含油污水配制HPAM溶液黏度的影响因素试验研究

中国石油新疆油田分公司实验检测研究院

随着新疆克拉玛依油田化学驱应用规模的不断扩大，油田低矿化度的清水水源日益紧张，同时环保压力也日益增大，因此对三次采油污水进行科学合理利用，在节约水资源、减少环境污染、提高经济效益方面具有显著意义。由于污水中含有不同浓度的阴离子和阳离子，水处理添加剂、悬浮物、细菌等[1-6]，直接采用污水配制聚合物溶液将会导致黏度大幅下降，无法起到扩大波及体积、提高采收率的目的[7]。因此，本文通过对影响克拉玛依油田81#站污水配制聚合物溶液的主要影响因素进行分析，在此基础上明确了污水配制聚合物溶液的水质指标，同时提出应对措施，以提高污水配制聚合物溶液的黏度。

1 水质分析

对81#站外输水水质进行不同时间段的分析（表1），以确定81#站水质是否随着时间的不同而存在波动，同时确定水中的主要成分，以为后续评价聚合物溶液黏度下降的主要因素提供依据。由表1可知，81#站来水水质较稳定，污水中的总铁、亚铁、石油类以及其他离子含量基本不随时间的改变而改变。对比目前七中区二元复合驱中采用污水配液的六九区污水水质分析结果，发现81#站水中矿化度、二价离子、还原性离子以及细菌的含量较高，因此着重对这几个影响因素进行分析。

表1 81#站不同时间段的水质分析结果Tab.1 Water quality analysis results of Station 81 in different time periods

2 影响因素分析

2.1 金属阳离子的影响

在相同当量浓度下对比发现（图1），Ca2+、Mg2+是影响聚合物溶液初始黏度的主要因素，但对长期稳定性影响不大。主要是因为矿化度的增加，压缩了HAPM的双电子层，导致分子尺寸减小，黏度降低[8]。

为考察阳离子的降低程度对HPAM溶液黏度的影响，分别配制加入不同浓度的NaCl、CaCl2以及MgCl2后测试HPAM溶液的黏度。实验结果表明（图2），NaCl对HPAM溶液的黏度有一定影响，但当NaCl质量浓度达到3 000 mg/L后对聚合物溶液黏度的影响接近最大，即通过降低矿化度提高聚合物溶液黏度的做法将导致经济效益的大幅下降[9]。

图1 阳离子浓度对HPAM溶液黏度及长期稳定性影响Fig.1 Effect of cation concentration on viscosity and long-term stability of HPAM solution

图2 不同浓度NaCl对HPAM溶液黏度的影响Fig.2 Effect of different NaCl concentrations on viscosity of HPAM solution

由图3可知，在钙、镁离子浓度大于50 mg/L后，黏度保留率仅为50%，因此要求81#站水中钙、镁离子质量浓度＜50 mg/L。

2.2 还原性离子的影响

不同浓度的Fe2+、S2-对HPAM溶液黏度及长期稳定性的影响见图4、图5。微量的Fe2+、S2-的加入，对HPAM溶液的初始黏度产生显著影响，同时对长期稳定亦有明显影响。这主要是由于还原性离子的加入不但压缩了HPAM溶液的双电子层，同时破坏了HPAM的网络状结构，导致了分子链的断裂，因此，不但降低了初始黏度同时也降低了长期稳定性。

图3 Ca2+、Mg2+浓度对HPAM溶液黏度的影响Fig.3 Effect of Ca2+ and Mg2+ concentration on viscosity of HPAM solution

图4 还原性离子浓度对HPAM溶液黏度的影响Fig.4 Effect of reducing ion concentration on viscosity of HPAM solution

图5 Fe2+、S2-对HPAM溶液长期稳定性影响Fig.5 Effects of Fe2+and S2-concentration on long-term stability of HPAM solution

油田污水中常见的细菌有硫酸盐还原菌（SRB）、铁细菌（FB）以及腐生菌（TGB），分别考察三种细菌对HPAM溶液黏度的影响（表2）。从表2可以看出：细菌的加入对HPAM溶液初始黏度影响不大；随着老化时间的延长，FB、TGB降解速率小，而SBR对HPAM溶液黏度影响大，要求水中SRB数量小于10 mL-1。

2.3 细菌的影响

2.4 其他类的影响

除了上述主要影响因素外，81#站水中还有石油类以及悬浮物，分别考察石油类和悬浮物浓度对HPAM溶液黏度的影响（图6、图7）。石油类对HPAM溶液黏度影响不大，但是悬浮物的质量浓度在大于20 mg/L以后，HPAM溶液的黏度下降幅度较大，这与目前的油田注水水质指标一致。

图6 悬浮物浓度对HPAM溶液黏度的影响Fig.6 Effect of suspended solids concentration on viscosity of APAM solution

表2 细菌对HPAM溶液黏度的影响Tab.2 Effect of bacteria on viscosity of HPAM solution

图7 石油类对HPAM溶液黏度的影响Fig.7 Effect of petroleum on viscosity of HAPM solution

2.5 配聚用水水质指标的确立

基于以上分析结果，明确了适用于81#站污水配制HPAM溶液的水质指标，具体结果见表3。该指标的建立，为后续水处理提供了参考。

表3 适用于81#站污水配制HPAM溶液的水质指标Tab.3 Water quality index suitable for HPAM solution preparation with the sewage water in Station 81

2 水质处理对策研究

根据上述水质指标中明确的具体参数，对81#站水处理主要针对还原性离子，Ca2+、Mg2+以及硫酸盐还原菌。因此选择采用向污水中投加Na2CO3和NaOH的方法将Ca2+和Mg2+转变成CaCO3和Mg(OH)2沉淀而去除，处理后污水中Ca2+和Mg2+质量浓度可分别降至5 mg/L以下，处理每立方米水约产生0.4 kg的沉淀物，处理后的沉淀物经过含油检测合格后用于铺设油田内部公路或平整井场使用[10-12]。81#站污水中硫酸盐还原菌数量较高，前期的曝气在一定程度上可以暂时抑制硫酸盐还原菌的活性，但不能将其完全杀灭，因此除Ca2+和Mg2+后的污水需要通过投加杀菌剂的方式，去除和更大程度上抑制硫酸盐还原菌活性。本实验选择非氧化性杀菌剂甲基异噻唑啉酮进行杀菌，具体处理工艺参数及处理成本见表4。

81#站污水经以上工艺处理前后水质指标对比见表5。

表4 81#站污水处理工艺参数及处理成本Tab.4 Process parameters and treatment cost of the sewage in Station 81

表5 81#站污水处理各工艺段水质Tab.5 Water quality of each process section of sewage treatment in Station 81

通过对比发现，81#站污水经处理后，配制的HPAM溶液黏度提高30%，90天黏度保留率可达80%（图8）。同时药剂成本3.1元/t，小于购买工业清水4.22元/t的处理成本。

图8 处理前后水质对HPAM溶液黏度及长期稳定性的影响Fig.8 Effect of water quality before and after treatment on the viscosity and long-term stability of HPAM solution

3 结论

（1）影响HPAM溶液黏度及长期稳定性的主要因素有矿化度、还原性离子以及细菌。

（2）在分析了各因素对HPAM溶液影响的程度基础上，确定了配聚用水的水质指标。

（3）采用“好氧生化-除钙镁-杀菌-过滤-真空除氧”工艺对污水进行处理后，配制的聚合物溶液初始黏度提高30%，90天黏度保留率可达80%，吨聚处理药剂成本3.1元，取得了良好的经济效益。