张洪，王迪，陈勇军，王曼依，杨彬 (中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

清水剂是油田现场广泛使用的一种水处理剂，在注聚油田采油污水的油水分离处理中起到至关重要的作用[1，2]。但随着聚驱油田开采的不断深入，采出污水返聚增加，污水性质发生变化导致处理难度加大。研究发现，聚合物的存在使得含聚污水区别于水驱采油污水，具有黏度高、油水乳化严重、携固能力强等特点[3～6]：一方面，污水中残留的阴离子聚合物吸附在油水界面膜上，ζ电位负值变大，产生静电斥力增强，油珠在水中稳定性增加，难以聚并；另一方面，污水含聚增大了油水界面膜弹性，界面膜稳定性增加，使得携带的悬浮固体颗粒不易沉降，油珠在水中的浮升速率变慢，油水分离难度加大[7～10]。相比于阴离子型和非离子型清水剂[11，12]，阳离子型清水剂对带有负电荷胶体溶液的含聚污水显示出独特的优越性[13～16]，同时也引发很多问题，如污水中阴离子聚合物发生脱稳、析出，产生大量的黏性污泥，影响生产设备的正常运行等[17～19]。海上某油田注聚开发已有十多年，目前返出污水大量含聚含油，达到100～300mg/L，现场使用的清水剂除油效率下降，亟待提升处理效果。为适应污水变化带来的新问题，提高处理效果，减少清水剂用量，笔者以某油田含聚含油污水为研究对象，开展阳离子型清水剂的除油性能试验研究，通过模拟现场处理设备和流程，优化处理工艺和清水剂配比，提高含聚污水处理的除油率。

1 试验部分

1.1 药剂和仪器

1)含聚含油污水。模拟现场污水，矿化度为9374.13mg/L，含聚150mg/L，含油100～3500mg/L(以实测为准)，ζ电位值-21.30mV。试验清水剂为阳离子型清水剂PEQ-1、PEQ-2、PEQ-3、PEQ-4、PEQ-5，均为聚醚类化合物，相对分子质量800万～2000万不等，分子链较长，是由聚氧化乙烯PEO与聚苯醚PPO嵌段而合成的不同化合物，实验室自行合成。

2)试验仪器。以某油田现场污水处理流程为基础建立了一套可视化、拆卸方便的油水处理清水剂动态流程试验装置，包括污水加热搅拌罐(体积20L)、斜板除油器(斜板倾斜角50°，495mm×160mm×200mm)、气浮器(310mm×160mm×230mm)、核桃壳-石英砂双介质过滤器等，可以组合成不同的处理流程或单独使用。污水进入斜板除油器一次除油后，进入气浮选器浮选除去悬浮物和乳化油，最后进入核桃壳过滤器过滤。试验流程、加药点及各取样点如图1所示。斜板除油器停留时间可在20～30min调节，气浮处理停留时间可在10～20min调节，全流程运行时间在30～50min可调节。

试验仪器还包括FM30高剪切分散乳化机(Fluko)和UV2450紫外可见分光光度计(Shimadzu)。

图1 污水处理清水剂性能动态试验流程

1.2 含油测定方法

将配制好的含聚含油污水输入流程中的搅拌配液罐，开启搅拌使油水混合均匀并控制其恒温在60℃。设置好泵排量，启动泵输入污水。在加药点注入清水剂，待污水充满全流程平稳运行后，同时在流程不同位置的4个取样点取样并分析其含油量。各处理单元动态流程参数设置如下：斜板除油器停留时间20min，污水泵排量290mL/min；气浮器进气量为350mL/min，气浮器污水停留时间为12min。

污水含油分析按照SY/T 0530—2011《油田采出水中含油量测定方法》进行，用标准原油测定的含油标准曲线公式为：

式中：m1为油含量，mg/L；A1为测定的吸光度值。

2 清水剂除油效果

图2 PEQ-1处理污水沿流程含油量变化

分别在加药点B(污水泵出口的管道上)加入不同质量浓度的阳离子型清水剂PEQ-1、PEQ-2、PEQ-3、PEQ-4、PEQ-5，研究不同清水剂对污水除油的影响。

2.1 PEQ-1处理效果评价

加入PEQ-1后，污水反应较迅速，斜板除油器进口处浮油较多，气浮器中油和絮体少。从图2中看出，增加清水剂质量浓度含油量快速下降，除油效果提高，250mg/L时含油量降至24.16mg/L，总除油率达到98.67%，除油效果好。自取样点2以后的含油量变化较小，说明除油过程主要发生在斜板除油器单元。这是因为PEQ-1是一种具有长分子链的水溶性高聚物，电离出大量的正电荷与含聚污水中带有负电性的胶体微粒电性中和，快速集聚，对污水中的悬浮物和油珠具有吸附聚集作用，在斜板除油器中快速聚结沉降分离从而除去，使处理污水含油量迅速降低。

2.2 PEQ-2和PEQ-3处理效果评价

从图3和图4可以看出，清水剂质量浓度的变化带来的含油量变化趋势基本一致，含油量降至84.45～91.99mg/L，总除油率94.49%～ 95.24%。提高加入清水剂质量浓度，表现为作用速度加快，但是对降低斜板除油器出口含油量影响较小，说明对于这2种清水剂，提高清水剂质量浓度虽然能够提高作用速度，对总的除油效果却没有明显提高，清水剂质量浓度为200mg/L即可。

图3 PEQ-2处理污水沿流程含油量变化 图4 PEQ-3处理污水沿流程含油量变化

2.3 PEQ-4和PEQ-5处理效果评价

从图5可以看出，提高清水剂质量浓度，在斜板除油器进口的含油量基本一致；清水剂质量浓度为300mg/L时，斜板除油器基本没有除油效果，后续主要靠气浮器发挥作用，气浮产生的大量微气泡使微小乳化油和悬浮物聚集上浮，除油率上升到65.22%。PEQ-4质量浓度为400mg/L时斜板除油器才开始发挥作用。在总除油率上，为400mg/L时除油效果优于300mg/L时，PEQ-4对斜板除油器后续的单元装置的负荷较大，会降低过滤器的使用寿命。图6表明PEQ-5质量浓度为400mg/L时，污水除油效果较好，总除油率94.11%。

图5 PEQ-4处理污水沿流程含油量变化 图6 PEQ-5处理污水沿流程含油量变化

3 组合加药工艺的除油效果

不同阳离子型清水剂的除油效果差异较大，以除油率最高的阳离子清水剂分别与非离子清水剂、阴离子清水剂组合，分别在流程不同点加入清水剂，考察沿流程污水含油量的变化：

组合1：非离子型清水剂FCH-1+阳离子型清水剂PEQ-1；

组合2：阳离子型清水剂PEQ-1+阴离子型清水剂YH-1和YH-2。

为了我国能步入又好又快发展的富裕大道而通向国家富强的殿堂，我们必须高度重视绿色发展理念。十九大以来，以习近平为核心的党中央将绿色发展理念贯彻落实到社会生活的各个领域，在各项决策部署中，均体现着绿色发展的理念。为紧绷绿色发展的主弦，奏出和谐美妙的乐章，各级政府要从当前的经济发展实际出发，改变一味追求GDP增长而忽视环境的经济发展模式，争取在生产生活的各个领域将绿色发展理念彻底贯彻落实，通过经济社会全面健康的发展而实现国家的富强。

3.1 组合1的处理效果评价

组合1及加药顺序：非离子型清水剂FCH-1(加药点A)+阳离子型清水剂PEQ-1(加药点B)，研究可否降低阳离子清水剂的质量浓度，实现高效除油的工艺目标。组合1的不同清水剂配比如下：

配比1：100mg/L FCH-1+200mg/L PEQ-1；

配比2：50mg/L FCH-1+200mg/L PEQ-1；

配比3：50mg/L FCH-1+250mg/L PEQ-1；

配比4：100mg/L FCH-1+100mg/L PEQ-1；

配比5：100mg/L FCH-1+150mg/L PEQ-1。

从图7可以看出，配比1、配比2和配比3在取样点1的污水含油量快速降为20mg/L左右，具有非常好的除油效果，在配比3时水中含油基本去除。从配比1、配比4、配比5和对比图8单一清水剂作用效果来看，阳离子清水剂在除油中仍然起主导作用。当FCH-1质量浓度为100mg/L、PEQ-1质量浓度≥200mg/L时，在取样点1的除油率比FCH-1单独作用时的除油率高，表明PEQ-1可促进FCH-1除油，优势互补；当PEQ-1质量浓度<200mg/L时，如配比4、配比5，在取样点1的除油率显著降低，PEQ-1对FCH-1的除油具有一定的抑制作用，此时斜板除油器的作用发挥出来，可有效降低污水含油量，仍然具有较高的除油率。

配比3时，总除油率最大达到100%，此时阳离子型清水剂用量较大；以配比1在取样点1的除油率较优(98.37%)。结果表明，非离子型清水剂和阳离子型清水剂的质量浓度下降50%，全流程总除油率仍≥95%。组合1(配比1)在取样点1的除油效果较单一清水剂作用时的除油效果好，但沿流程处理时含油量呈现小幅波动，这可能是2种清水剂相互影响的结果。

图7 组合1处理污水沿程含油量变化 图8 单一清水剂与组合1沿流程污水含油量变化对比

3.2 组合2处理效果评价

组合2及加药顺序：阴离子型清水剂YH-1(加药点B)+YH-2(加药点C)+阳离子型清水剂PEQ-1(加药点D)，研究清水剂质量浓度变化时流程总除油率及整个流程中含油量的变化。组合2的不同清水剂配比如下：

配比6：150mg/L YH-1+150mg/L YH-2+200mg/L PEQ-1；

配比7：50mg/L YH-1+50mg/L YH-2+100mg/L PEQ-1；

配比8：100mg/L YH-1+100mg/L YH-2+150mg/L PEQ-1；

配比9：100mg/L YH-1+100mg/L YH-2+100mg/L PEQ-1；

配比10：100mg/L YH-1+100mg/L YH-2+50mg/L PEQ-1。

从图9和图10可以看出，组合清水剂效果优于单一清水剂处理效果。清水剂加入后反应迅速，配比6、配比7、配比8处理后水中含油量≤12.08mg/L，动态流程将油基本除去，总除油率均≥99.08%，其中，配比8时除油效果最佳，基本不含油，配比7清水剂质量浓度最低，仍有99.08%的除油率。同时从图10可以看出，随着组合清水剂质量浓度降低，在取样点1的除油率也随之降低，改变其中任意一种清水剂质量浓度对取样点1的除油率都有影响。在YH-1、YH-2和PEQ-1的组合试验中，阴离子型清水剂质量浓度下降66.7%，阳离子型清水剂质量浓度下降75%，最终除油率均≥95%，除油效果好。YH-1、YH-2可促进油滴聚集和聚并，同时避免与聚合物发生电性相互作用。在不改变污水处理流程下，除油效果优于单一清水剂，实现了2种清水剂功能的协同作用，清水剂质量浓度较单一清水剂大幅降低。

图9 单一清水剂与组合2处理污水沿流程含油量变化对比 图10 组合2处理污水沿程含油量变化

4 结论

1)阳离子型清水剂在工艺流程中，以斜板除油器单元除油为主，减轻了流程后续处理单元的负荷。清水剂能与含聚含油污水中的带有负电性的胶粒电性中和，同时吸附杂质快速聚集形成絮体，促进在斜板除油器处油滴聚集和悬浮物自由沉降分离，有效降低污水的含油量。

2)5种阳离子型清水剂单独作用在流程中的动态试验结果表明，阳离子型清水剂PEQ-1质量浓度为250mg/L的全流程除油率达到98.67%，污水除油效果最优。

3)组合清水剂效果优于单一清水剂处理效果。组合2(配比7)：50mg/L YH-1+50mg/L YH-2+100mg/L PEQ-1，斜板除油器的除油率即可达到97.54%，全流程除油率达99.08%，可有效降低阳离子型清水剂配比和总清水剂的配比，降低了水处理清水剂成本。