油田含聚污水悬浮固体测定影响因素及方法改进

马晓强 景 慧

(1.中国石油大庆油田公司质量安全环保部；2.中国石油大庆油田公司质量安全环保监督评价中心)

0 引 言

随着油田开采的不断深入，油田三次采油药剂的日常化使用使采出污水水质显著变差，水中悬浮固体含量不断增高，回注时极易堵塞油层孔隙，造成地层污染及注水压力升高，影响油田的开采寿命。目前，大庆油田含聚采出污水悬浮固体测定依据SY/T 5329—2012《碎屑盐油藏注水水质指标及分析方法》中的单滤膜过滤法，即在离心泵的作用下，使一定体积的水样通过已称至恒重的微孔滤膜(滤膜孔径：0.45 μm)，过滤水样后的滤膜分别用蒸馏水洗去含盐成分，用汽油或石油醚洗去含油成分，截留在滤膜上的物质在90℃下烘干至恒重称重[1]。但在实际操作中，水样通过滤膜的时间长，烘干前滤膜表面滞留水量大，截留在滤膜上的聚合物多，进而导致测定结果重现性差、误差大。为此，通过室内模拟实验，分析测定含聚污水悬浮固体的影响因素，并对测定方法进行改进。

1 测定含聚污水悬浮固体的影响因素

1.1 残留聚合物含量的影响

测定油田含聚污水时，由于采出水中大分子聚合物之间相互搭联的网络结构，致使其易吸附和截留在微孔滤膜表面，导致过滤时间延长。滤膜烘干后仍有一部分聚合物残留质量，从而导致测定结果偏高，严重影响了悬浮固体测定结果的准确性及检测过程的时效性[2]。

为了进一步考察水中残留聚合物含量对悬浮固体测定值的影响，选用2 500万分子量聚合物，用模拟污水定量配制不同浓度的含聚污水，并在一定水样体积下过滤，测定所需的过滤时间及悬浮固体含量，结果见表1。

表1 水中残留聚合物含量与过滤时间、悬浮固体含量测定值的关系

由表1可知，过滤时间及悬浮固体含量随着水中残留聚合物含量的增大而增加。

1.2 聚合物分子量的影响

用模拟污水分别配制分子量为1 900，2 500万的聚合物水溶液，测试其在相同浓度、相近过滤体积下，所需的过滤时间及残留在滤膜上的悬浮固体含量，结果见表2。

表2 聚合物分子量与过滤时间、悬浮固体含量测定值的关系

由表2可知，在相同的残留聚合物浓度下，过滤溶液所需要的时间随着水中残留聚合物分子量的增大而延长。相比之下，大分子聚合物易截留在滤膜上，堵塞滤孔，延长过滤时间[3]，导致悬浮固体测定值偏高。

2 悬浮固体测定方法改进

为了去除水中残留聚合物对悬浮固体测定结果的影响，提高滤膜法测定结果的准确性，筛选、优化、提高水中残留聚合物滤膜通过量的方法是关键。

2.1 高速剪切后测定模拟水中悬浮固体效果分析

采用物理降解方法，使污水中的高分子长链通过高速剪切变为“破碎的短链”，进而提高含聚污水透过微孔滤膜的通量。实验中将模拟污水配制成不同浓度的含聚污水，利用搅拌仪进行剪切，搅拌时间约5 min，测定剪切前后的溶液黏度及悬浮固体含量，结果见图1、图2。

图1 剪切前后聚合物黏度变化曲线

图2 剪切前后悬浮固体含量变化曲线

由图1、图2可看出，剪切前的溶液黏度随着含聚污水浓度的升高而呈上升趋势，经过10 000 r/min剪切5 min后，随着含聚污水浓度的升高，黏度变化值较稳定，接近水的黏度。同时剪切后的含聚污水中悬浮固体含量测定结果变小，测定结果的准确性显著提高。

2.2 H2O2氧化后测定模拟水中悬浮固体效果分析

H2O2的标准氧化还原电位很高，仅次于高锰酸钾、次氯酸，在一定条件下可产生氧化性极强的羟基自由基(·OH)，通过提供·OH来氧化水中聚丙烯酰胺(HPAM)[2，4]。

油田常规污水中的悬浮物粒径一般大于10-7m，均为饱和的无机物，遇常规酸或碱部分发生反应，但遇到中性的氧化剂(如氧)则不发生氧化还原反应。导致含聚污水测定结果偏高的关键原因是污水中含有HPAM，采用H2O2降解HPAM，分解后只生成O2和H2O，同时将HPAM降解为非空间网络结构，或小到能顺利通过滤膜的分子，且不对测定值产生影响，即不能溶解、沉淀或生成其他物质，表明使用H2O2降解HPAM，提高含聚污水悬浮固体测定结果的准确性从原理上是可行的[2，5]。H2O2加入前后数据对比见表3。

表3 H2O2加入前后数据对比

由表3可知，采用H2O2降解HPAM，对滤膜的材质影响极小，但极大的降低了水中聚合物在滤膜上的残留，悬浮固体测定值接近空白实验值10 mg/L(见表1)。说明采用H2O2氧化技术将HPAM降解为小分子，可以避免聚合物在滤膜上截留，从而提高含聚污水悬浮固体测定值的准确性。

2.3 双滤膜法测定模拟水中悬浮固体效果分析

在过滤时，部分聚合物及纳米尺度的颗粒会“卡”在滤膜孔道中，变成滤膜的固有成分，即使蒸馏水多次滤洗也无法去除，进而增加了固体悬浮物的截留量。研究表明，可采用双层滤膜过滤法解决这部分被“卡”在滤膜孔道中的溶解性固体。在使用双层微孔滤膜过滤时，滤饼被截，滞留在上层滤膜中，而滤液则正常通过了上、下两层滤膜，聚合物等溶解性固体均匀分散在上、下两层滤膜内，即溶解性固体在上、下两层滤膜内的滞留量基本相同。而溶解性固体是不能被当做固体悬浮物计算的，所以采用测量下层滤膜的变化量，进而获得上层滤膜中残留的溶解性固体含量，从而扣除下层滤膜变化量，实现检测真正固体悬浮物的目的[6]。双滤膜法测定含聚污水悬浮固体含量比较见表4。

表4 双滤膜法测定含聚污水悬浮固体含量比较

由表4可知，下层滤膜均有截留量，且下层滤膜悬浮固体测定值占上层滤膜悬浮固体测定值的比重较大。含聚污水浓度越低，采用双滤膜法检测越准确；浓度高，聚合物分子堵塞上层滤膜孔道后会在其表面富集形成胶黏物，从而导致剩余溶液中聚合物浓度偏低，经过下层滤膜的聚合物含量减少，进而影响测定结果。

3 结 论

1)三元复合驱采出污水中高分子聚合物含量、聚合物分子量都对悬浮固体检测结果有影响。聚合物含量越高、分子量越大，则悬浮固体检测结果偏高幅度越大。

2)预先对含聚污水进行高速剪切，可缩短测定悬浮固体的过滤时间，同时可消除水中残留聚合物在滤膜上的截留。

3)采用H2O2氧化技术将HPAM降解为小分子，可避免聚合物在滤膜上截留，提高含聚污水悬浮固体测定值的准确性。

4)双滤膜法测定含聚污水悬浮固体的方法适合含聚浓度低于200 mg/L的污水，浓度高的含聚污水其聚合物分子堵塞上层滤膜孔道后，会在其表面富集形成胶黏物，导致剩余溶液中聚合物浓度偏低，经过下层滤膜的聚合物含量减少，进而影响检测结果。