含聚合物采出液處理技術研究
隨著聚合物驅油技術的發展，含聚合物采出水的處理問題已經成為化學驅油的技術難題之一。
勝利油田三次采油儲量為3.4×104t，至2006年底地面系統處理含聚合物采出液量已達25.0×104m3/d。注聚合物開發對油田地面集輸系統的最大影響是油站脫出污水的含油量增大。孤島采油廠6個聯合站中的油站平均來水含油量為2028mg/L，污水站進站水質的惡化嚴重影響了污水處理系統的運行效果。孤島油田的注水標準是含油量小于30mg/L，懸浮固體含量小于15mg/L。按照常規處理工藝和加藥量，處理后的水不能滿足注水標準的要求。
中國的大慶、河南等注聚合物較早的油區相繼開展了高效藥劑的研制、沉降、聚結及旋流等含聚合物采出液處理工藝研究，但在如何實現這些處理工藝長期有效運行、經濟效益分析等方面還沒有進行深人的礦場研究。這里著重介紹勝利油田開展的一系列含聚合物污水處理礦場試驗，以及所形成的一條經濟、有效的技術路線。
1、存在問題
與油田常規水驅的回注污水相比，聚合物驅具有采出水粘度高、油水乳化嚴重、攜帶固體懸浮物能力強、油滴和固體顆粒上浮或下沉阻力大、對化學處理劑的吸附損耗嚴重等特點。目前普遍采用的“自然沉降一混凝沉降一過濾”處理工藝整體處理效率降低，已不適應含聚合物污水處理的需要。
主要表現在4個方面：①污水沉降分離時間增加。通常重力沉降污水處理工藝的一次自然沉降設計時間為3一4h，二次混凝沉降時間為2一3h。大慶油區的含聚合物污水設計一次沉降時間為10.3h，二次沉降時間為5.2h，總沉降時間為15.5h，比水驅系統污水處理沉降時間高出1倍多[4]。勝利油田仍采用常規沉降分離時間，油水分離效果變差。②凈化劑投加量增大。現場應用表明，常規的聚合鋁混凝劑、聚丙烯酞胺絮凝劑可以滿足含聚合物污水的凈化要求，但由于陰離子型聚合物的存在，嚴重降低了絮凝劑的使用效果，使絮凝作用變差，大大增加了藥劑的用量，藥劑投加量較常規采出水成倍地增加，以孤六污水站為例，注聚合物開發后，凈化藥劑成本增加了3一4倍。③絮凝沉淀后產生的污泥量增大。由于被處理污水中油、懸浮物含量高，藥劑投加量增大，混凝反應后形成的污泥量相應增大，同時，形成的污泥含油量高，脫水困難。④污油回收品質下降，影響了電脫水器的正常生產。目前聚合鋁混凝劑對含聚合物污水的凈化效果較好，但投加量大，現場試驗最大濃度為600mg/L，經過其分離出的污油中含有大量的金屬離子，回收進人到電脫水裝置，極易破壞電場，影響聯合站的生產。
2、 礦場試驗
針對上述問題，勝利油田首先在原油脫水高效破乳劑和脫水工藝上進行研究，通過開發高效破乳劑和油氣水分離設備，提高原油脫水段的處理效果，降低污水站的處理負荷。同時，在污水處理上積極探索新的除油工藝，進行了不加藥的聚結氣浮和加藥氣浮技術試驗，取得了較好的試驗效果。
2.1 聚合物驅采出液破乳綜合處理劑的研制
山東大學曾經通過分子改性技術開發了新型的污水處理藥劑，取得了較好的工業化應用效果。由于聚合物的存在，含聚合物采出液中易于形成更穩定的乳狀液體系，其粘彈性使得油水界面膜強度增高，同樣增大了采出液油水分離的難度。針對聚合物驅采出的復雜混合乳狀液，從其穩定機理和破乳機理的理論研究人手，研制了適合聚合物含量大于50mg/L的聚合物驅采出液ARK系列破乳綜合處理劑，該藥劑既可破壞W/O型乳狀液，又可破壞O/W型乳狀液。
在勝利油田孤二聯合站進行了現場應用試驗。在20℃下，孤二聯合站原油密度為0.9658g/cm3，處理液量為17000m3/d，采出液平均聚合物含量為200mg/L。油井來液首先進人油氣分離器進行氣液分離。分離后的油水進分隊計量裝置進行分隊計量，然后進一次沉降罐進行油水分離，分離的污水進人污水站，低含水原油進二次沉降罐，提升加熱后進人電脫水器脫水，最后進好油罐外輸。試驗前采用常規破乳劑，投藥量為480kg/d，一次沉降罐脫出污水含油量為3743 mg/L。投加ARK破乳綜合處理劑濃度為30 -40mg/L，一次沉降罐脫出污水含油量降至1500mg/L以下，處理效果顯著提高。連續試驗1個月，處理效果穩定，原油流失量減少了25.5t/d，一年多回收原油9300t。
2.2 高效聚結三相分離工藝
選擇適合的聚結材料通過聚結使油珠聚并，改變原油顆粒的分布狀況更易于重力分離[5]。因此，針對含聚合物采出液乳化嚴重、乳狀液異常穩定、油水不易分離的難題，在原油脫水處理工藝方面，研制了高效聚結三相分離器。該分離器在進口端設有預分離筒，采用螺旋流道等結構，利用旋流預分離技術，使油氣實現預分離；設備內部有微渦迷宮式整流器、防砂波紋板聚結填料、斜板分離填料等，可提高油水分離效果，以期在設備內同時實現原油脫水和污水凈化。來液在設備內的停留時間為30-40min。
該設備在孤二聯合站進行了現場試驗，油井來液直接進人三相分離器，依次對各隊的來液進行處理試驗。試驗結果表明，對于聚合物含量小于l00mg/L的采出液，在不投加藥劑的情況下，分離器分離出的原油含水率為21％一27%，分離出的污水含油量小于350mg/L;對于聚合物含量大于100mg/L的采出液，要想實現分離污水的含油量小于500mg/L必須投加藥劑。為此，在藥劑投加上，結合工藝設備的特點，針對不同的來液采取分隊加藥的方式，污水綜合含油量降至522mg/L時，綜合藥劑成本從1.2元/t降至0.4元/t。
2.3 聚結氣浮處理工藝
為解決含聚合物污水處理藥劑（反相破乳劑、混凝劑、絮凝劑等水質凈化劑）成本高的問題，在強化原油脫水藥劑和工藝的同時，形成了在不加藥劑的情況下將填料聚結和加壓溶氣氣浮相結合的聚結氣浮除油技術，去除含聚合物污水中的原油。污水經過親油聚結填料時，材料表面的聚結性能使分散小油珠聚并[7]，并借助氣浮形成的微小氣泡攜帶油珠上浮、分離。
試驗裝置內部由預處理槽、一次處理槽、二次處理槽和出水緩沖槽等4個部分組成。第1個槽為預處理槽，主要功能是針對含油污水含油量高的情況(5000一10000mg/L)，進行必要的預處理，內部不設填料。第2、第3個槽分別為為一、二次氣浮槽，內部設有除油填料，并結合溶氣氣浮進一步分離油珠和懸浮物。第4個槽為出水緩沖槽，通過2次加壓氣浮后的水進人出水緩沖槽，進一步沉淀輸出。聚結氣浮段的停留時間為20一30min，循環水量為20％一30%，氣液混合比分10：10。
礦場試驗處理量為15m3/h，油站來水直接進人試驗裝置，在整個運行過程中不投加化學藥劑，當來水含油量為1980一3720mg/L時，出水含油量小于30mg/L，產生的浮油含水率較低，與孤二聯合站的原油按比例混合后，不影響原油電脫，可直接回收到原油處理系統。
該工藝對污水中的懸浮物去除效果較差，出水懸浮固體含量為50mg/L左右；聚合物基本不去除，仍保留在水中。按照現行的注水水質要求，仍須進一步凈化處理。
2.4 加藥氣浮處理工藝
為確保含聚合物污水中懸浮固體濃度達到回注水指標，開展了加藥氣浮工藝處理含聚合物污水的試驗。該技術的關鍵設備是斜板溶氣氣浮（CDAF)裝置，其特點是：①配有高效管式混合器，實現藥劑的高效混合；②在氣浮設備內設置的斜板，可以使絮體在斜板內部上浮的過程中發生二次絮凝反應，同時借助斜板提高分離效果。
通過現場篩選，該工藝適合的最佳藥劑是聚合鋁和少量的絮凝劑，現場試驗處理水量為l00mg/L在來水含油量為l00mg/L，懸浮固體含量為l00mg/L的工況下，處理后出水含油量小于10mg/L，懸浮固體含量小于15mg/L，聚合物去除率達90％以上，達到注水水質要求。投加聚合鋁濃度100一140mg/L，聚丙烯酞胺濃度1.5一2mg/L，藥劑的處理成本為0.3一0.4元/m3。
該工藝產生的浮渣為棕色，含有大量游離水，含油較少，浮渣中機械雜質含量較高，不能回收進人原油處理系統，可通過機械壓濾的方法進行單獨處理。
結論
通過應用高效的油水分離工藝和藥劑，從前段油水分離后的污水除油工藝人手，可有效回收含聚合物脫出水中的原油，降低后段污水處理的難度，實現對含聚合物污水的有效處理。僅孤二聯合站一年可多回收原油9300t，經濟效益也很明顯。
傳統的自然沉降和混凝沉降處理含聚合物采出水時效果差，處理成本高。聚結氣浮除油技術在不投加化學藥劑的情況下，利用特殊親油材料表面的聚結特性使細小油珠聚并，借助氣泡的浮升作用加快油水分離，其除油效果好，污油可有效回收，是含聚合物污水處理的首選技術。
在含聚合物污水處理流程的設計上采取“先除油、再除懸浮物”的路線，采用不加或少加化學藥劑的工藝實現油水分離。后段可使用化學絮凝氣浮技術進一步除去懸浮物和聚合物，水處理藥劑費用與常規采出水持平。
勝利油田基本形成了含聚合物采出液處理的技術路線，即油井來液在高效化學破乳劑的配合下，采用高效聚結三相分離器實現油水分離；分離的污水首先經過聚結氣浮工藝進一步除去水中含油，然后通過藥劑脫穩、氣浮去除水中懸浮固體，達到出水含油量小于l0mg/L，懸浮固體含量小于15mg/L，聚合物去處率達90％以上。最后經過過濾處理，達到注水水質標準。該流程破乳劑和水處理凈化劑的藥劑成本可控制在1.2元/m3小時以內，具有較好的現場應用前景。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
