專利名稱：油田聚合物采油污水的混凝處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理油田聚合物采油污水的技術(shù)方法和工藝條件，屬于水處理的技術(shù)工藝和應(yīng)用領(lǐng)域。
盡可能地從油層中采出更多剩余原油的強化采油技術(shù)是石油工業(yè)界普遍關(guān)心的問題，將部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)注入已開采的油層中(稱為聚合物采油)是一種有效提高石油采收率的方法。然而，同時在油田也產(chǎn)生了大量的采油廢水——聚合物采油污水，這種污水不僅含有大量的油和懸浮物等污染物，而且還含有大量的聚丙烯酰胺。聚合物驅(qū)采油污水的主要水質(zhì)指標如下①含油量=1000～3000ppm；②懸浮固體=100～200ppm③聚丙烯酰胺(HPAM)含量=500～700ppm；④pH值=8～9；⑤水溫=35～45℃；⑥粘度=1.0～3.2mPa·s。
油田聚合物采油污水的主要特點是污水量大，污水粘度高，水中油滴及固體懸浮物的乳化穩(wěn)定性強。其中高粘度和強乳化穩(wěn)定性是其與其它采油污水所不同的主要特征，也是該污水難于凈化處理的主要原因。由于聚合物采油污水中含有大量的聚丙烯酰胺(HPAM)，一方面，HPAM線性高分子的水溶性作用增大了污水的粘度，根據(jù)Stokes公式不利于水中油滴等顆粒的分離；另一方面，HPAM靠其分子鏈上的吸附基團(-CONH2)與水中的油滴及固體懸浮物等顆粒吸附，過多的HPAM分子包裹在顆粒表面，由于HPAM分子鏈上的帶電基團(-COO-)在水中的解離，使得顆粒表面帶上了大量的負電荷，增加了顆粒表面的電荷電位及顆粒間的靜電排斥力，再加上-COO-基團的親水水溶劑化作用，在帶有大量負電荷的顆粒外圍又包裹了一層水化殼，這樣就大大增強了水中油滴等顆粒的乳化穩(wěn)定性，此時HPAM實際起了分散劑的作用，使得細小的油滴等顆粒難以聚結(jié)長大，因此很難從水中分離出來。
由于聚合物采油技術(shù)在國內(nèi)外尚屬工業(yè)性先導(dǎo)試驗階段，試驗過程中少量的聚合物采出污水與大量的注水采油(二次采油)污水一起混合進入聯(lián)合處理站進行處理。由于稀釋作用，利用現(xiàn)有的常規(guī)處理流程可以實現(xiàn)處理回注的要求。而大規(guī)模聚合物驅(qū)油工程的規(guī)劃和實施在我國和世界上也還是剛剛起步，含有HPAM的采油污水在我國還是首次遇到，目前聚合物驅(qū)采油污水的處理尚處在科研攻關(guān)階段。鑒于目前聚合物驅(qū)油的工作進展，地下注入的技術(shù)和工藝已經(jīng)完成，地上采出部分的含油污水如不能得以很好的治理，將直接影響到聚合物采油技術(shù)的實施和推廣。因此，聚合物采油污水處理技術(shù)的研究已經(jīng)成為三次采油技術(shù)中一項不可缺少的重要研究課題。
聚合物采油污水的主要處理途徑一般有三條處理達到排放標準后外排；處理達到一定標準后用作注水開采的回注水或灌入廢地層；作為聚合物溶液的配制用水。不論那一條途徑，首先需要解決的問題是油的去除。
目前，油田含油污水除油技術(shù)最基本最常用的方法是物理法，如重力分離、過濾等，主要靠重力、吸附或機械截留等作用去除水中的油等雜質(zhì)。從新開發(fā)和研制的新型處理設(shè)備及其發(fā)展趨勢來看，無非是通過增大比重差、增大顆粒的粒徑、改善顆粒的分離條件等手段強化分離作用的過程，如氣浮、粗?；㈦x心分離、斜板分離、精細過濾等?；瘜W(xué)混凝處理方法也是一種強化分離的手段，通過藥劑的破乳、凝聚作用，來增大油滴顆粒的粒徑，用來處理難以重力分離的乳化油和細小的懸浮固體顆粒，以提高除油效率。對于復(fù)雜的油田含油污水，單純的物理法或化學(xué)法都很難經(jīng)濟合理地將污水凈化合乎要求。從油田含油污水處理工藝流程的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢來看，現(xiàn)在一般的作法是將物理法和化學(xué)法有機地結(jié)合起來，以物理法為主要的油水分離方法，以化學(xué)法作為強化分離的手段，采用化學(xué)凝聚(粗粒化)——油水分離——過濾等一系列處理流程，去除污水中的懸浮物和各種形態(tài)的油，出水水質(zhì)可達到回注水的要求。而對于性質(zhì)與注水采油污水完全不同的聚合物采油污水來說，油水難于分離使現(xiàn)有除油設(shè)備不能有效地發(fā)揮作用。曾有人采用多種除油技術(shù)對聚合物采油污水進行處理研究，收效甚微，普通的混凝藥劑處理效果不理想。因此，聚合物驅(qū)采油工程上馬后，常規(guī)處理流程的污水處理站將面臨新的選擇，籌建新的污水處理站或增設(shè)一些高效的處理設(shè)備對常規(guī)處理流程進行改造，這兩方面都需要花費大量的資金。
本發(fā)明針對聚合物采油污水的特點，提出以藥劑聚合羥基鋁為核心的強化混凝技術(shù)工藝，將破乳、凝聚和降低粘度三個工藝過程有機地結(jié)合起來，提高了油水的分離質(zhì)量和除油效率(油的去除率達99.5％以上)，解決了聚合物采油污水凈化分離效率低、效果差的難題，并且聚合物采油污水經(jīng)上述方法處理后可以達到回注水的要求(見附圖)，可就近排入處理后含油污水(凈化水)管網(wǎng)作為高中滲透層注水井網(wǎng)的供水水源。由于該流程只是在聯(lián)合站現(xiàn)有處理系統(tǒng)(油水分離-過濾)的基礎(chǔ)上增加了混凝處理工藝，因此，只需對現(xiàn)有的常規(guī)處理流程稍加改造或改進，就可以用現(xiàn)有的污水處理站來處理聚合物采油污水，不僅可以大大節(jié)省工程投資，也為聚合物污水的回注或回用奠定了基礎(chǔ)。此方法具有較強的高效性、經(jīng)濟性和更廣泛的適用性，對工業(yè)化應(yīng)用和設(shè)計具有實用價值。
本發(fā)明的處理方法由三個過程組成。首先是破乳降粘過程，向油田聚合物采油污水中加入藥劑聚合羥基鋁，在劇烈的攪拌條件下(n1=200～250rpm,t1=1～2min)讓藥劑與污水快速混合均勻，同時在藥劑的化學(xué)作用下，污水中細小油滴和懸浮顆粒的乳化穩(wěn)定性被破壞，藥劑與污水中的HPAM發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，破壞HPAM分子的線性結(jié)構(gòu)，從而降低污水的粘度。然后是絮凝過程，在緩慢的攪拌條件下(n2=40～60rpm,t2=10～15min)HPAM分子在藥劑作用下發(fā)生橋聯(lián)反應(yīng)，生成具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的沉淀物，并與已經(jīng)脫穩(wěn)的油滴等顆?；ハ辔郊軜蛐纬纱蟮男跄w。最后是分離過程，在油水分離器中絮凝體上浮與水分離，靜止分離30min后，水質(zhì)變得清澈透明，油的去除率達99.5％以上，油水分離器出水中一些細小的絮凝體由后續(xù)的砂濾截留，最后出水可以達到油田回注水的要求。處理過程中產(chǎn)生的油渣可作為燃料回收利用。聚合物采油污水中HPAM濃度從60ppm升到750ppm時，藥劑聚合羥基鋁的最佳投藥量范圍為25～125mg/L，噸水處理的藥劑費用為0.4～1.9元/m3·水。


附圖為聚合物采油污水處理回用工藝流程示意圖，其中
1-聚合物采油污水5-油水分離2-藥劑聚合羥基鋁6-砂濾3-混合 7-處理后水(可回用作回注水)4-反應(yīng) 8-油渣(可回收利用)實施例1大慶油田采油一廠聚合物采油污水的混凝處理①實際聚合物采油污水(HPAM=161.7ppm)從目前大慶油田注聚合物油井(采油一廠，北-5更-31)取采出液，按照目前采出液的化學(xué)脫水工藝經(jīng)加溫(約40℃)、破乳(破乳劑SP-169約10mg/L)、油水分離(靜止20分鐘)后，得實際聚合物采油污水。
②低濃度HPAM含油污水(HPAM=67.75ppm)取111摻水站回摻水，與上述實際聚合物采油污水等體積混合稀釋，得低濃度HPAM含油污水樣。
③高濃度HPAM含油污水(HPAM=750.85ppm)大慶油田注聚合物油井(采油一廠，北-5更-31)采出液加入HPAM(M=7×106)，配成含有高濃度HPAM的采出液，再經(jīng)加溫(約40℃)、破乳(破乳劑SP-169約10mg/L)、油水分離(靜止20分鐘)后，得高濃度HPAM含油污水。
向上述三種聚合物采油污水中分別加入藥劑聚合羥基鋁，在劇烈的攪拌條件下(n1=200rpm)讓藥劑與污水快速混合1min，然后在緩慢的攪拌條件下(n2=55rpm)反應(yīng)10min，停止攪拌，靜止分離30min后，取中部清液進行水質(zhì)分析。各種污水的水質(zhì)條件及混凝處理效果匯總于表1。
表1聚合物采油污水水質(zhì)與混凝處理效果一覽表

實施例2大慶采油六廠聚合物采油污水的混凝處理從六廠四礦470站聚合物驅(qū)采油井(10-P183、8-P192、9-P193)取不同聚合物濃度的采出液，經(jīng)自然沉降分離后，從底部獲得聚合物采油污水。向上述三種聚合物采油污水中分別加入藥劑聚合羥基鋁，在劇烈的攪拌條件下(n1=250rpm)快速混合1min，然后在緩慢的攪拌條件下(n2=40rpm)反應(yīng)10min，停止攪拌，靜止分離30min后，取中部清液進行水質(zhì)分析。三種聚合物采油污水試驗水樣的水質(zhì)情況以及混凝處理結(jié)果見表2。
表2聚合物單井采出液污水水質(zhì)及混凝處理結(jié)

從實施例2可以看出藥劑聚合羥基鋁對聚合物采油污水具有較好的除油效果。對于不同聚合物濃度的采油污水(聚合物濃度為30.4～168.8mg/L、含油量為2653.23～7212.70mg/L)，藥劑投加量為37.5～50mg/L時，油的去除率可達到99.9％以上，處理后水中含油量為4.95～7.92mg/L(＜10mg/L)，達到污水混凝沉降除油處理的出水水質(zhì)要求。
權(quán)利要求
1.油田聚合物采油污水的混凝處理方法，其特征在于通過藥劑與聚合物間的化學(xué)反應(yīng)，將破乳、凝聚和降低粘度三個工藝過程有機地結(jié)合起來的強化混凝作用，油及聚合物的去除效率高，污水處理后油及懸浮物含量達到回注水要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種油田聚合物采油污水的混凝處理方法,屬于水處理的技術(shù)工藝和應(yīng)用領(lǐng)域。利用藥劑聚合羥基鋁的強化混凝作用,將破乳、凝聚和降低粘度三個工藝過程有機地結(jié)合起來,提高了油水的分離質(zhì)量和除油效率,解決了聚合物采油污水處理的難題。該方法工藝簡單,使用油田現(xiàn)有的常規(guī)處理系統(tǒng)即可實現(xiàn)聚合物采油污水處理后回注的要求,因此具有高效、經(jīng)濟和實用等特性。
文檔編號C02F1/52GK1216751SQ9811799
公開日1999年5月19日 申請日期1998年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月15日
發(fā)明者李大鵬 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心