含起泡劑的氣田采出水特性研究

景 娜

(大慶油田工程有限公司，黑龍江 大慶 163712)

泡沫排水采氣是利用表面活性劑的起泡性而發展的一種技術，通過向井底礦化水中引入一些具有特殊功能的表面活性劑和高分子聚合物，使其在氣液兩相混合垂直流動過程中，產生泡沫、分散、減阻、洗滌等多種物理-化學效應，減小井筒中“滑脫損失”，提高氣流垂直舉液能力，達到排水采氣的目的[1]。常用的起泡劑是異極性的表面活性物質，分子的一端是非極性的烴基，而另一端則是親水性較強的極性基，通常具有較強的親水性和較高的HLB，在溶液中可降低液體的界面張力而使泡沫穩定[2]。泡沫排水采氣過程中產生的廢水不僅含有懸浮固體等污染物，還含有起泡劑等表面活性劑。

徐深氣田采出水主要來自天然氣開采過程中隨氣體帶出的地層水，成分復雜、礦化度及SS含量較高、含起泡劑等有機物。處理過程中易再次產生泡沫且難以去除，影響水處理效果。

為了進一步提高懸浮物的處理效果，作者以實驗室模擬含起泡劑的氣田采出水水樣為研究對象，研究了其自然沉降特性和在絮凝劑存在下的沉降特性，并考察了起泡劑含量對氣田采出水絮凝沉降特性的影響。

1 實驗

1.1 水樣及儀器

現場水樣：含起泡劑和不含起泡劑，采自徐深氣田。

模擬水樣：根據現場含起泡劑氣田采出水的水質特點，自行配制。

恒溫變速攪拌器，懸浮固體測定儀，Multisizer全自動顆粒粒度分析儀，粘度測定儀，Zeta電位測定儀，表面張力測試儀，電子分析天平等。

1.2 氣田采出水的水質特點

現場不含起泡劑與含起泡劑的氣田采出水的參數平均值見表1。

表1 不含起泡劑與含起泡劑的氣田采出水性質對照表

由表1可知，氣田采出水受所加起泡劑的影響，表面張力下降，說明水的乳化程度增大；Zeta電位偏低，即電負值較大，表明污水體系更穩定。

1.3 模擬水樣的配制

含起泡劑的氣田采出水的乳化程度高是其難于處理的根本原因，因此在配制水樣時盡量考慮對污水處理效果最不利的條件。在水樣中加入鈉、鈣、鎂、氯等離子及起泡劑，可體現污水的礦化度。硅藻土懸浮液是一種多分散性的混合液，ξ電位為負值，即懸浮顆粒帶負電荷，在水樣中加入硅藻土可體現污水中懸浮固體的存在及其乳化性。因此，實驗模擬水樣按此配制，即：大慶基準鹽水+2%硅藻土+(0.03%～0.4%)起泡劑。

1.4 方法

1.4.1 絮凝劑的選擇

取6個250 mL的燒杯分別注入200 mL模擬水樣(2%硅藻土，0.2%起泡劑)，加入不同用量的絮凝劑聚合氯化鋁(PAC)，快速(200 r·min-1)攪拌1 min，然后加入3 mg·L-1的聚丙烯酰胺(PAM)，慢速(55 r·min-1)攪拌10 min，停止攪拌，靜置沉降4 h，取上清液面下5 cm處水樣進行測試分析。

1.4.2 氣田采出水的沉降實驗

取6個250 mL燒杯分別注入200 mL模擬水樣(2%硅藻土，0.2%起泡劑)，快速攪拌下加入PAC絮凝劑380 mg·L-1，快速(200 r·min-1)攪拌1 min，然后加入3 mg·L-1PAM助凝劑，慢速(55 r·min-1)攪拌10 min，停止攪拌。靜置沉降過程中在0.5 h、1 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h時用注射器取上清液面下5 cm處水樣進行測試分析，同時做空白實驗。

1.4.3 起泡劑對氣田采出水的絮凝沉降特性的影響

向模擬水樣配加不同量的起泡劑(硅藻土含量固定為2%)，得一系列不同起泡劑含量的模擬水樣，快速攪拌下加入一定量PAC絮凝劑，快速(200 r·min-1)攪拌1 min，然后加入3 mg·L-1PAM助凝劑，慢速(55 r·min-1)攪拌10 min，停止攪拌，靜置沉淀4 h，取上清液面下5 cm處水樣進行測試分析，確定最佳處理效果下不同起泡劑含量水樣的加藥量。

2 結果與討論

2.1 絮凝劑PAC用量的確定

通過投加適量的絮凝劑使顆粒脫穩是混凝發生的首要條件。前期的實驗數據表明，單獨使用PAC處理此類廢水，用藥量大，加入藥劑后產生的絮體較小、沉降性能差。PAC具有較大的分子量，分子鏈比較長，而陽離子絮凝劑PAM具有大量的酚羥基，這些酚羥基在與PAC中的水合鋁離子進行絡合作用時形成一定數量的配體，從而在PAC的分子鏈上接上了陽離子化合物。這種既有較長的分子鏈，又在鏈節上具有較高陽離子度的物質比較適合作為絮凝劑來進行水處理。因此，本實驗選用PAC-PAM混合絮凝劑處理氣田采出水，PAC用量對絮凝沉降效果的影響見圖1。

圖1 PAC用量對絮凝沉降效果的影響

由圖1可知，隨著PAC用量的增加，剩余SS含量逐漸降低，絮凝效果變好，這說明需要足夠的正電荷才能保證電中和作用，使硅藻土懸浮液的粒子絮凝沉降。當PAC用量為380 mg·L-1時，絮凝效果最佳，SS去除率達到94.74%。但當PAC用量繼續增加時，剩余SS含量反而略有增高，SS去除率也呈下降趨勢，且上清液中懸浮有不同程度的小絮體。這可能是因為電荷密度過大使顆粒表面電荷變負。因此，針對起泡劑含量為0.2%的模擬氣田采出水，確定PAC最佳用量為380 mg·L-1左右。

2.2 氣田采出水的沉降性能(圖2)

圖2 SS含量與靜沉時間關系曲線

由圖2可以看出，與不含起泡劑的氣田采出水相比，含起泡劑的氣田采出水沉降性能不好，在相同的時間里SS去除率明顯低于不含起泡劑的氣田采出水。隨著沉降時間的延長，SS值的曲線沒有出現明顯的轉折，說明模擬水樣的沉降速率緩慢，含起泡劑的氣田采出水的自然沉降性能不理想。自然沉降4 h后，由于水樣中起泡劑的存在，繼續延長沉降時間上清液SS變化幅度不大。

由圖2還可知，投加絮凝劑后的SS值變化規律與自然沉降基本相似，即在4 h后，曲線趨于平緩，但是投加絮凝劑能提高采出水的沉降速率，縮短處理時間。投加絮凝劑后SS去除率明顯增大，這是由于混合絮凝劑PAC-PAM中，既有 PAC水解成多核聚合羥基絡離子與污水中懸浮膠體發生電中和、吸附、卷掃作用，又有PAM通過其鏈狀分子的吸附架橋網捕作用，有效提高絮粒尺寸，故沉降速度快。隨沉降時間的繼續延長，SS去除率變化已不太明顯，當沉降時間由4 h延長至12 h時，SS去除率略微增大，SS含量由26.1 mg·L-1減少到5.2 mg·L-1，更接近注水指標。

2.3 起泡劑含量對氣田出水絮凝沉降特性的影響(圖3、表2)

圖3 起泡劑含量對絮凝沉降效果的影響

表2 起泡劑含量對氣田采出水性質的影響

由圖3可知，不含起泡劑的氣田采出水較容易處理，在45 mg·L-1PAC條件下沉降4 h，就可以達到回注水的標準。對于含起泡劑的氣田采出水，隨著起泡劑含量的增大，曲線的斜率也越大，呈不斷增大的趨勢，即隨著起泡劑含量的增大，需要的加藥量增加，也就意味著起泡劑含量從很大程度上影響氣田采出水沉降性能，加大了氣田采出水處理難度。同時由表2可看出，起泡劑含量在0.40%以下時對污水的粘度和粒徑的影響不大。

3 結論

(1)含起泡劑的氣田采出水的自然沉降性能差，明顯低于不含起泡劑的氣田采出水，而且起泡劑含量越高，其沉降性能越差。投加混合絮凝劑后，其變化規律與自然沉降基本相似，沉降4 h后，繼續延長沉降時間，上清液SS變化幅度不大。但當沉降時間由4 h延長至12 h時，SS去除率略微增大，SS含量由26.1 mg·L-1減少到5.2 mg·L-1，更接近注水指標。

(2)用混合絮凝劑可有效處理起泡劑含量在0.2%以下的氣田采出水，絮凝劑用量在45～380 mg·L-1時，SS去除率在94%以上，但此類氣田采出水的沉降時間比一般氣田采出水長；起泡劑含量在0.2%以上氣田采出水需要考慮選用其它的處理方式。

(3)起泡劑含量在0.40%以下時對污水的粘度和粒徑的影響不大，但是從很大程度上影響其沉降性能，加大了氣田采出水處理難度。

[1] 李農，胡星琪.四川氣田的泡沫排水和解堵用劑及其應用技術研究[D].成都：西南石油學院，2003.

[2] 王云峰，張春光.表面活性劑及其在油氣田中的應用[M].北京：石油工業出版社，1995：138-140.