無法去除，進(jìn)而增加了固體懸浮物的截留量。研究表明，可采用雙層濾膜過濾法解決這部分被“卡”在濾膜孔道中的溶解性固體。在使用雙層微孔濾膜過濾時(shí)，濾餅被截，滯留在上層濾膜中，而濾液則正常通過了上、下兩層濾膜，聚合物等溶解性固體均勻分散在上、下兩層濾膜內(nèi)，即溶解性固體在上、下兩層濾膜內(nèi)的滯留量基本相同。而溶解性固體是不能被當(dāng)做固體懸浮物計(jì)算的，所以采用測量下層濾膜的變化量，進(jìn)而獲得上層濾膜中殘留的溶解性固體含量，從而扣除下層濾膜變化量，實(shí)現(xiàn)檢測真正固體懸浮物的目的[6]。雙濾膜法測定含聚污水懸浮固體含量比較見表4。

表4 雙濾膜法測定含聚污水懸浮固體含量比較

由表4可知，下層濾膜均有截留量，且下層濾膜懸浮固體測定值占上層濾膜懸浮固體測定值的比重較大。含聚污水濃度越低，采用雙濾膜法檢測越準(zhǔn)確；濃度高，聚合物分子堵塞上層濾膜孔道后會在其表面富集形成膠黏物，從而導(dǎo)致剩余溶液中聚合物濃度偏低，經(jīng)過下層濾膜的聚合物含量減少，進(jìn)而影響測定結(jié)果。

3 結(jié) 論

1)三元復(fù)合驅(qū)采出污水中高分子聚合物含量、聚合物分子量都對懸浮固體檢測結(jié)果有影響。聚合物含量越高、分子量越大，則懸浮固體檢測結(jié)果偏高幅度越大。

2)預(yù)先對含聚污水進(jìn)行高速剪切，可縮短測定懸浮固體的過濾時(shí)間，同時(shí)可消除水中殘留聚合物在濾膜上的截留。

3)采用H2O2氧化技術(shù)將HPAM降解為小分子，可避免聚合物在濾膜上截留，提高含聚污水懸浮固體測定值的準(zhǔn)確性。

4)雙濾膜法測定含聚污水懸浮固體的方法適合含聚濃度低于200 mg/L的污水，濃度高的含聚污水其聚合物分子堵塞上層濾膜孔道后，會在其表面富集形成膠黏物，導(dǎo)致剩余溶液中聚合物濃度偏低，經(jīng)過下層濾膜的聚合物含量減少，進(jìn)而影響檢測結(jié)果。