油田化学驱地面水处理技术研究及应用*

李锡伟

(中海油能源发展股份有限公司，天津 300452)

随着世界范围内对石油资源需求量的不断增加，国内外各大油田的勘探开发进度也不断加快，目前很多油田均已进入高含水以及特高含水开发阶段，开采的难度不断增大，产油量逐渐减少，因此，提高油田后续开发的采收率成为研究的重点。近年来，化学驱油技术作为一种最常用的提高采收率技术手段，在国内外各大油田得到了广泛的研究及应用，其中聚合物驱和表面活性剂驱的研究及报道相对较多，并取得了较好的应用效果[1-4]。但化学驱油技术在提高原油采收率的同时，也会增大采出水量，且由于聚合物和表面活性剂等化学药剂的使用使采出水的乳化稳定性更强，造成后续油水分离等处理工作较困难[5-7]。因此，需要开发高效的油田化学驱地面水处理技术。

目前，针对化学驱地面水处理的技术方法主要包括物理分离法、化学絮凝法、生化法以及电化学法等[8-10]，其中化学絮凝法的研究及应用相对较多，化学絮凝法处理化学驱地面采出水具有工艺简单、维护方便以及处理效率高等特点，具有良好的工业应用价值[11-13]。但随着化学驱油技术使用的药剂量增多，单独使用化学絮凝法处理化学驱地面采出水的处理效果不太好，因此，需要开发更加高效、可靠以及便于规模化应用的联合水处理技术。电絮凝技术通过把电能转化为化学能，在牺牲阳极金属电极的基础上，产生金属阳离子絮凝剂，再通过电中和、电压缩作用对采出水中的聚合物等处理剂进行化学还原、氧化以及凝聚反应，能够对复杂性有机废水产生较好的处理效果[14-16]。笔者以X油田化学驱地面采出水为研究对象，开展了电絮凝-化学絮凝法联合处理技术研究，以期为同类油田地面采出水的高效处理提供一定的技术支持和借鉴。

1 试验部分

1.1 试验材料及仪器

聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合硫酸铁(PFS)，河南鸿畅化工有限公司；聚合硅酸铝铁(PSAF)，巩义市佳鑫净水材料有限公司；X油田化学驱地面采出水样，含油量(ρ，下同)为81.3 mg/L，聚合物含量(ρ，下同)为512.6 mg/L，矿化度为51 062 mg/L。

85-2C型电动搅拌器，上海一凯仪器设备有限公司；HH-WO-2L型恒温水浴锅，巩义市瑞德仪器设备有限公司；MAI-W50G型红外测油仪，广州平展仪器有限公司；721型紫外可见分光光度计，济南童鑫生物科技有限公司；电絮凝反应器，山东宏泰源环保科技有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 化学絮凝试验

量取X油田化学驱地面采出水500 mL置于烧杯中，加入一定量的絮凝剂，使用电动搅拌器在120 r/min的速率下搅拌10 min，然后静置存放30 min，除去上层漂浮的絮体后，取清液测定其含油量以及聚合物含量，与初始含油量和聚合物含量进行对比，计算加入絮凝剂后的油去除率和聚合物去除率，以此评价不同类型化学絮凝剂的处理效果。

1.2.2 电絮凝试验

量取X油田化学驱地面采出水500 mL置于电絮凝反应器中，在不同的试验条件下开展电絮凝处理试验，与1.2.1中试验步骤相同，在试验结束后取沉降后的水样测定其中的含油量和聚合物含量，计算其中油的去除率和聚合物的去除率，评价电絮凝处理试验的效果，优选合适的电絮凝处理工艺。

1.2.3 电絮凝-化学絮凝联合处理试验

使用1.2.2中电絮凝试验处理后的水样，按照1.2.1中的化学絮凝试验方法，开展了电絮凝-化学絮凝联合处理试验，将联合处理后的水样沉降后取清液测定其油含量和聚合物含量，计算其中油的去除率和聚合物的去除率，并测定联合处理后水样的悬浮固体含量和浊度值，以此评价电絮凝-化学絮凝联合处理试验的效果。

2 结果与讨论

2.1 化学絮凝剂优选结果

2.1.1 絮凝剂类型优选

按照1.2.1中的试验方法，在目标油田化学驱地面采出水中加入不同类型的絮凝剂，评价了其絮凝效果，絮凝剂的加量(ρ，下同)均为500 mg/L，试验结果见图1。

Wilson等[30]认为，HDACI罗米地辛(FK228)能明显增加卵巢癌细胞对顺铂的敏感性，体外实验可增加顺铂对卵巢癌细胞的毒性作用，同时体内实验证明FK228单独或联合顺铂均能起到良好的抑制卵巢恶性肿瘤生长的作用。进一步研究发现，FK228能激活并增加DNA损伤相关标志物(如pH2AX、RAD51和53BP1)的表达，而持续的pH2AX激活与DNA损伤相关的细胞凋亡关系密切[31]。当FK228联合顺铂时，pH2AX被进一步上调，表明增强DNA损伤可能是FK228协同顺铂诱导细胞凋亡的机制。同时，RAD51和53BP1的表达上调，表明FK228可改变参与DNA修复的多重机制。

图1 不同类型絮凝剂试验结果

由图1可见：在相同的试验条件下，不同类型絮凝剂对目标油田化学采出水样的絮凝效果不同，其中絮凝剂PSAF的絮凝效果相对较好，对油的去除率可以达到85%以上，聚合物去除率可以达到65%以上，絮凝效果优于其他3种类型的絮凝剂。因此，选择絮凝剂PSAF继续进行加量优选试验。

2.1.2 絮凝剂加量优选

按照1.2.1中的试验方法，评价了絮凝剂PSAF不同加量时的絮凝效果，试验结果见图2。

图2 絮凝剂PSAF加量对絮凝效果的影响

由图2可见：随着絮凝剂PSAF加量的不断增大，目标油田化学驱地面采出水样中油去除率和聚合物去除率均逐渐升高。当其加量(ρ)为1 000 mg/L时，油去除率可以达到95%以上，聚合物去除率可以达到90%以上。

2.2 电絮凝工艺优化结果

2.2.1 电絮凝时间的影响

图3 电絮凝时间对絮凝效果的影响

按照1.2.2中的试验方法，选择电絮凝试验电压为5 V，脉冲频率为0.2 kHz，在该试验条件下考察了电絮凝时间对油的去除率和聚合物去除率的影响，试验结果见图3。为6 V时，油去除率可以达到93.5%，聚合物去除率可以达到87.2%，再继续升高电絮凝电压，油去除率和聚合物去除率升高的速率变小。因此，选择电絮凝电压优选为6 V。

由图3可见：随着电絮凝时间的延长，油去除率和聚合物去除率均不断升高，当电絮凝时间为30 min时，油去除率可以达到90.4%，聚合物去除率可以达到82.6%，再继续延长电絮凝时间，油去除率和聚合物去除率升高的速率变小。因此，电絮凝时间优选为30 min。

按照1.2.2中的试验方法，选择电絮凝时间为30 min，脉冲频率为0.2 kHz，在该试验条件下考察了电絮凝电压对油去除率和聚合物去除率的影响，试验结果见图4。

由图4可见：随着电絮凝电压的不断升高，油去除率和聚合物去除率均不断升高，当电絮凝电压

图4 电絮凝电压对絮凝效果的影响

2.2.3 脉冲频率的影响

按照1.2.2中的试验方法，选择电絮凝时间为30 min，电絮凝试验电压为6 V，在该试验条件下考察了脉冲频率对油去除率和聚合物去除率的影响，试验结果见图5。

图5 脉冲频率对絮凝效果的影响

由图5可见：随着脉冲频率的不断升高，油去除率和聚合物去除率均呈现出先升高后降低的趋势，当脉冲频率达到0.3 kHz时，油去除率(95.8%)和聚合物去除率(90.8%)均达到最高，再继续升高脉冲频率，油去除率和聚合物去除率均逐渐降低，这是由于当脉冲频率过高时，电流的脉冲特征已经基本消失，接近于直流输出，脉冲作用无法发挥。因此，为了提高油去除率和聚合物去除率，脉冲频率优选为0.3 kHz。

综合上述试验结果可以得到电絮凝试验的最优处理工艺条件为：电絮凝时间为30 min、电絮凝电压为6 V、脉冲频率为0.3 kHz，在该试验条件下，电絮凝试验对目标油田化学驱地面采出水的处理效果最好，油去除率可以达到95%以上，聚合物去除率可以达到90%以上。

2.3 电絮凝-化学絮凝联合处理效果

根据上述试验结果，选择絮凝剂为聚合硅酸铝铁，在最优的电絮凝处理工艺条件下，按照1.2.3中的试验方法，评价了电絮凝-化学絮凝联合处理技术对目标油田化学驱地面采出水的处理效果，以油去除率、聚合物去除率、悬浮固体含量以及浊度值为评价指标，试验结果见表1。

表1 电絮凝-化学絮凝联合处理试验

由表1可见：在经过电絮凝处理后，随着絮凝剂PSAF加量的不断增大，目标油田化学驱地面采出水的油去除率和聚合物去除率均逐渐升高，当絮凝剂PSAF的加量(ρ)为150 mg/L时，油去除率即可以达到100%，此时聚合物的去除率也可以达到98%以上，处理效果明显优于单独投加化学絮凝剂，且絮凝剂的使用量也大大降低，能够在提高水处理效率的同时，降低处理成本。经过电絮凝-化学絮凝联合处理后的水样中悬浮固体含量和浊度值均较低，当加入150 mg/L的絮凝剂PSAF时，处理后水样中的悬浮固体含量仅为3.2 mg/L，浊度值低至1.3 NTU，达到了较好的水处理效果。

3 现场应用

将电絮凝-化学絮凝联合处理技术成功在X油田化学驱地面水处理系统中进行了应用，该油田地面水处理系统日处理水量为2 000 m3左右，前期单独使用化学絮凝法进行水处理，而随着化学驱油技术的不断应用，该油田采出水的处理效果逐渐变差，因此开展了电絮凝-化学絮凝联合处理技术现场试验。不同取水点的水样含油量和聚合物含量见表2。

由表2可见：经过5 h的处理后，二级过滤器出口水样的含油量(ρ)即可以降低至0，聚合物含量(ρ)降低至15 mg/L以下；经过10 h的处理后，二级过滤器出口水样中的聚合物含量(ρ)可以降低至10 mg/L以下，处理效果较好。

表2 不同取水点水样中含油量和聚合物含量

4 结论

1)絮凝剂聚合硅酸铝铁对目标油田化学驱地面采出水的处理效果较好，当其加量为500 mg/L时，油去除率可以达到85%以上，聚合物去除率可以达到65%以上。

2)电絮凝试验的最佳处理工艺条件为：电絮凝时间为30 min、电絮凝电压为6 V、脉冲频率为0.3 kHz，在该试验条件下，油去除率可以达到95%以上，聚合物去除率可以达到90%以上。

3)经过电絮凝处理后，再加入150 mg/L的絮凝剂聚合硅酸铝铁可以使目标油田化学驱地面采出水中的油去除率达到100%，聚合物去除率达到98%以上。电絮凝-化学絮凝联合处理技术不仅可以有效提高水处理效率，还能大幅度降低化学絮凝剂的使用量，降低处理成本。电絮凝-化学絮凝联合处理技术在X油田化学驱地面水处理系统中进行了成功应用，取得了良好的水处理效果。