含聚合物采出水的化學(xué)驅(qū)油技術(shù)
隨著聚合物驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展，含聚合物采出水的處理問題已經(jīng)成為化學(xué)驅(qū)油的技術(shù)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(tǒng)處理含聚合物采出液量已達25.0×104m3/d。注聚合物開發(fā)對油田地面集輸系統(tǒng)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(lián)合站中的油站平均來水含油量為2028mg/L，污水站進站水質(zhì)的惡化嚴重影響了污水處理系統(tǒng)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(guī)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(qū)相繼開展了高效藥劑的研制、沉降、聚結(jié)及旋流等含聚合物采出液處理工藝研究，但在如何實現(xiàn)這些處理工藝長期有效運行、經(jīng)濟效益分析等方面還沒有進行深人的礦場研究[1]。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(jīng)濟、有效的技術(shù)路線。
1 存在問題
與油田常規(guī)水驅(qū)的回注污水相比，聚合物驅(qū)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(xué)處理劑的吸附損耗嚴重等特點[2]。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[3]，已不適應(yīng)含聚合物污水處理的需要。主要表現(xiàn)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(shè)計時間為3一4h，二次混凝沉降時間為2一3h。大慶油區(qū)的含聚合物污水設(shè)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(qū)系統(tǒng)污水處理沉降時間高出1倍多[4]。勝利油田仍采用常規(guī)沉降分離時間，油水分離效果變差。②凈化劑投加量增大。現(xiàn)場應(yīng)用表明，常規(guī)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[5]，藥劑投加量較常規(guī)采出水成倍地增加，以孤六污水站為例，注聚合物開發(fā)后，凈化藥劑成本增加了3一4倍。③絮凝沉淀后產(chǎn)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(yīng)后形成的污泥量相應(yīng)增大，同時，形成的污泥含油量高，脫水困難。④污油回收品質(zhì)下降，影響了電脫水器的正常生產(chǎn)。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(xiàn)場試驗最大濃度為600mg/L，經(jīng)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(lián)合站的生產(chǎn)。
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(fā)高效破乳劑和油氣水分離設(shè)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(jié)氣浮和加藥氣浮技術(shù)試驗，取得了較好的試驗效果。
2.1聚合物驅(qū)采出液破乳綜合處理劑的研制
山東大學(xué)曾經(jīng)通過分子改性技術(shù)開發(fā)了新型的污水處理藥劑，取得了較好的工業(yè)化應(yīng)用效果[6]。由于聚合物的存在，含聚合物采出液中易于形成更穩(wěn)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[7-8]。針對聚合物驅(qū)采出的復(fù)雜混合乳狀液，從其穩(wěn)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(qū)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(lián)合站進行了現(xiàn)場應(yīng)用試驗。在20℃下，孤二聯(lián)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(guī)破乳劑，投藥量為480kg/d，一次沉降罐脫出污水含油量為3743mg/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(xù)試驗1個月，處理效果穩(wěn)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(jié)三相分離工藝
選擇適合的聚結(jié)材料通過聚結(jié)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(wěn)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(jié)三相分離器。該分離器在進口端設(shè)有預(yù)分離筒，采用螺旋流道等結(jié)構(gòu)，利用旋流預(yù)分離技術(shù)，使油氣實現(xiàn)預(yù)分離；設(shè)備內(nèi)部有微渦迷宮式整流器、防砂波紋板聚結(jié)填料、斜板分離填料等，可提高油水分離效果，以期在設(shè)備內(nèi)同時實現(xiàn)原油脫水和污水凈化。來液在設(shè)備內(nèi)的停留時間為30-40min。
該設(shè)備在孤二聯(lián)合站進行了現(xiàn)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(jié)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(xiàn)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(jié)合工藝設(shè)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(jié)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(zhì)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(jié)和加壓溶氣氣浮相結(jié)合的聚結(jié)氣浮除油技術(shù)，去除含聚合物污水中的原油。污水經(jīng)過親油聚結(jié)填料時，材料表面的聚結(jié)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(nèi)部由預(yù)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(yù)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(yù)處理，內(nèi)部不設(shè)填料。第2、第3個槽分別為為一、二次氣浮槽，內(nèi)部設(shè)有除油填料，并結(jié)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(jié)氣浮段的停留時間為20一30min，循環(huán)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(xué)藥劑，當來水含油量為1980一3720mg/L時，出水含油量小于30mg/L，產(chǎn)生的浮油含水率較低，與孤二聯(lián)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(tǒng)。
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(xiàn)行的注水水質(zhì)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(shù)的關(guān)鍵設(shè)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(xiàn)藥劑的高效混合；②在氣浮設(shè)備內(nèi)設(shè)置的斜板，可以使絮體在斜板內(nèi)部上浮的過程中發(fā)生二次絮凝反應(yīng)，同時借助斜板提高分離效果。
通過現(xiàn)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(xiàn)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(zhì)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(chǎn)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(zhì)含量較高，不能回收進人原油處理系統(tǒng)，可通過機械壓濾的方法進行單獨處理。
結(jié)論
通過應(yīng)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(xiàn)對含聚合物污水的有效處理。僅孤二聯(lián)合站一年可多回收原油9300t，經(jīng)濟效益也很明顯。
傳統(tǒng)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(jié)氣浮除油技術(shù)在不投加化學(xué)藥劑的情況下，利用特殊親油材料表面的聚結(jié)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(shù)。
在含聚合物污水處理流程的設(shè)計上采取“先除油、再除懸浮物”的路線，采用不加或少加化學(xué)藥劑的工藝實現(xiàn)油水分離。后段可使用化學(xué)絮凝氣浮技術(shù)進一步除去懸浮物和聚合物，水處理藥劑費用與常規(guī)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(shù)路線，即油井來液在高效化學(xué)破乳劑的配合下，采用高效聚結(jié)三相分離器實現(xiàn)油水分離；分離的污水首先經(jīng)過聚結(jié)氣浮工藝進一步除去水中含油，然后通過藥劑脫穩(wěn)、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(jīng)過過濾處理，達到注水水質(zhì)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(nèi)，具有較好的現(xiàn)場應(yīng)用前景。
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