含油污水配制HPAM溶液黏度的影響因素試驗研究

中國石油新疆油田分公司實驗檢測研究院

隨著新疆克拉瑪依油田化學驅應用規模的不斷擴大，油田低礦化度的清水水源日益緊張，同時環保壓力也日益增大，因此對三次采油污水進行科學合理利用，在節約水資源、減少環境污染、提高經濟效益方面具有顯著意義。由于污水中含有不同濃度的陰離子和陽離子，水處理添加劑、懸浮物、細菌等[1-6]，直接采用污水配制聚合物溶液將會導致黏度大幅下降，無法起到擴大波及體積、提高采收率的目的[7]。因此，本文通過對影響克拉瑪依油田81#站污水配制聚合物溶液的主要影響因素進行分析，在此基礎上明確了污水配制聚合物溶液的水質指標，同時提出應對措施，以提高污水配制聚合物溶液的黏度。

1 水質分析

對81#站外輸水水質進行不同時間段的分析（表1），以確定81#站水質是否隨著時間的不同而存在波動，同時確定水中的主要成分，以為后續評價聚合物溶液黏度下降的主要因素提供依據。由表1可知，81#站來水水質較穩定，污水中的總鐵、亞鐵、石油類以及其他離子含量基本不隨時間的改變而改變。對比目前七中區二元復合驅中采用污水配液的六九區污水水質分析結果，發現81#站水中礦化度、二價離子、還原性離子以及細菌的含量較高，因此著重對這幾個影響因素進行分析。

表1 81#站不同時間段的水質分析結果Tab.1 Water quality analysis results of Station 81 in different time periods

2 影響因素分析

2.1 金屬陽離子的影響

在相同當量濃度下對比發現（圖1），Ca2+、Mg2+是影響聚合物溶液初始黏度的主要因素，但對長期穩定性影響不大。主要是因為礦化度的增加，壓縮了HAPM的雙電子層，導致分子尺寸減小，黏度降低[8]。

為考察陽離子的降低程度對HPAM溶液黏度的影響，分別配制加入不同濃度的NaCl、CaCl2以及MgCl2后測試HPAM溶液的黏度。實驗結果表明（圖2），NaCl對HPAM溶液的黏度有一定影響，但當NaCl質量濃度達到3 000 mg/L后對聚合物溶液黏度的影響接近最大，即通過降低礦化度提高聚合物溶液黏度的做法將導致經濟效益的大幅下降[9]。

圖1 陽離子濃度對HPAM溶液黏度及長期穩定性影響Fig.1 Effect of cation concentration on viscosity and long-term stability of HPAM solution

圖2 不同濃度NaCl對HPAM溶液黏度的影響Fig.2 Effect of different NaCl concentrations on viscosity of HPAM solution

由圖3可知，在鈣、鎂離子濃度大于50 mg/L后，黏度保留率僅為50%，因此要求81#站水中鈣、鎂離子質量濃度＜50 mg/L。

2.2 還原性離子的影響

不同濃度的Fe2+、S2-對HPAM溶液黏度及長期穩定性的影響見圖4、圖5。微量的Fe2+、S2-的加入，對HPAM溶液的初始黏度產生顯著影響，同時對長期穩定亦有明顯影響。這主要是由于還原性離子的加入不但壓縮了HPAM溶液的雙電子層，同時破壞了HPAM的網絡狀結構，導致了分子鏈的斷裂，因此，不但降低了初始黏度同時也降低了長期穩定性。

圖3 Ca2+、Mg2+濃度對HPAM溶液黏度的影響Fig.3 Effect of Ca2+ and Mg2+ concentration on viscosity of HPAM solution

圖4 還原性離子濃度對HPAM溶液黏度的影響Fig.4 Effect of reducing ion concentration on viscosity of HPAM solution

圖5 Fe2+、S2-對HPAM溶液長期穩定性影響Fig.5 Effects of Fe2+and S2-concentration on long-term stability of HPAM solution

油田污水中常見的細菌有硫酸鹽還原菌（SRB）、鐵細菌（FB）以及腐生菌（TGB），分別考察三種細菌對HPAM溶液黏度的影響（表2）。從表2可以看出：細菌的加入對HPAM溶液初始黏度影響不大；隨著老化時間的延長，FB、TGB降解速率小，而SBR對HPAM溶液黏度影響大，要求水中SRB數量小于10 mL-1。

2.3 細菌的影響

2.4 其他類的影響

除了上述主要影響因素外，81#站水中還有石油類以及懸浮物，分別考察石油類和懸浮物濃度對HPAM溶液黏度的影響（圖6、圖7）。石油類對HPAM溶液黏度影響不大，但是懸浮物的質量濃度在大于20 mg/L以后，HPAM溶液的黏度下降幅度較大，這與目前的油田注水水質指標一致。

圖6 懸浮物濃度對HPAM溶液黏度的影響Fig.6 Effect of suspended solids concentration on viscosity of APAM solution

表2 細菌對HPAM溶液黏度的影響Tab.2 Effect of bacteria on viscosity of HPAM solution

圖7 石油類對HPAM溶液黏度的影響Fig.7 Effect of petroleum on viscosity of HAPM solution

2.5 配聚用水水質指標的確立

基于以上分析結果，明確了適用于81#站污水配制HPAM溶液的水質指標，具體結果見表3。該指標的建立，為后續水處理提供了參考。

表3 適用于81#站污水配制HPAM溶液的水質指標Tab.3 Water quality index suitable for HPAM solution preparation with the sewage water in Station 81

2 水質處理對策研究

根據上述水質指標中明確的具體參數，對81#站水處理主要針對還原性離子，Ca2+、Mg2+以及硫酸鹽還原菌。因此選擇采用向污水中投加Na2CO3和NaOH的方法將Ca2+和Mg2+轉變成CaCO3和Mg(OH)2沉淀而去除，處理后污水中Ca2+和Mg2+質量濃度可分別降至5 mg/L以下，處理每立方米水約產生0.4 kg的沉淀物，處理后的沉淀物經過含油檢測合格后用于鋪設油田內部公路或平整井場使用[10-12]。81#站污水中硫酸鹽還原菌數量較高，前期的曝氣在一定程度上可以暫時抑制硫酸鹽還原菌的活性，但不能將其完全殺滅，因此除Ca2+和Mg2+后的污水需要通過投加殺菌劑的方式，去除和更大程度上抑制硫酸鹽還原菌活性。本實驗選擇非氧化性殺菌劑甲基異噻唑啉酮進行殺菌，具體處理工藝參數及處理成本見表4。

81#站污水經以上工藝處理前后水質指標對比見表5。

表4 81#站污水處理工藝參數及處理成本Tab.4 Process parameters and treatment cost of the sewage in Station 81

表5 81#站污水處理各工藝段水質Tab.5 Water quality of each process section of sewage treatment in Station 81

通過對比發現，81#站污水經處理后，配制的HPAM溶液黏度提高30%，90天黏度保留率可達80%（圖8）。同時藥劑成本3.1元/t，小于購買工業清水4.22元/t的處理成本。

圖8 處理前后水質對HPAM溶液黏度及長期穩定性的影響Fig.8 Effect of water quality before and after treatment on the viscosity and long-term stability of HPAM solution

3 結論

（1）影響HPAM溶液黏度及長期穩定性的主要因素有礦化度、還原性離子以及細菌。

（2）在分析了各因素對HPAM溶液影響的程度基礎上，確定了配聚用水的水質指標。

（3）采用“好氧生化-除鈣鎂-殺菌-過濾-真空除氧”工藝對污水進行處理后，配制的聚合物溶液初始黏度提高30%，90天黏度保留率可達80%，噸聚處理藥劑成本3.1元，取得了良好的經濟效益。