聚合物驱采油污水处理技术及研究进展

（中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452）

摘 要：聚合物驱作为三次采油的重要技术手段，广泛应用于国内外油田现场，聚驱采油污水中含有残余的聚合物导致其处理难度加大。本文从含油污水粘度增大、油珠变小、油泥产生量增加、油水界面膜强度增大这四个方面，对聚合物驱采油污水的稳定性进行了分析；介绍了几种聚合物驱采油污水处理技术，包括重力分离、水力旋转分离、气浮选、过滤、生物、化学及电化学絮凝等方法；还对聚驱采油污水处理技术未来的研究方向进行了展望。

关键词：聚合物驱；采油污水；污水处理；除油率

前言

聚合物驱采油技术在提高原油采收率的同时，也随之产生了大量的含聚采油污水。与水驱采油污水相比，聚驱采油污水最大的特点就是含有大量残留的聚合物，其质量浓度可高达500mg/L，相对分子质量在2×106-5×106之间^[1]。注入聚合物在机械降解、化学降解和微生物降解的共同作用下，井口采出时分子量与注入时相比已有大幅的降低，不同油田、不同油井的聚合物分子量下降幅度存在一定的差异^[2]。

1  聚合物驱采油污水稳定性分析

聚驱采油污水中含有的残余聚合物，将会导致如下结果：（1）采油污水粘度增大。在45℃时水驱采出水的粘度一般为0.6mPa.s，而聚合物驱采出水的粘度随聚合物含量的增加而增大，当聚合物质量浓度从80mg/L增加到520mg/L时，污水粘度从0.8mPa.s增加到3.5mPa.s。采油污水粘度的增大会增加水中胶体颗粒的稳定性^[3]，使得污水处理所需的自然沉降时间增加。（2）采出水的油珠变小。粒径测试发现聚合物驱采出水中油珠粒径小于10μm的占90%以上，油珠粒径中值为3～5μm，属于典型的乳化油，单纯用静止沉降法难以去除，油水分离比较困难，处理后的污水中油含量较高^[4]。（3）污水处理过程油泥产生量增加。聚合物是一种亲水性的表面活性剂，对O/W型乳状液起到了促进的作用，另外由于聚合物吸附性较强，携带的泥沙量增大，含油污泥的产生量将会增加[5]。（4）油水界面膜强度增大。残留聚合物在油水界面间的吸附和沉集，增加了油水界面膜的厚度和强度，降低了分散相和分散介质界面的自由焓，使它们的聚结倾向降低，增加了乳状液的稳定性^[6]。

2  聚合物驱采油污水处理技术

2.1 重力分离技术

重力分离技术^[7]是利用油水密度差以及油水不相溶性，在静止状态下实现油水分离的方法，此法适用于油珠粒径大于60μm、乳化程度较低的含油污水，重力除油的主要设备有横向流除油器、波纹板聚结油水分离器、聚集型油水分离器、立式除油罐和斜板式隔油池等。

2.2 水力旋转技术

水力旋转技术^[8]是利用离心力场来增大油珠在水中的浮力，从而提高油水分离效率，这是对重力分离的一种改进，水力旋流器由圆筒涡旋段﹑同心缩颈段﹑细锥段和平行尾端组成，它具有除油效率高、占地面积小等优点，被广泛应用于海上油田采油平台污水处理工艺中。

2.3 气浮法

气浮法^[9]是向含油污水中通入大量微小气泡，使表面积比较大的气泡与水中的油珠和悬浮物充分粘附，利用其密度小于水而上浮形成浮渣，从而达到油水分离的目的，它具有处理量大﹑产生的污泥量小和分离效率高的特点，常见的有加压溶气气浮法、叶轮式气浮法和射流式气浮法。

2.4 过滤技术

过滤技术^[10]是让含油污水流经具有一定孔隙率的介质，水中的分散油和悬浮物被截留在介质表面或内部而除去，其机理包括阻力截留、重力沉降和接触絮凝。根据所用的过滤介质不同，可将过滤分成格栅过滤、微孔过滤、膜过滤和深层过滤四类。聚驱采油污水处理中多使用深层过滤，采用的颗粒滤料以石英砂、无烟煤和核桃壳为主，深层过滤技术主要用于处理分散油，只有聚结没有破乳作用，需定期对过滤器进行反冲洗，否则容易造成滤料堵塞。

2.5 化学絮凝技术

化学絮凝技术是通过向聚驱采油污水中添加化学药剂，使污染成分变成无害物质，絮凝剂经过水解后其胶团带有正电荷，与带有负电荷的油珠进行中和，经过聚结后粒径变大，在油水密度差的作用下达到油水分离的目的。絮凝剂分为无机﹑有机﹑复合及微生物絮凝剂四大类：无机絮凝剂具有良好的凝聚效果和脱色能力；有机高分子絮凝剂具有分子量高、絮凝效果好、对胶体物质的吸附架桥能力强、药剂投加量少等优点，但也存在合成工艺复杂、处理成本较高的缺点；将两者复配成无机-有机高分子复合絮凝剂，絮凝效果十分显著；微生物絮凝剂是指微生物产生的具有絮凝活性的代谢产物，其絮凝沉淀性能良好、安全无毒、易于降解。

2.6 电絮凝法

电絮凝法是利用铝或铁等可溶性电极在电流作用下，溶解生成铝或铁的氢氧化物，再通过其氢氧化物的凝聚性来凝聚水中的胶体物质，从而使污水获得净化的一种电化学方法。电絮凝技术可以有效降低聚驱采油污水的粘度、含油量、浊度等，但是存在能耗高、电解过程产生氢气、溶液电导率不稳定的缺点，还会形成部分废渣。因此，需要进一步对电极材料、极化方式及其影响因素进行研究，三维电极是在二维电解槽电极间装填粒状或其他碎屑状材料并使其表面带电，与普通二维电极相比，三维电极的面体比增加，具有较高电流效率。

2.7 生物法

生物法^[15]是利用微生物的代谢生化作用，将聚驱采油污水中呈溶解、胶体状态的复杂有害的有机污染物质，转化分解为稳定的无害物质。生物法分好氧法和厌氧法两类，均是比较成熟的工艺，其中好氧技术主要包括活性污泥法、SBR法、生物膜法、氧化塘法等形式；厌氧处理工艺根据处理设备的不同，则可分为厌氧接触、厌氧生物滤池、升流式厌氧污泥床、厌氧生物转盘等处理方法。

2.8 多级串联组合工艺

聚驱油田现场采油污水处理工艺一般是上述技术的串联组合，综合发挥上述几种方法的分离特点和优势，从而最终达到符合标准的污水处理效果。王玉为高效快速处理聚驱采油污水，采用不同清水剂，按照海上平台污水处理流程包括缓冲罐、斜板除油器、气浮选器及双介质过滤器等处理单元组成的工艺流程，进行了海上油田现场试验，结果表明：非离子清水剂RPEO的除油率优于DPEO，阴离子清水剂CH-2的除油率优于CH-1和CH-3，RPEO和CH-2的除油率分别为97.1%和95.0%，优化后的复配型清水剂（100 mg/L RPEO+50 mg/L CH-2）处理海上油田现场聚驱采油污水，其除油率达99.9%。

3 总结及展望

重力沉降﹑水力旋转、气浮﹑过滤、化学絮凝等方法及其组合工艺，是大多数聚驱油田进行采油污水处理的常用技术，虽然这些工艺发展成熟、经济有效，但还是存在一些不足。随着科学技术的不断发展，一些高新的聚驱采油污水处理技术将得到深入研究，如膜分离、超临界水氧化﹑光催化氧化等技术。

膜分离技术是目前研究的热点，包括微膜、超滤膜、纳滤膜及反渗透膜等形式，主要应用于稠油油田和低渗油田的采出污水处理。姚海博等[18]研究了超滤膜过滤处理含聚污水时聚合物浓度对膜通量的影响，通过对过滤后被原水污染的膜纤维进行化学清洗，对污染膜表面和断面进行扫描电镜分析，优选得到污染膜的化学清洗方案。超临界水氧化技术是一种可实现对多种有机废物进行深度氧化处理的技术，通过氧化作用将聚驱污水中的石油类完全氧化为清洁的H2O、CO2和其他无害小分子，研究人员正尝试将催化剂引入超临界水氧化工艺过程。光催化氧化技术在处理工农业废水和防治大气污染方面都取得了很好的效果，在处理聚驱油田采油污水方面，通常是与其他技术相互结合，使污水中的石油类得到有效降解。曾卉等[20]采用高级氧化工艺，辅以沉淀、气浮及过滤，处理某油田聚合物驱采油污水，结果表明：该工艺对COD去除率为93.6%，聚合物去除率约90.3%，石油类去除率约97.6%，悬浮物去除率为90.4%，出水水质可达油田回注水标准。

参考文献：

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[2] 刘希，伊卓，胡晓娜，等．高温油藏聚合物驱采出液中聚丙烯酰胺浓度的测定[J]．石油化工，2021，50(08)：783-787．

[3] 柴德民，岑媛媛，王晓君．油田含聚污水电荷吸附过滤试验效果评价[J]．化学工程与装备，2021(04)：24-25．

[4] 孟祥雯．含聚污水处理工艺技术界限研究[D]．东北石油大学，2018．

[5] 寇子健，陈斌，李强，等．海上化学驱油田含聚油泥分析及预防措施[J]．石油化工应用，2021，40(05)：18-22．

[6] 刘光成，潘亿勇，龚小平，等．锦州9-3油田产出聚合物对污水稳定性的影响研究[J]．石油与天然气化工，2014，43(04)：452-457．

[7] 尚志荣，张千东，高永．提升斜板除油器污水处理能力的技术研究[J]．石化技术，2021，28(02)：86-87．

[8] 李海．渤海某油田水力旋流器测试数据分析[J]．化工管理，2022(07)：69-72．

[9] 王志华，孙熙彤，李杰训，等．含聚污水溶气气浮沉降分离影响因素及规律[J]．石油机械，2020，48(10)：123-135．

[10] 柴德民．油田含聚污水过滤工艺因素及臭氧处理效果评价[J]．化工进展，2020，39(2)：413-420．

第一作者简介：刘晓瑜（1987-），男，湖北黄石人，硕士，就职于中海石油（中国）有限公司天津分公司，主要从事采油工程方面的研究。

       来源：化学工程与装备 - 官方网站 - 创刊于1972   2022年第12期   在线投稿  >>