聚合物驅油技術作為3次采油的重要方法 之一，在大慶油田己開始大面積推廣應用[1’2]. 2000年大慶油田聚合物驅采油達8. 8X 106t聚 合物驅累計產油3. 43 1 8X 107t,是世界最大的 聚合物驅采油工程[3 4].聚合物驅采出液經脫水 后得到含油污水（采出水）污水處理后可回注 地層重復使用[5’q .本研究通過室內試驗，研究 聚丙烯酰胺對聚合物驅含油污水中油水分離特 性的影響，找出聚合物驅含油污水難以處理的 原因，并用橫向流除油器處理聚合物驅含油污 水.

1材料和方法

油樣取自大慶油田采油三廠北三西外輸原 油，含水率小于0. 5% 45 °C下的密度為850kg/ m3,粘度為60. 89 mPa °s.陰離子聚丙烯酰胺 (HPAM)為法國SNF公司生產，相對分子質量 (Mr)分別為 2.72X 106、4X 106、8X 106、1. 3X 107,水解度為25%~30%

1 2礦化水配制方法

根據大慶油田地下水的水質，尤其是聚合 物驅采油區塊的水質分析結果，室內配制礦化 

水的含鹽組成為(mg/L):NaCl 1523，NaHC〇3 2820，Na2C〇3 168. 7， Na2S〇4 10. 5 CaCl2 56 9 MgCl2 06H2〇 35. 5.

1.3模擬含油污水配制方法

(1)在500mL廣口瓶中加入2000mg/L的 HPAM(Mr= 1. 3X 107)100g，再加 1%的表面 活性劑（〇RS-41)20g，補加礦化水至200g恒溫 至45 °C，最后加入45 °C的油樣200g，用瑞士 KINEMATICH公司生產的PT3000型均化儀 以20000r/ min速率乳化5min，制得含油量為 50%的油珠母液，其粒徑中值為3. 89Mm.

(2)在250mL廣口瓶中配制不同含量的聚 合物水樣100g.

(3)向水樣中加入0.4g的油珠母液，用手 搖均制得2000 mg/ L的含油污水.

(4)將制得的污水倒入100mL燒杯中，在 烘箱中以45 °C恒溫沉降4h后，取下清液50 mL，測定含油量等指標.

14粘度測定

粘度測定采用德國HAAKE公司生產的 RS100流變儀(配DG40測試探頭)，在45 °C恒 溫下測定，粘度值為剪切速率-粘度曲線中剪切 速率為10s_1所對應值.

1 5油珠粒徑的測試方法

油珠粒徑測定采用法國CILAS公司生產 的1064L激光粒度分析儀.測定前將500mL的 去離子水裝入燒杯中，水浴加熱至45 °Q然后 加入適量的油珠水樣，用玻璃棒輕輕攪拌均勻， 倒入粒度儀的樣品槽測定其粒徑.

16含油量測定方法——分光光度法

向水樣中加入適量1 :1鹽酸溶液，調至pH =2左右，再加入50mL 120號無鉛汽油萃取 24h，將萃取液裝入比色皿中，用汽油作空白溶 液，在分光光度計TU1001上430nm處測其吸 光度，從標準曲線查出含油量.

1.7顯微鏡觀察油珠沉降試驗

將含油污水加入到比色皿中，放在倒置生 物顯微鏡(型號為XSZ-D型）的載物臺上，顯微 鏡的放大倍數為16X40倍，整個裝置放在恒溫 裝置中恒溫45 ^污水沉降過程中觀察油珠形 態并用攝像機錄制.

2結果與討論

2. 1 HPAM濃度對油水分離特性的影響

在聚合物驅采油過程中，注入HPAM的濃 度為1000mg/L，Mr為1. 4X 107以上，由于地 層的剪切、降解等作用，采出水中聚合物Mr降 為2X 106?5X 106[ 2 7 .由于地下水的稀釋等作 用，采出水中HPAM的濃度相差較大.本研究 選用HPAM的Mr為2. 72X 106,其濃度對污 水粘度和油水穩定性的影響結果見圖1.由圖1 可見，隨著聚合物濃度增加，污水粘度增大，但 對污水含油量的影響出現先降低后升高的規 律，在聚合物的濃度為400mg/L，污水粘度為 1. 298mPa°s時，沉降后的污水含油量最低.

 

Fig. 1 Effect of concentration of 2_ 72X 106 HPAM on sewage viscosity and oil content

Mr為4X 106和8X 106的HPAM濃度和

污水沉降后含油量的關系試驗結果見圖2.從 圖2可見，2. 72X 106聚合物濃度為400mg/L，4 X 106聚合物的濃度為200mg/L，8X 106聚合 物的濃度為100mg/L時，最終含油量最低.隨 著聚合物Mr增大，含油量最低時聚合物的濃 度最佳值減小，聚合物濃度最佳時污水的最終 含油量增大.從圖中也可看出，當聚合物濃度低 于某一值（2. 72X 106 為 800mg/L，4X 106 為 600mg/L，8X 106 為 330mg/L)時，含油量低于 聚合物濃度為0mg/ L時含油量，即聚合物濃度 低于此值時，聚合物有利于油水分離.污水的粘 度與聚丙烯酰胺的分子量和濃度成正比，聚丙 烯酰胺分子量和濃度增加，聚合物驅污水的粘 度增加，導致油珠浮升速度降低，同時，聚丙烯 酰胺具有絮凝性，能促進小油珠聚并成大油珠.

三油田現場聚合物驅采出水中聚合物的

5 0 5 0

•7-6-4-3

 

2期

環

境 科 學

71

濃度小于600mg/ L，因此，聚合物有利于聚合物 驅含油污水中油珠的沉降分離.

oooooooo

oooooooo

161412108642 -.1.3曰/_思釦

 

02004006008001000

HPAM 濃度/ mg • L-1

圖2不同分子量HPAM的濃度與含油量的關系

Fig. 2 Relations between concentration of different molecular weight HPAM and oil content

2 2聚合物對油珠聚并的影響

將裝有含油污水的三角瓶放在振幅為 17mm的KS10/TH10往復振蕩機上以 100min—1頻率45 °C恒溫振蕩，不同時間測定油 珠粒徑，比較聚合物對油珠聚并的影響，結果見 表1.從表1可見，污水中不含聚合物時，油珠在 浮升過程中略有聚并；當污水中聚合物濃度為 200mg/L時，油珠聚并程度較高，0. 5h油珠粒 徑中值為6. 67^m;當聚合物濃度增加到 600mg/L，0. 5h油珠粒徑中值達到10. 27Mm. 沉降2h后，聚丙烯酰胺對聚合物驅含油污水中油珠沉降分離的影響,油珠粒徑進一步增大.可見，聚并是 聚合物有利于油珠沉降分離的主要原因.

表1聚合物對油珠聚并的影響^

Table 1 Effect of polymer on combination of oil droplets

序號HPAM濃度 /mg°L—1粒徑中值/^m

05h2h

103.974. 29

220066710 55

360010.2713.54

1)聚合物為2. 72X 106,油珠初始粒徑為3. 8屮m.

2 3聚合物對油水界面水膜的影響

油珠界面性能直接影響油珠聚并.而油珠 在聚并過程中必須排擠其間的水膜并使其破 裂，由于聚丙烯酰胺是水溶性的大分子，增加了 水膜的粘度，這種粘性水膜增加了油珠聚并的 難度.

水膜破裂過程包括排液階段和破裂階段.

水膜的強度體現在破裂速度常數k、排液時間

tD和半生命期t1/2.其關系式為k=n2/ ( t1/2—

tD).排液時間tD和半生命期t1/2越大.速度常 ? 1994-2014 Cnma Academic Journal Elecffbmc

數k越小，水膜強度越大.污水中油珠聚并過程 是油珠間水膜破裂、消失過程，因此水膜強度可 以綜合體現油珠聚并的難易程度.

圖3為聚丙烯酰胺對水膜強度的影響.從 圖3可見，聚丙烯酰胺濃度從0mg/L增加到 800mg/L，排液時間由0. 43s增加到1. 32s半 生命期h/2由1. 8s增加到4. 62s，而破裂速率常 數由0. 21s—1降低到0. 506 s—1，即聚合物增加 了水膜的強度.

s/talfe

 

 

HPAM 濃度/mg.!/1

圖3聚丙烯酰胺對水膜強度的影響

Fig. 3 Effects of HPAM on intensity of water film

2. 4聚合物驅含油污水的特性

表2為大慶油田現場水驅和聚合物驅含油 污水的水質.從表2可見，由于聚合物的存在， 聚丙烯酰胺對聚合物驅含油污水中油珠沉降分離的影響,聚合物驅含油污水和水驅含油污水相比具有粘 度大、粒徑小的特點.通過以上試驗發現，在初 始油珠粒徑相同的條件下，污水中含有聚丙烯 酰胺有利于油珠沉降分離.根據Stocks公式[8]， 油珠在水中上浮速度與油珠粒徑的平方成正 比，與污水粘度成反比，因而油珠粒徑大小是決 定油珠浮升速度的主要因素.聚合物驅含油污 水初始油珠粒徑中值為3?5^m，而水驅污水油 珠粒徑中值高達34 57^m，可見，油珠初始粒徑 小是油田現場聚合物驅含油污水的沉降時間大 于水驅污水的主要原因，改變了聚丙烯酰胺導 致聚合物驅含油污水難以處理的觀點.因此，在 處理聚合物驅含油污水時，不應破壞水中聚合

表2大慶油田現場含油污水性質

Table 2 Oily wastewater quality in Daqing oilfield

取樣

地點粘度 / mPa ° s油珠粒

徑中值

/

/^m聚合物

mg°L—總含鹽量

1/ mg°L-1pH備注

聚北II1. 2333. 55633. 129408 0聚合物驅

喇3601. 0574 94603 328628 2聚合物驅

喇110. 70134 5744558 5水驅

物，而應利用聚結、斜板等技術加速油珠聚并， 減少浮升時間[9 10].為此，將聚結和斜板技術結 合在一起，開發了適合聚合物驅含油污水處理 的設備——橫向流除油器.

2. 5橫向流除油器處理聚合物驅污水的特點 橫向流除油器由兩級聚結區和分離區組 成.聚結區由一系列正交的梯形板組成，含油污 水在聚結材料間隙中以正弦波路流動，聚丙烯酰胺對聚合物驅含油污水中油珠沉降分離的影響,有利于 微小油滴在聚結板中發生碰撞、聚并，最終變成 容易去除的較大油珠.分離區除油的基本原理 與斜板除油相似，聚結后的含油污水再次發生 碰撞并分離.最后油珠浮至上板底面，沿通道導 入除油器的頂部進入油箱中，污泥及固體物質 落至下板的表面，沿通道下滑至板底部進入罐 內污泥漏斗中；處理后的水沿水平方向流動進 入水箱.其原理結構見圖4.

圖4橫向流除油器結構原理

現場試驗流程見圖5.設備處理量為70m3/ h，有效停留時間1. 43h .當污水中聚合物濃度 為310?440mg/L，聚合物驅含油污水含油量 580?2400 mg/L，經橫向流除油器處理后含油 量降54?93 mg/L，經一次和二次雙層濾料過 濾后，含油量小于5. 5mg/L，懸浮固體含量小于 4 5mg/L，懸浮物粒徑中值小于3~，達到油田 中滲透地層注水標準.橫向流除油器可代替油 田現有工藝中的自然沉降和混凝沉降罐，適合 聚合物驅含油污水處理.該設備已在大慶油田 聚合物驅含油污水處理中得到推廣.

3結論

(1)聚合物對油水分離的作用一為增加污水 粘度.減小上升速度，聚丙烯酰胺對聚合物驅含油污水中油珠沉降分離的影響,增加油水界面的水膜強度，

延長油珠聚并時間，不利于油水分離;另為聚合 物能促進油珠間的聚并，使小油珠變成大油珠， 有助于油水分離.當聚合物濃度較低時，聚并作 用大于粘度影響，聚合物有助于油水分離.

圖5處理聚合物驅含油污水工藝流程

(2)油珠粒徑小是聚合物驅含油污水 油水分離難于水驅含油污水的主要原因，因此 處理聚合物驅含油污水的關鍵是強化油珠聚 并，縮短沉降時間.

(3)橫向流除油器能夠加速油珠聚并，縮短 油珠浮升時間.現場試驗結果表明，橫向流除油 器適合聚合物驅含油污水處理，處理后水質達到油田中滲透層注水指標.