聚合物驱油技术作为3次采油的重要方法 之一，在大庆油田己开始大面积推广应用[1’2]. 2000年大庆油田聚合物驱采油达8. 8X 106t聚 合物驱累计产油3. 43 1 8X 107t,是世界最大的 聚合物驱采油工程[3 4].聚合物驱采出液经脱水 后得到含油污水（采出水）污水处理后可回注 地层重复使用[5’q .本研究通过室内试验，研究 聚丙烯酰胺对聚合物驱含油污水中油水分离特 性的影响，找出聚合物驱含油污水难以处理的 原因，并用横向流除油器处理聚合物驱含油污 水.

1材料和方法

油样取自大庆油田采油三厂北三西外输原 油，含水率小于0. 5% 45 °C下的密度为850kg/ m3,粘度为60. 89 mPa °s.阴离子聚丙烯酰胺 (HPAM)为法国SNF公司生产，相对分子质量 (Mr)分别为 2.72X 106、4X 106、8X 106、1. 3X 107,水解度为25%~30%

1 2矿化水配制方法

根据大庆油田地下水的水质，尤其是聚合 物驱采油区块的水质分析结果，室内配制矿化 

水的含盐组成为(mg/L):NaCl 1523，NaHC〇3 2820，Na2C〇3 168. 7， Na2S〇4 10. 5 CaCl2 56 9 MgCl2 06H2〇 35. 5.

1.3模拟含油污水配制方法

(1)在500mL广口瓶中加入2000mg/L的 HPAM(Mr= 1. 3X 107)100g，再加 1%的表面 活性剂（〇RS-41)20g，补加矿化水至200g恒温 至45 °C，最后加入45 °C的油样200g，用瑞士 KINEMATICH公司生产的PT3000型均化仪 以20000r/ min速率乳化5min，制得含油量为 50%的油珠母液，其粒径中值为3. 89Mm.

(2)在250mL广口瓶中配制不同含量的聚 合物水样100g.

(3)向水样中加入0.4g的油珠母液，用手 摇均制得2000 mg/ L的含油污水.

(4)将制得的污水倒入100mL烧杯中，在 烘箱中以45 °C恒温沉降4h后，取下清液50 mL，测定含油量等指标.

14粘度测定

粘度测定采用德国HAAKE公司生产的 RS100流变仪(配DG40测试探头)，在45 °C恒 温下测定，粘度值为剪切速率-粘度曲线中剪切 速率为10s_1所对应值.

1 5油珠粒径的测试方法

油珠粒径测定采用法国CILAS公司生产 的1064L激光粒度分析仪.测定前将500mL的 去离子水装入烧杯中，水浴加热至45 °Q然后 加入适量的油珠水样，用玻璃棒轻轻搅拌均匀， 倒入粒度仪的样品槽测定其粒径.

16含油量测定方法——分光光度法

向水样中加入适量1 :1盐酸溶液，调至pH =2左右，再加入50mL 120号无铅汽油萃取 24h，将萃取液装入比色皿中，用汽油作空白溶 液，在分光光度计TU1001上430nm处测其吸 光度，从标准曲线查出含油量.

1.7显微镜观察油珠沉降试验

将含油污水加入到比色皿中，放在倒置生 物显微镜(型号为XSZ-D型）的载物台上，显微 镜的放大倍数为16X40倍，整个装置放在恒温 装置中恒温45 ^污水沉降过程中观察油珠形 态并用摄像机录制.

2结果与讨论

2. 1 HPAM浓度对油水分离特性的影响

在聚合物驱采油过程中，注入HPAM的浓 度为1000mg/L，Mr为1. 4X 107以上，由于地 层的剪切、降解等作用，采出水中聚合物Mr降 为2X 106〜5X 106[ 2 7 .由于地下水的稀释等作 用，采出水中HPAM的浓度相差较大.本研究 选用HPAM的Mr为2. 72X 106,其浓度对污 水粘度和油水稳定性的影响结果见图1.由图1 可见，随着聚合物浓度增加，污水粘度增大，但 对污水含油量的影响出现先降低后升高的规 律，在聚合物的浓度为400mg/L，污水粘度为 1. 298mPa°s时，沉降后的污水含油量最低.

 

Fig. 1 Effect of concentration of 2_ 72X 106 HPAM on sewage viscosity and oil content

Mr为4X 106和8X 106的HPAM浓度和

污水沉降后含油量的关系试验结果见图2.从 图2可见，2. 72X 106聚合物浓度为400mg/L，4 X 106聚合物的浓度为200mg/L，8X 106聚合 物的浓度为100mg/L时，最终含油量最低.随 着聚合物Mr增大，含油量最低时聚合物的浓 度最佳值减小，聚合物浓度最佳时污水的最终 含油量增大.从图中也可看出，当聚合物浓度低 于某一值（2. 72X 106 为 800mg/L，4X 106 为 600mg/L，8X 106 为 330mg/L)时，含油量低于 聚合物浓度为0mg/ L时含油量，即聚合物浓度 低于此值时，聚合物有利于油水分离.污水的粘 度与聚丙烯酰胺的分子量和浓度成正比，聚丙 烯酰胺分子量和浓度增加，聚合物驱污水的粘 度增加，导致油珠浮升速度降低，同时，聚丙烯 酰胺具有絮凝性，能促进小油珠聚并成大油珠.

三油田现场聚合物驱采出水中聚合物的

5 0 5 0

•7-6-4-3

 

2期

环

境 科 学

71

浓度小于600mg/ L，因此，聚合物有利于聚合物 驱含油污水中油珠的沉降分离.

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02004006008001000

HPAM 浓度/ mg • L-1

图2不同分子量HPAM的浓度与含油量的关系

Fig. 2 Relations between concentration of different molecular weight HPAM and oil content

2 2聚合物对油珠聚并的影响

将装有含油污水的三角瓶放在振幅为 17mm的KS10/TH10往复振荡机上以 100min—1频率45 °C恒温振荡，不同时间测定油 珠粒径，比较聚合物对油珠聚并的影响，结果见 表1.从表1可见，污水中不含聚合物时，油珠在 浮升过程中略有聚并；当污水中聚合物浓度为 200mg/L时，油珠聚并程度较高，0. 5h油珠粒 径中值为6. 67^m;当聚合物浓度增加到 600mg/L，0. 5h油珠粒径中值达到10. 27Mm. 沉降2h后，聚丙烯酰胺对聚合物驱含油污水中油珠沉降分离的影响,油珠粒径进一步增大.可见，聚并是 聚合物有利于油珠沉降分离的主要原因.

表1聚合物对油珠聚并的影响^

Table 1 Effect of polymer on combination of oil droplets

序号HPAM浓度 /mg°L—1粒径中值/^m

05h2h

103.974. 29

220066710 55

360010.2713.54

1)聚合物为2. 72X 106,油珠初始粒径为3. 8屮m.

2 3聚合物对油水界面水膜的影响

油珠界面性能直接影响油珠聚并.而油珠 在聚并过程中必须排挤其间的水膜并使其破 裂，由于聚丙烯酰胺是水溶性的大分子，增加了 水膜的粘度，这种粘性水膜增加了油珠聚并的 难度.

水膜破裂过程包括排液阶段和破裂阶段.

水膜的强度体现在破裂速度常数k、排液时间

tD和半生命期t1/2.其关系式为k=n2/ ( t1/2—

tD).排液时间tD和半生命期t1/2越大.速度常 ? 1994-2014 Cnma Academic Journal Elecffbmc

数k越小，水膜强度越大.污水中油珠聚并过程 是油珠间水膜破裂、消失过程，因此水膜强度可 以综合体现油珠聚并的难易程度.

图3为聚丙烯酰胺对水膜强度的影响.从 图3可见，聚丙烯酰胺浓度从0mg/L增加到 800mg/L，排液时间由0. 43s增加到1. 32s半 生命期h/2由1. 8s增加到4. 62s，而破裂速率常 数由0. 21s—1降低到0. 506 s—1，即聚合物增加 了水膜的强度.

s/talfe

 

 

HPAM 浓度/mg.!/1

图3聚丙烯酰胺对水膜强度的影响

Fig. 3 Effects of HPAM on intensity of water film

2. 4聚合物驱含油污水的特性

表2为大庆油田现场水驱和聚合物驱含油 污水的水质.从表2可见，由于聚合物的存在， 聚丙烯酰胺对聚合物驱含油污水中油珠沉降分离的影响,聚合物驱含油污水和水驱含油污水相比具有粘 度大、粒径小的特点.通过以上试验发现，在初 始油珠粒径相同的条件下，污水中含有聚丙烯 酰胺有利于油珠沉降分离.根据Stocks公式[8]， 油珠在水中上浮速度与油珠粒径的平方成正 比，与污水粘度成反比，因而油珠粒径大小是决 定油珠浮升速度的主要因素.聚合物驱含油污 水初始油珠粒径中值为3〜5^m，而水驱污水油 珠粒径中值高达34 57^m，可见，油珠初始粒径 小是油田现场聚合物驱含油污水的沉降时间大 于水驱污水的主要原因，改变了聚丙烯酰胺导 致聚合物驱含油污水难以处理的观点.因此，在 处理聚合物驱含油污水时，不应破坏水中聚合

表2大庆油田现场含油污水性质

Table 2 Oily wastewater quality in Daqing oilfield

取样

地点粘度 / mPa ° s油珠粒

径中值

/

/^m聚合物

mg°L—总含盐量

1/ mg°L-1pH备注

聚北II1. 2333. 55633. 129408 0聚合物驱

喇3601. 0574 94603 328628 2聚合物驱

喇110. 70134 5744558 5水驱

物，而应利用聚结、斜板等技术加速油珠聚并， 减少浮升时间[9 10].为此，将聚结和斜板技术结 合在一起，开发了适合聚合物驱含油污水处理 的设备——横向流除油器.

2. 5横向流除油器处理聚合物驱污水的特点 横向流除油器由两级聚结区和分离区组 成.聚结区由一系列正交的梯形板组成，含油污 水在聚结材料间隙中以正弦波路流动，聚丙烯酰胺对聚合物驱含油污水中油珠沉降分离的影响,有利于 微小油滴在聚结板中发生碰撞、聚并，最终变成 容易去除的较大油珠.分离区除油的基本原理 与斜板除油相似，聚结后的含油污水再次发生 碰撞并分离.最后油珠浮至上板底面，沿通道导 入除油器的顶部进入油箱中，污泥及固体物质 落至下板的表面，沿通道下滑至板底部进入罐 内污泥漏斗中；处理后的水沿水平方向流动进 入水箱.其原理结构见图4.

图4横向流除油器结构原理

现场试验流程见图5.设备处理量为70m3/ h，有效停留时间1. 43h .当污水中聚合物浓度 为310〜440mg/L，聚合物驱含油污水含油量 580〜2400 mg/L，经横向流除油器处理后含油 量降54〜93 mg/L，经一次和二次双层滤料过 滤后，含油量小于5. 5mg/L，悬浮固体含量小于 4 5mg/L，悬浮物粒径中值小于3~，达到油田 中渗透地层注水标准.横向流除油器可代替油 田现有工艺中的自然沉降和混凝沉降罐，适合 聚合物驱含油污水处理.该设备已在大庆油田 聚合物驱含油污水处理中得到推广.

3结论

(1)聚合物对油水分离的作用一为增加污水 粘度.减小上升速度，聚丙烯酰胺对聚合物驱含油污水中油珠沉降分离的影响,增加油水界面的水膜强度，

延长油珠聚并时间，不利于油水分离;另为聚合 物能促进油珠间的聚并，使小油珠变成大油珠， 有助于油水分离.当聚合物浓度较低时，聚并作 用大于粘度影响，聚合物有助于油水分离.

图5处理聚合物驱含油污水工艺流程

(2)油珠粒径小是聚合物驱含油污水 油水分离难于水驱含油污水的主要原因，因此 处理聚合物驱含油污水的关键是强化油珠聚 并，缩短沉降时间.

(3)横向流除油器能够加速油珠聚并，缩短 油珠浮升时间.现场试验结果表明，横向流除油 器适合聚合物驱含油污水处理，处理后水质达到油田中渗透层注水指标.