油田化學(xué)驅(qū)地面水處理技術(shù)研究及應(yīng)用*

李錫偉

(中海油能源發(fā)展股份有限公司，天津 300452)

隨著世界范圍內(nèi)對石油資源需求量的不斷增加，國內(nèi)外各大油田的勘探開發(fā)進(jìn)度也不斷加快，目前很多油田均已進(jìn)入高含水以及特高含水開發(fā)階段，開采的難度不斷增大，產(chǎn)油量逐漸減少，因此，提高油田后續(xù)開發(fā)的采收率成為研究的重點(diǎn)。近年來，化學(xué)驅(qū)油技術(shù)作為一種最常用的提高采收率技術(shù)手段，在國內(nèi)外各大油田得到了廣泛的研究及應(yīng)用，其中聚合物驅(qū)和表面活性劑驅(qū)的研究及報(bào)道相對較多，并取得了較好的應(yīng)用效果[1-4]。但化學(xué)驅(qū)油技術(shù)在提高原油采收率的同時，也會增大采出水量，且由于聚合物和表面活性劑等化學(xué)藥劑的使用使采出水的乳化穩(wěn)定性更強(qiáng)，造成后續(xù)油水分離等處理工作較困難[5-7]。因此，需要開發(fā)高效的油田化學(xué)驅(qū)地面水處理技術(shù)。

目前，針對化學(xué)驅(qū)地面水處理的技術(shù)方法主要包括物理分離法、化學(xué)絮凝法、生化法以及電化學(xué)法等[8-10]，其中化學(xué)絮凝法的研究及應(yīng)用相對較多，化學(xué)絮凝法處理化學(xué)驅(qū)地面采出水具有工藝簡單、維護(hù)方便以及處理效率高等特點(diǎn)，具有良好的工業(yè)應(yīng)用價值[11-13]。但隨著化學(xué)驅(qū)油技術(shù)使用的藥劑量增多，單獨(dú)使用化學(xué)絮凝法處理化學(xué)驅(qū)地面采出水的處理效果不太好，因此，需要開發(fā)更加高效、可靠以及便于規(guī)?；瘧?yīng)用的聯(lián)合水處理技術(shù)。電絮凝技術(shù)通過把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，在犧牲陽極金屬電極的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生金屬陽離子絮凝劑，再通過電中和、電壓縮作用對采出水中的聚合物等處理劑進(jìn)行化學(xué)還原、氧化以及凝聚反應(yīng)，能夠?qū)?fù)雜性有機(jī)廢水產(chǎn)生較好的處理效果[14-16]。筆者以X油田化學(xué)驅(qū)地面采出水為研究對象，開展了電絮凝-化學(xué)絮凝法聯(lián)合處理技術(shù)研究，以期為同類油田地面采出水的高效處理提供一定的技術(shù)支持和借鑒。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料及儀器

聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PAS)、聚合硫酸鐵(PFS)，河南鴻暢化工有限公司；聚合硅酸鋁鐵(PSAF)，鞏義市佳鑫凈水材料有限公司；X油田化學(xué)驅(qū)地面采出水樣，含油量(ρ，下同)為81.3 mg/L，聚合物含量(ρ，下同)為512.6 mg/L，礦化度為51 062 mg/L。

85-2C型電動攪拌器，上海一凱儀器設(shè)備有限公司；HH-WO-2L型恒溫水浴鍋，鞏義市瑞德儀器設(shè)備有限公司；MAI-W50G型紅外測油儀，廣州平展儀器有限公司；721型紫外可見分光光度計(jì)，濟(jì)南童鑫生物科技有限公司；電絮凝反應(yīng)器，山東宏泰源環(huán)?？萍加邢薰尽?/p>

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 化學(xué)絮凝試驗(yàn)

量取X油田化學(xué)驅(qū)地面采出水500 mL置于燒杯中，加入一定量的絮凝劑，使用電動攪拌器在120 r/min的速率下攪拌10 min，然后靜置存放30 min，除去上層漂浮的絮體后，取清液測定其含油量以及聚合物含量，與初始含油量和聚合物含量進(jìn)行對比，計(jì)算加入絮凝劑后的油去除率和聚合物去除率，以此評價不同類型化學(xué)絮凝劑的處理效果。

1.2.2 電絮凝試驗(yàn)

量取X油田化學(xué)驅(qū)地面采出水500 mL置于電絮凝反應(yīng)器中，在不同的試驗(yàn)條件下開展電絮凝處理試驗(yàn)，與1.2.1中試驗(yàn)步驟相同，在試驗(yàn)結(jié)束后取沉降后的水樣測定其中的含油量和聚合物含量，計(jì)算其中油的去除率和聚合物的去除率，評價電絮凝處理試驗(yàn)的效果，優(yōu)選合適的電絮凝處理工藝。

1.2.3 電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理試驗(yàn)

使用1.2.2中電絮凝試驗(yàn)處理后的水樣，按照1.2.1中的化學(xué)絮凝試驗(yàn)方法，開展了電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理試驗(yàn)，將聯(lián)合處理后的水樣沉降后取清液測定其油含量和聚合物含量，計(jì)算其中油的去除率和聚合物的去除率，并測定聯(lián)合處理后水樣的懸浮固體含量和濁度值，以此評價電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理試驗(yàn)的效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)絮凝劑優(yōu)選結(jié)果

2.1.1 絮凝劑類型優(yōu)選

按照1.2.1中的試驗(yàn)方法，在目標(biāo)油田化學(xué)驅(qū)地面采出水中加入不同類型的絮凝劑，評價了其絮凝效果，絮凝劑的加量(ρ，下同)均為500 mg/L，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

Wilson等[30]認(rèn)為，HDACI羅米地辛(FK228)能明顯增加卵巢癌細(xì)胞對順鉑的敏感性，體外實(shí)驗(yàn)可增加順鉑對卵巢癌細(xì)胞的毒性作用，同時體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明FK228單獨(dú)或聯(lián)合順鉑均能起到良好的抑制卵巢惡性腫瘤生長的作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)K228能激活并增加DNA損傷相關(guān)標(biāo)志物(如pH2AX、RAD51和53BP1)的表達(dá)，而持續(xù)的pH2AX激活與DNA損傷相關(guān)的細(xì)胞凋亡關(guān)系密切[31]。當(dāng)FK228聯(lián)合順鉑時，pH2AX被進(jìn)一步上調(diào)，表明增強(qiáng)DNA損傷可能是FK228協(xié)同順鉑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制。同時，RAD51和53BP1的表達(dá)上調(diào)，表明FK228可改變參與DNA修復(fù)的多重機(jī)制。

圖1 不同類型絮凝劑試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可見：在相同的試驗(yàn)條件下，不同類型絮凝劑對目標(biāo)油田化學(xué)采出水樣的絮凝效果不同，其中絮凝劑PSAF的絮凝效果相對較好，對油的去除率可以達(dá)到85%以上，聚合物去除率可以達(dá)到65%以上，絮凝效果優(yōu)于其他3種類型的絮凝劑。因此，選擇絮凝劑PSAF繼續(xù)進(jìn)行加量優(yōu)選試驗(yàn)。

2.1.2 絮凝劑加量優(yōu)選

按照1.2.1中的試驗(yàn)方法，評價了絮凝劑PSAF不同加量時的絮凝效果，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 絮凝劑PSAF加量對絮凝效果的影響

由圖2可見：隨著絮凝劑PSAF加量的不斷增大，目標(biāo)油田化學(xué)驅(qū)地面采出水樣中油去除率和聚合物去除率均逐漸升高。當(dāng)其加量(ρ)為1 000 mg/L時，油去除率可以達(dá)到95%以上，聚合物去除率可以達(dá)到90%以上。

2.2 電絮凝工藝優(yōu)化結(jié)果

2.2.1 電絮凝時間的影響

圖3 電絮凝時間對絮凝效果的影響

按照1.2.2中的試驗(yàn)方法，選擇電絮凝試驗(yàn)電壓為5 V，脈沖頻率為0.2 kHz，在該試驗(yàn)條件下考察了電絮凝時間對油的去除率和聚合物去除率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。為6 V時，油去除率可以達(dá)到93.5%，聚合物去除率可以達(dá)到87.2%，再繼續(xù)升高電絮凝電壓，油去除率和聚合物去除率升高的速率變小。因此，選擇電絮凝電壓優(yōu)選為6 V。

由圖3可見：隨著電絮凝時間的延長，油去除率和聚合物去除率均不斷升高，當(dāng)電絮凝時間為30 min時，油去除率可以達(dá)到90.4%，聚合物去除率可以達(dá)到82.6%，再繼續(xù)延長電絮凝時間，油去除率和聚合物去除率升高的速率變小。因此，電絮凝時間優(yōu)選為30 min。

按照1.2.2中的試驗(yàn)方法，選擇電絮凝時間為30 min，脈沖頻率為0.2 kHz，在該試驗(yàn)條件下考察了電絮凝電壓對油去除率和聚合物去除率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

由圖4可見：隨著電絮凝電壓的不斷升高，油去除率和聚合物去除率均不斷升高，當(dāng)電絮凝電壓

圖4 電絮凝電壓對絮凝效果的影響

2.2.3 脈沖頻率的影響

按照1.2.2中的試驗(yàn)方法，選擇電絮凝時間為30 min，電絮凝試驗(yàn)電壓為6 V，在該試驗(yàn)條件下考察了脈沖頻率對油去除率和聚合物去除率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 脈沖頻率對絮凝效果的影響

由圖5可見：隨著脈沖頻率的不斷升高，油去除率和聚合物去除率均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，當(dāng)脈沖頻率達(dá)到0.3 kHz時，油去除率(95.8%)和聚合物去除率(90.8%)均達(dá)到最高，再繼續(xù)升高脈沖頻率，油去除率和聚合物去除率均逐漸降低，這是由于當(dāng)脈沖頻率過高時，電流的脈沖特征已經(jīng)基本消失，接近于直流輸出，脈沖作用無法發(fā)揮。因此，為了提高油去除率和聚合物去除率，脈沖頻率優(yōu)選為0.3 kHz。

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果可以得到電絮凝試驗(yàn)的最優(yōu)處理工藝條件為：電絮凝時間為30 min、電絮凝電壓為6 V、脈沖頻率為0.3 kHz，在該試驗(yàn)條件下，電絮凝試驗(yàn)對目標(biāo)油田化學(xué)驅(qū)地面采出水的處理效果最好，油去除率可以達(dá)到95%以上，聚合物去除率可以達(dá)到90%以上。

2.3 電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理效果

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，選擇絮凝劑為聚合硅酸鋁鐵，在最優(yōu)的電絮凝處理工藝條件下，按照1.2.3中的試驗(yàn)方法，評價了電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理技術(shù)對目標(biāo)油田化學(xué)驅(qū)地面采出水的處理效果，以油去除率、聚合物去除率、懸浮固體含量以及濁度值為評價指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理試驗(yàn)

由表1可見：在經(jīng)過電絮凝處理后，隨著絮凝劑PSAF加量的不斷增大，目標(biāo)油田化學(xué)驅(qū)地面采出水的油去除率和聚合物去除率均逐漸升高，當(dāng)絮凝劑PSAF的加量(ρ)為150 mg/L時，油去除率即可以達(dá)到100%，此時聚合物的去除率也可以達(dá)到98%以上，處理效果明顯優(yōu)于單獨(dú)投加化學(xué)絮凝劑，且絮凝劑的使用量也大大降低，能夠在提高水處理效率的同時，降低處理成本。經(jīng)過電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理后的水樣中懸浮固體含量和濁度值均較低，當(dāng)加入150 mg/L的絮凝劑PSAF時，處理后水樣中的懸浮固體含量僅為3.2 mg/L，濁度值低至1.3 NTU，達(dá)到了較好的水處理效果。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

將電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理技術(shù)成功在X油田化學(xué)驅(qū)地面水處理系統(tǒng)中進(jìn)行了應(yīng)用，該油田地面水處理系統(tǒng)日處理水量為2 000 m3左右，前期單獨(dú)使用化學(xué)絮凝法進(jìn)行水處理，而隨著化學(xué)驅(qū)油技術(shù)的不斷應(yīng)用，該油田采出水的處理效果逐漸變差，因此開展了電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn)。不同取水點(diǎn)的水樣含油量和聚合物含量見表2。

由表2可見：經(jīng)過5 h的處理后，二級過濾器出口水樣的含油量(ρ)即可以降低至0，聚合物含量(ρ)降低至15 mg/L以下；經(jīng)過10 h的處理后，二級過濾器出口水樣中的聚合物含量(ρ)可以降低至10 mg/L以下，處理效果較好。

表2 不同取水點(diǎn)水樣中含油量和聚合物含量

4 結(jié)論

1)絮凝劑聚合硅酸鋁鐵對目標(biāo)油田化學(xué)驅(qū)地面采出水的處理效果較好，當(dāng)其加量為500 mg/L時，油去除率可以達(dá)到85%以上，聚合物去除率可以達(dá)到65%以上。

2)電絮凝試驗(yàn)的最佳處理工藝條件為：電絮凝時間為30 min、電絮凝電壓為6 V、脈沖頻率為0.3 kHz，在該試驗(yàn)條件下，油去除率可以達(dá)到95%以上，聚合物去除率可以達(dá)到90%以上。

3)經(jīng)過電絮凝處理后，再加入150 mg/L的絮凝劑聚合硅酸鋁鐵可以使目標(biāo)油田化學(xué)驅(qū)地面采出水中的油去除率達(dá)到100%，聚合物去除率達(dá)到98%以上。電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理技術(shù)不僅可以有效提高水處理效率，還能大幅度降低化學(xué)絮凝劑的使用量，降低處理成本。電絮凝-化學(xué)絮凝聯(lián)合處理技術(shù)在X油田化學(xué)驅(qū)地面水處理系統(tǒng)中進(jìn)行了成功應(yīng)用，取得了良好的水處理效果。