专利名称：油田聚合物采油污水的混凝处理方法
技术领域：
本发明涉及一种处理油田聚合物采油污水的技术方法和工艺条件，属于水处理的技术工艺和应用领域。
尽可能地从油层中采出更多剩余原油的强化采油技术是石油工业界普遍关心的问题，将部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)注入已开采的油层中(称为聚合物采油)是一种有效提高石油采收率的方法。然而，同时在油田也产生了大量的采油废水——聚合物采油污水，这种污水不仅含有大量的油和悬浮物等污染物，而且还含有大量的聚丙烯酰胺。聚合物驱采油污水的主要水质指标如下①含油量=1000～3000ppm；②悬浮固体=100～200ppm③聚丙烯酰胺(HPAM)含量=500～700ppm；④pH值=8～9；⑤水温=35～45℃；⑥粘度=1.0～3.2mPa·s。
油田聚合物采油污水的主要特点是污水量大，污水粘度高，水中油滴及固体悬浮物的乳化稳定性强。其中高粘度和强乳化稳定性是其与其它采油污水所不同的主要特征，也是该污水难于净化处理的主要原因。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线性高分子的水溶性作用增大了污水的粘度，根据Stokes公式不利于水中油滴等颗粒的分离；另一方面，HPAM靠其分子链上的吸附基团(-CONH2)与水中的油滴及固体悬浮物等颗粒吸附，过多的HPAM分子包裹在颗粒表面，由于HPAM分子链上的带电基团(-COO-)在水中的解离，使得颗粒表面带上了大量的负电荷，增加了颗粒表面的电荷电位及颗粒间的静电排斥力，再加上-COO-基团的亲水水溶剂化作用，在带有大量负电荷的颗粒外围又包裹了一层水化壳，这样就大大增强了水中油滴等颗粒的乳化稳定性，此时HPAM实际起了分散剂的作用，使得细小的油滴等颗粒难以聚结长大，因此很难从水中分离出来。
由于聚合物采油技术在国内外尚属工业性先导试验阶段，试验过程中少量的聚合物采出污水与大量的注水采油(二次采油)污水一起混合进入联合处理站进行处理。由于稀释作用，利用现有的常规处理流程可以实现处理回注的要求。而大规模聚合物驱油工程的规划和实施在我国和世界上也还是刚刚起步，含有HPAM的采油污水在我国还是首次遇到，目前聚合物驱采油污水的处理尚处在科研攻关阶段。鉴于目前聚合物驱油的工作进展，地下注入的技术和工艺已经完成，地上采出部分的含油污水如不能得以很好的治理，将直接影响到聚合物采油技术的实施和推广。因此，聚合物采油污水处理技术的研究已经成为三次采油技术中一项不可缺少的重要研究课题。
聚合物采油污水的主要处理途径一般有三条处理达到排放标准后外排；处理达到一定标准后用作注水开采的回注水或灌入废地层；作为聚合物溶液的配制用水。不论那一条途径，首先需要解决的问题是油的去除。
目前，油田含油污水除油技术最基本最常用的方法是物理法，如重力分离、过滤等，主要靠重力、吸附或机械截留等作用去除水中的油等杂质。从新开发和研制的新型处理设备及其发展趋势来看，无非是通过增大比重差、增大颗粒的粒径、改善颗粒的分离条件等手段强化分离作用的过程，如气浮、粗粒化、离心分离、斜板分离、精细过滤等。化学混凝处理方法也是一种强化分离的手段，通过药剂的破乳、凝聚作用，来增大油滴颗粒的粒径，用来处理难以重力分离的乳化油和细小的悬浮固体颗粒，以提高除油效率。对于复杂的油田含油污水，单纯的物理法或化学法都很难经济合理地将污水净化合乎要求。从油田含油污水处理工艺流程的现状及发展趋势来看，现在一般的作法是将物理法和化学法有机地结合起来，以物理法为主要的油水分离方法，以化学法作为强化分离的手段，采用化学凝聚(粗粒化)——油水分离——过滤等一系列处理流程，去除污水中的悬浮物和各种形态的油，出水水质可达到回注水的要求。而对于性质与注水采油污水完全不同的聚合物采油污水来说，油水难于分离使现有除油设备不能有效地发挥作用。曾有人采用多种除油技术对聚合物采油污水进行处理研究，收效甚微，普通的混凝药剂处理效果不理想。因此，聚合物驱采油工程上马后，常规处理流程的污水处理站将面临新的选择，筹建新的污水处理站或增设一些高效的处理设备对常规处理流程进行改造，这两方面都需要花费大量的资金。
本发明针对聚合物采油污水的特点，提出以药剂聚合羟基铝为核心的强化混凝技术工艺，将破乳、凝聚和降低粘度三个工艺过程有机地结合起来，提高了油水的分离质量和除油效率(油的去除率达99.5％以上)，解决了聚合物采油污水净化分离效率低、效果差的难题，并且聚合物采油污水经上述方法处理后可以达到回注水的要求(见附图)，可就近排入处理后含油污水(净化水)管网作为高中渗透层注水井网的供水水源。由于该流程只是在联合站现有处理系统(油水分离-过滤)的基础上增加了混凝处理工艺，因此，只需对现有的常规处理流程稍加改造或改进，就可以用现有的污水处理站来处理聚合物采油污水，不仅可以大大节省工程投资，也为聚合物污水的回注或回用奠定了基础。此方法具有较强的高效性、经济性和更广泛的适用性，对工业化应用和设计具有实用价值。
本发明的处理方法由三个过程组成。首先是破乳降粘过程，向油田聚合物采油污水中加入药剂聚合羟基铝，在剧烈的搅拌条件下(n1=200～250rpm,t1=1～2min)让药剂与污水快速混合均匀，同时在药剂的化学作用下，污水中细小油滴和悬浮颗粒的乳化稳定性被破坏，药剂与污水中的HPAM发生化学反应，破坏HPAM分子的线性结构，从而降低污水的粘度。然后是絮凝过程，在缓慢的搅拌条件下(n2=40～60rpm,t2=10～15min)HPAM分子在药剂作用下发生桥联反应，生成具有空间网状结构的沉淀物，并与已经脱稳的油滴等颗粒互相吸附架桥形成大的絮凝体。最后是分离过程，在油水分离器中絮凝体上浮与水分离，静止分离30min后，水质变得清澈透明，油的去除率达99.5％以上，油水分离器出水中一些细小的絮凝体由后续的砂滤截留，最后出水可以达到油田回注水的要求。处理过程中产生的油渣可作为燃料回收利用。聚合物采油污水中HPAM浓度从60ppm升到750ppm时，药剂聚合羟基铝的最佳投药量范围为25～125mg/L，吨水处理的药剂费用为0.4～1.9元/m3·水。
附图为聚合物采油污水处理回用工艺流程示意图，其中
1-聚合物采油污水5-油水分离2-药剂聚合羟基铝6-砂滤3-混合 7-处理后水(可回用作回注水)4-反应 8-油渣(可回收利用)实施例1大庆油田采油一厂聚合物采油污水的混凝处理①实际聚合物采油污水(HPAM=161.7ppm)从目前大庆油田注聚合物油井(采油一厂，北-5更-31)取采出液，按照目前采出液的化学脱水工艺经加温(约40℃)、破乳(破乳剂SP-169约10mg/L)、油水分离(静止20分钟)后，得实际聚合物采油污水。
②低浓度HPAM含油污水(HPAM=67.75ppm)取111掺水站回掺水，与上述实际聚合物采油污水等体积混合稀释，得低浓度HPAM含油污水样。
③高浓度HPAM含油污水(HPAM=750.85ppm)大庆油田注聚合物油井(采油一厂，北-5更-31)采出液加入HPAM(M=7×106)，配成含有高浓度HPAM的采出液，再经加温(约40℃)、破乳(破乳剂SP-169约10mg/L)、油水分离(静止20分钟)后，得高浓度HPAM含油污水。
向上述三种聚合物采油污水中分别加入药剂聚合羟基铝，在剧烈的搅拌条件下(n1=200rpm)让药剂与污水快速混合1min，然后在缓慢的搅拌条件下(n2=55rpm)反应10min，停止搅拌，静止分离30min后，取中部清液进行水质分析。各种污水的水质条件及混凝处理效果汇总于表1。
表1聚合物采油污水水质与混凝处理效果一览表
实施例2大庆采油六厂聚合物采油污水的混凝处理从六厂四矿470站聚合物驱采油井(10-P183、8-P192、9-P193)取不同聚合物浓度的采出液，经自然沉降分离后，从底部获得聚合物采油污水。向上述三种聚合物采油污水中分别加入药剂聚合羟基铝，在剧烈的搅拌条件下(n1=250rpm)快速混合1min，然后在缓慢的搅拌条件下(n2=40rpm)反应10min，停止搅拌，静止分离30min后，取中部清液进行水质分析。三种聚合物采油污水试验水样的水质情况以及混凝处理结果见表2。
表2聚合物单井采出液污水水质及混凝处理结
从实施例2可以看出药剂聚合羟基铝对聚合物采油污水具有较好的除油效果。对于不同聚合物浓度的采油污水(聚合物浓度为30.4～168.8mg/L、含油量为2653.23～7212.70mg/L)，药剂投加量为37.5～50mg/L时，油的去除率可达到99.9％以上，处理后水中含油量为4.95～7.92mg/L(＜10mg/L)，达到污水混凝沉降除油处理的出水水质要求。
权利要求
1.油田聚合物采油污水的混凝处理方法，其特征在于通过药剂与聚合物间的化学反应，将破乳、凝聚和降低粘度三个工艺过程有机地结合起来的强化混凝作用，油及聚合物的去除效率高，污水处理后油及悬浮物含量达到回注水要求。
全文摘要
本发明公开了一种油田聚合物采油污水的混凝处理方法,属于水处理的技术工艺和应用领域。利用药剂聚合羟基铝的强化混凝作用,将破乳、凝聚和降低粘度三个工艺过程有机地结合起来,提高了油水的分离质量和除油效率,解决了聚合物采油污水处理的难题。该方法工艺简单,使用油田现有的常规处理系统即可实现聚合物采油污水处理后回注的要求,因此具有高效、经济和实用等特性。
文档编号C02F1/52GK1216751SQ9811799
公开日1999年5月19日 申请日期1998年9月15日 优先权日1998年9月15日
发明者李大鹏 申请人:中国科学院生态环境研究中心