中水应用于三次采油聚合物驱溶液配制的研究

马 强

（大庆油田创业集团萨南实业公司，黑龙江大庆163414）

大庆是以石油化工为主的工业化城市，石油开发每年都要消耗大量水资源。注聚开发已成为大庆油田稳产的主要措施，年增石油产量在1000 万t 以上。聚合物驱油是向低含盐量的清水中投加聚丙烯酰胺来提高水溶液的粘度[1,2]。大庆油田每天配制、稀释聚合物的清水用量近20 万t。2004年到2014年大庆油田工业用水的价格上涨了3 次，由于水资源的短缺、今后工业用水价格还将不断上涨，必将使石油开发成本大幅上升，因此，寻找替代水源已成为降低油田开发成本的当务之急。

大庆市的4 个生活污水处理厂，年处理污水7000 万t 左右。生活污水来源于低矿化度清水，如果将生活污水中对聚合物溶液粘度影响的主要因素找出并将其进行处理成中水，那么完全有可能实现替代清水用于三次采油聚合物溶液的配制。开展中水替代清水用作三次采油聚合物溶液配制的研究对于油田开发、节约水资源有着十分重要的意义。

1 聚合物溶液的粘度影响因素分析

聚合物驱油是一种日趋成熟的提高采收率的技术，原理是通过提高水相粘度，改善流度比，以扩大波及系数，提高原油采收率[3]。影响聚合物溶液粘度的因素很多，主要有pH 值、温度、聚合物分子量、浓度及水的矿化度等。而聚合物驱配方和条件一定时，其pH 值、温度、聚合物分子量和浓度是确定的，因此，水质因素成为对聚合溶液的粘度影响的关键。近年来国内外在这方面已做了许多的研究，赵丰等[4]人研究了矿化度对聚合物溶液粘弹性的影响；王其伟等人[5]、于洪江等[6]、WangD.M.等、卢祥国等探讨了聚合物溶液粘度的影响因素。

由于生活污水在三次采油聚合物溶液配制中没有应用的先例，本文首先对生活污水处理厂的出水水质对聚合物溶液粘度的影响展开了研究。

1.1 生活污水处理厂出水水质分析

本研究主要以大庆乘风污水处理厂出水作为研究对象，对影响配制聚合物溶液粘度的主要因素进行了细致研究（文中所用聚合物无特别说明均为大庆炼化公司生产的1600 万分子量聚丙烯酰胺）。表1 列出了大庆乘风污水处理厂出水水质分析报告，研究中选取其中主要的离子TFe、Na+、Ca2+、Mg2+、作为主要研究对象。

表1 大庆乘风污水处理厂出水水质分析报告Tab.1 Water quality analysis report of chengfeng Sewage treatment plant effluent in Daqing Oilfield

1.2 污水中矿化度影响聚合物溶液粘度规律

研究用去离子水配制出矿化度梯度变化的模拟水，再利用模拟水分别配制成500mg·L-1中分聚合物（1600 万）、超高分聚合物（2500 万）和抗盐型聚合物3 种聚合物溶液，研究矿化度对聚合物溶液的影响规律。

图1 矿化度影响聚合物溶液粘度规律Fig.1 The effect law of salinity on polymer solution viscosity

图1 表明，3 种聚合物溶液的粘度随配制用水矿化度由低到高变化规律首先是快速下降，当矿化度增高到1000mg·L-1以上时，聚合物溶液粘度下降变慢。

1.3 污水中离子成分影响聚合物溶液粘度规律

污水中含有各种离子，为研究生活污水处理厂出水中各种离子对聚合物溶液粘度的影响，选定了污水中普遍存在的CI-为参与比较的阴离子、Na+为参与比较的阳离子，根据生活污水处理厂出水检测结果，配制不同离子的浓度的模拟水。配制中分聚合物溶液（500mg·L-1）研究不同离子影响聚合物溶液粘度的规律。

图2 离子含量对聚合物溶液粘度的影响Fig.2 The effect of ion content on polymer solution viscosity

图2 表明，生活污水处理厂出水中Ca2+、Mg2+、Fe2+浓度小幅变化都会对聚合物溶液粘度产生较大影响，因此是影响聚合物溶液粘度的主要因素。结合对生活污水处理厂出水水质分析结果，生活污水中影响聚合物溶液粘度远低于Ca2+、Mg2+、Fe2+影响聚合物粘度的情况，因此，是影响聚合物溶液粘度的次要因素。

1.3.1 Fe2+影响聚合物溶液粘度规律 由于Fe2+对聚合物粘度影响很大，因此，在N2保护的条件下研究了用含有Fe2+的水溶解聚合物和溶解后的聚合物溶液接触Fe2+时聚合物溶液（500mg·L-1）的粘度变化规律。粘度影响的变化规律。

表2 Fe2+对配制聚合物溶液的影响情况Tab.2 Effect of ferrous ions on polymer solution preparation

图3 含有Fe2+的水溶解聚合物溶液粘度变化Fig.3 Containing ferrous ions of water dissolve polymer solution viscosity change

图4 聚合物溶液接触Fe2+时粘度变化Fig.4 When contacting ferrous ions polymer solution viscosity change

图3、4 表明：Fe2+对聚合物溶液粘度影响较大，无论是用含有Fe2+的水溶解聚合物还是聚合物溶解后溶液接触Fe2+溶液粘度都会大幅下降。

1.3.2 Ca2+、Mg2+影响聚合物溶液粘度规律 利用离子交换法将生活污水处理厂出水去除Ca2+、Mg2+配制聚合物溶液，研究生活污水中所含Ca2+、Mg2+影响聚合物溶液粘度规律。将生活污水处理厂出水曝氧后分别1～4 次流过离子交换柱，用处理后的水配制聚合物溶液（1000mg·L-1）比较粘度情况。

表3 Ca2+、Mg2+对配制聚合物溶液的影响情况Tab.3 The water containing calcium and magnesium ions on the influence of the preparation of polymer solution

表3 表明，生活污水中Ca2+、Mg2+也是影响聚合物溶液粘度的主要因素。生活污水经离子交换处理后配制聚合溶液粘度增加近一倍。

1.4 生活污水对聚合溶液粘度规律的影响

1.4.1 有机物的影响 生活污水处理厂出水配制聚合物溶液的粘度为23.7mPa·s（1000mg·L-1），将污水用活性炭交换柱处理去除有机物，配制聚合物的粘度为23.7mPa·s（1000mg·L-1）。说明生活污水处理厂出水中有机物含量对配制聚合物溶液没有影响。

1.4.2 溶解氧的影响 生活污水处理厂出水配制聚合物溶液的粘度为23.7mPa·s（1000mg·L-1），将污水经O2曝气3min 后配制聚合物粘度为24.6mPa·s（1000mg·L-1）。说明生活污水处理厂出水中的溶解氧对聚合物溶液粘度影响不大。

1.4.3 细菌繁殖的影响 生活污水处理厂出水配制聚合物溶液的粘度为23.7mPa·s（1000mg·L-1），将配制的聚合物溶液恒温密封培养7d 溶液粘度为22.9 mPa·s，说明生活污水处理厂出水中的细菌对聚合物溶液粘度影响不大。

2 中水用于替代清水配聚效果应用性能评价

根据污水影响聚合物溶液粘度研究的室内结果，组装了一套150L·h-1污水处理室内小试实验装置。利用该装置去除污水中影响配聚粘度的主要因素——Ca2+、Mg2+、Fe2+得到配聚用中水，将中水与目前配聚所用清水的配聚情况进行对比研究，论证中水替代清水配制聚合物溶液的可行性。

2.1 污水处理厂中水处理前后离子变化情况

用150L·h-1污水处理室内小试实验装置处理乘风庄污水处理厂出水，比较前后离子含量变化情况。

表4 150L·h-1 中水处理实验装置处理前后水质情况(mg·L-1)Tab.4 Water quality change before and after the application of 150L·h-1 water treatment experimental apparatus

表4 表明，生活污水处理厂出水中影响配制聚合物溶液粘度的Fe2+、Ca2+、Mg2+含量处理后大幅降低,其它离子含量变化较小。

2.2 中水、清水配聚应用性能对比评价

用150L·h-1配聚用中水处理室内小试实验装置处理乘风庄污水处理厂出水，用得到的中水和大庆油田第二采油厂Ⅰ号配制站所用清水进行对比评价。

2.2.1 聚合物溶液粘度比较

表5 聚合物溶液的粘度Tab.5 Viscosity of the polymer solution

表5 表明，污水处理成中水配制聚合物溶液与清水配制聚合物溶液粘度相当。

2.2.2 聚合物溶液粘度抗剪切比较

表6 聚合物溶液抗剪切性Tab.6 Polymer solution shear resistance

表6 表明，污水处理成中水配制聚合溶液与清水配制聚合物溶液抗剪切性相当。

2.2.3 聚合物溶液粘度稳定性比较

表7 聚合物溶液稳定性Tab.7 Polymer solution stability

表7 表明，污水处理成中水配制聚合溶液与清水配制聚合物溶液稳定性相当。

2.2.4 配制聚合物溶液的浓粘曲线

图5 中分聚合物浓粘曲线Fig.5 Molecular weight of polymer concentration-viscosity curve

图6 超高分聚合物浓粘曲线Fig.6 Ultra-high molecular weight polymer concentration-viscosity curve

图5、6 表明，污水处理成中水配制聚合物与清水配制聚合物溶液浓度-粘度变化规律相当。

2.2.5 配制聚合物溶液母液熟化时间

图7 中分聚合物母液粘度曲线Fig.7 Molecular weight of polymer mother liquid viscosity curve

图8 超高分聚合物母液粘度曲线Fig.8 Ultra-high molecular weight polymer mother liquid viscosity curve

图7、8 表明，污水处理成中水配制聚合物与清水配制聚合物母液，熟化时间相当。

2.2.6 配制聚合物溶液流变规律

图9 中分聚合物体系流变性能Fig.9 Rheological properties of The molecular weight of

图10 超高分聚合物体系流变性能Fig.10 Rheological properties of ultra-high molecular weight polymer system

图9、10 表明，污水处理成中水配制聚合物与清水配制聚合物溶液流变规律相当。

3 结论

生活污水处理厂出水不能直接用于替代清水用于3 次采油聚合物的配制，污水的矿化度、离子都会对其配聚粘度造成一定的影响。研究发现，生活污水中Ca2+、Mg2+、Fe2+对配制聚合物溶液粘度影响最大，是影响配聚粘度的主要因素，其它离子成分是影响配聚粘度的次要因素。由于生活污水处理厂来水比较稳定矿化度全年波动不大，因此，生活污水处理成中水替代清水配聚使用时矿化度波动变化的对应用的影响可以忽略。

生活污水处理厂出水经处理后降低Ca2+、Mg2+、Fe2+含量可以得到配聚用中水，中水的各项应用性能指标均满足三次采油聚合物溶液配制的要求，完全可以替代清水用于配聚。中水替代清水配制3 次采油用的聚合物溶液，可以实现节约了清水资源，降低注聚开发成本。

［1］胡博仲.聚合物驱采油工程［M］.北京石油工业出版社，1997.1-31.

［2］郭万奎，程杰成，廖广志.大庆油田三次采油技术研究现状及发展方向［J］.大庆石油地质与开发，2002，21（3）:1-7.

［3］张志远.［J］.达县师范高等专科学校报（自然科学版），2003，13（2）:19-21.

［4］赵丰，杜玉扣，李兴长，等.［J］.物理化学学报，2004，20（11）:1385-1388.

［5］王其伟，陈晓彦，马宝东，等.［J］.油气地质与采收率，2002，9（5）:54-56.

［6］于洪江，刘祥，史俊，等.［J］.西安石油学院学报（自然科学版），2000.15（1）:27-29.