新型含聚污水处理剂的研制及作用机理分析 3页

第33卷第2期石油钻采工艺Vo1．33No．22011年3月OILDRILLING&PR0DUCT10NTECHNOLOGYMar．2011文章编号：1000—7393(2011)02—0108—03新型含聚污水处理剂的研制及作用机理分析杨洪升陈次昌(1．西南石油大学，四川成都610500；2．中国石油冀东油田公司，河北唐山063004)摘要：聚合物驱油采出液中残留的HPAM质量分数较大，导致污水处理能力下降。冀东南堡陆地油田前期所用的污水处理剂已经达不到要求，通过200余种絮凝剂复配出絮凝剂JILl一01，再通过实验研究了破乳剂JRP．45与JRJ一01的最佳复配比例。研制出新型高效污水处理剂JRJ-1，同时对新型污水处理剂JRJ．1的性能进行了评价，测定油水界面张力、黏弹模量和Zata电位。结果表明JRJ一1具有破乳剂及絮凝剂的双重优点，能够达到很好的污水处理效果。关键词：絮凝剂；新型污水处理剂；作用机理中图分类号：X741文献标识码：AResearchonanewtypesewagetreatmentagentcontainingpolymeranditsmechanismanalysisYlANGH0ngsheng．CHENCichang(1．SouthwestPetroleumUniversity，Chengdu610500，China；2．PetroChinaJidongOi枷MCompany，Tangsha"063004，China)Abstract：PolymerfloodingraisedthemassconcentrationoftheremainingHPAMintheproductionfluidsandreducedsewagetreatmentcapability．sewagetreatmentagentusedinearlystagecannotmeettherequirementofstandardinNanpuJidongoilfleldfloc·culantJRJ一01wasobtainedbymixingmorethan200kindsofsewagetreatment．AlaboratorystudyonthebeatcombinationofcrudeoildemulsifiersJRP-45andtheJILl·O1，ahigheficiencysewagetreatmentagentJRJ-1wasgenerated．Atthesametime，theperformanceofthenewtypesewagetreatmentagentwasevaluatedthroughmeasuringtheinterfacetension，theviscoelasticmodulusandtheZatapotentia1．TheexperimentalresultsandmechanismanalysisshowthatthenewsewagetreatmentagentJRJ—lhastheadvantagesofbothdemulsifiesandtheflocculants，andcanreachtosatisfyingsewagetreatmentefectinNanpuoilfleld．Keywords：flocculatingagent；newtypesewagetreatmentagent；mechanismanalysis油水分离其实是絮凝、聚结等过程联合产生的会产生协同效应，促进油水分离的进行。最终结果，絮凝剂可以使油珠由分散状态变为聚结冀东油田普遍使用部分水解聚丙烯酰胺形成的状态，而破乳剂则可以使聚结在一起的油珠发生聚交联弱凝胶进行聚合物驱三次采油，采出液中的聚结形成完整油相，从而实现油水两相的分离⋯。目丙烯酰胺为阴离子型。针对现场实际情况，确定了前油田对聚驱采出液先进行原油脱水处理，然后对采用阳离子型高分子聚合物作为污水处理剂的研原油脱水过程产生的污水进行除油净化处理。原油究思路。脱水主要应用破乳剂，而污水除油则主要应用絮凝1实验原料及仪器剂，两种药剂独立使用。但是很多室内及现场的实验结果表明，当絮凝剂与破乳剂同时使用时，会取得实验仪器：TX550A全量程界面张力测定仪更好的油水分离效果J。因为原油脱水与水中除(美国彪维工业公司)；CIR一100界面流变仪(英国油本是相辅相成的过程，絮凝剂与破乳剂同时使用Camtel公司)；Zeta电位计(日本协和)。作者简介：杨洪升，1967年生。1989年毕业于中国石油大学(华东)矿场机械专业，现为在读博士研究生。\n杨洪升等：新型含聚污水处理剂的研制及作用机理分析109实验原料：含油污水水样；破乳剂JRP-45；絮验得出JRJ．01絮凝剂用于南堡陆地油田聚合物驱含凝剂。油污水，投加近200mg／L后，可使处理后水质达到指标要求，即悬浮固体含量≤30mg／L，污水含油量2新型污水处理剂的研制≤20．0mg／L。在SY／T5796—93基础上，筛选絮凝剂时主要考2．2新型污水处理剂JRJ．1的研制虑了影响絮凝剂作用效果的几种因素：(1)含油污水以絮凝剂为主剂，破乳剂作为辅剂进行复配。水样；(2)加药浓度和试验温度；(3)搅拌速度；(4)叶JRP一45是目前南堡陆地油田运用效果较好的一种破片形状；(5)反应时间；(6)过滤介质；(7)水质指标。乳剂，根据破乳剂和絮凝剂的协同作用，研究JRP一452．1絮凝剂JRJ一01的合成与JRJ．01的最佳配比，复配一种新型污水处理剂并2．1．1单剂的筛选通过收集到国内外不同类型的命名为JRJ．1。絮凝剂样品200余种，进行分析筛选，最后确定了首先利用絮凝实验对絮凝剂JRJ一01进行评价，效果很好且比较经济的5种，命名为D．1、D．2、D-3、水样仍然使用现场分离得到的游离水，含油1230．2D．4、D-5。mg／L。JRJ．01加量固定为150mg／L，JRP．45加量分2．1．2室内优选根据絮凝剂的复配原理，充分考别为20、30、40、50、60、70mg／L，测量絮凝后水中含虑絮凝剂之间的协同效应，进行了单剂的复配试验。油量，并计算得到除油率，实验结果见图l。用选出的5种絮凝剂样品采用均匀设计法，设计出20种絮凝剂的复配方案，命名为FP01-FP20，运用南堡陆地油田含油污水对上述20个配方进行了筛选试验，结果表明FP06、FP12、FP14和FP18这4种药剂的絮凝效果较好，达到了指标的要求。且FP06药剂成本最低，因此，在FP06配方的基础上，对上述4个配方中各药剂的比例进行微调，配制1个系列药剂，并对其进行了筛选评价。筛选试验结果见表1。图1JRJ一0l与JRP一45复配对除油效果的影响表1絮凝剂复配筛选试验结果从实验可以看出：JRP一45的加入显著提高了除油率，JRP一45投加量由20mg／L增加到70mg／L时，除油率由82．92％增加到90．12％。当JRP．45投加量继续增加时，除油率的增长变缓，最终上升到91．72％。综合考虑成本与效果两方面因素，最终选择JRP．45投加量为50mg／L，并将JRP一45／JRJ．01配比为1：3作为JRJ一1的配方比例。3新型污水处理剂性能评价及作用机理分析复合药剂作用机理的研究采用HPAM模拟盐水溶液和模拟油进行实验，根据南堡陆地油田实际情况，设定HPAM浓度为400mg／L，模拟液其他配方：Cl‘为2983．5；HCO3为794．6mg／L、2305．6mg／L、18．9mg／L、88．4mg／L、6191mg／L。在表1的10个配方中，FP06．4药剂絮凝效果较3．1JRJ一1对含聚污水油水界面膜的影响好，而且成本相对较低，因此，将FP06—4药剂确定为分别加入3种药剂后，测试其油水界面张力和新型絮凝剂的最终配方，并命名为JRJ．01聚合物驱界面黏弹模量，结果见表2。加入JRP一45后，油水界含油污水絮凝剂。面张力IFT降幅为18．26％；界面扩张黏弹模量出通过上述一系列的实验研究新型絮凝剂JRJ．01现大幅下降，降幅为68．82％；其中弹性模量F降幅合成工艺简单，水溶性好，使用方便。并通过室内实达到69．11％，黏性模量E”降幅为58．70％。上述结\n110石油钻采工艺2011年3月(第33卷)第2期果说明，JRP一45可有效破坏油水界面膜。这是因为，备电中和作用，但仍可使水中油珠的Zeta电位得到两亲性的分子结构使JRP一45具有较高的界面活性，一定程度的增加，这是由于JRP一45具有较高的界面不仅可将油水界面原有的乳化剂分子(包括HPAM)活性，可将油水界面吸附的HPAM等替换下去，使油替换，形成新的强度较低的界面膜，而且可使固体颗珠的负电性减弱。JRJ一1不仅具备JRJ．01的电中和粒被水相润湿离开界面，从而破坏原有的保护层。此作用，同时也具备JRP一45的替换作用，因此对水中外，由于HPAM在油水界面处所形成的吸附层是弹油珠Zeta电位的影响最为显著。但3种药剂均未使性凝胶体，表现为以弹性为主的特征，所以当HPAM水中油珠达到电中性，说明这3种药剂均无法单纯被JRP一45从油水界面上替换下来以后，油水界面膜依靠电中和作用来完成对水中油珠的脱稳絮凝。的弹性模量下降幅度要明显大于黏性模量。4结论表2不同药剂对污水油水界面张力和黏弹模量的影响(1)通过200余种絮凝剂复配出适合南堡陆地油田的污水处理剂JRJ一01，再通过实验采用破乳剂JRP一45与JRJ-01的最佳复配比l：3，研制出新型高效污水处理剂JRJ一1，其污水出油率达91．72％。(2)JRP一1可有效地破坏油水界面膜，降低界面由表2还可以看出，JRJ．01加入后，油水界面膜的强度且能提高含聚污水的Zeta电位，表现出破张力出现小幅下降，这是因为JRJ一01分子链上含gLN及絮凝剂的双重优点，达到很好的污水处理效有少量的疏水基团，因而具备一定的界面活性。但果。JRJ．01对油水界面黏弹模量影响很小，黏弹模量E降幅仅为1．9％，界面膜的强度具备一定的界面活性。参考文献：该结果表明，JRJ一01虽然具有界面活性但还不足以[1]刘德绪．油田污水处理工程[M]．北京：石油工业出将HPAM等从界面膜上替换下来。版社，2001：13．29．相比之下，JRJ一1界面张力和界面扩张黏弹模量[2]邓述波，周抚生，陈忠喜，等．聚丙烯酰胺对聚合物驱含的影响则明显表现出JRP．45的特点，加入JRJ一1后，油污水中油珠沉降分离的影响[J]．环境科学，2002，油水界面张力降幅为18．93％；界面扩张黏弹模量23(2)：69—72．[3]徐玉霞，杨世刚，赵林，等．高效絮凝剂在处理辽河油田降幅为69．58％，其中弹性模量E降幅达到69．88％，采油污水中的实验研究[J]．断块油气田，2006，13(1)：黏性模量E”降幅为60．87％。因此，JRJ一1同样可以64—66．有效地破坏油水界面膜。[4]KRIsHNAM0oRTHIS，SINGHRP．Synthesis，3．2JRJ-1对含聚污水Zeta电位的影响characterization，flocculation，andarcheologica13种药剂对水中油珠的Zeta电位影响结果如characteristicsofhydrolyzedandunhydrolyzed下：空白样Zeta电位为一42．25mV，JRP一45为-36．78polyacrylamide—graftedpoly[J]．JournalofAppliedmV，JRJ一01为．27．15mV，JRJ．1为一26．46mV。结果PolymerScience，2006，101(5)：2109—2122．表明，3种药剂分别使水中油珠的Zeta电位得到不[5]赵晓京，孙刚，佟卉．聚合物分子构型及其对驱油效果的影响[J]．大庆石油学院学报，2004，28(3)：28·31．同程度的增加：其中JRJ一1的效果最为显著，加药后[6]任广萌，孙德智，王美玲．我国三次采油污水处理技术水中油珠的Zeta电位值由．42．25mV增加至一26．42研究进展[J]．工业水处理，2006，26(1)：1-4．mV，增幅为37．46％；加入JRJ．0l后，水中油珠[7]杨旭，赵立志．阳离子絮凝剂研制[J]．重庆环境科学，的Zeta电位值增加至．27．15mV，增幅为35．73％；1995．17(5)：17一l9．JRP．45的效果最差，加药后水中油珠的Zeta电位值增加至一36．78mV，增幅为12．95％。(修改稿收到日期2011-01—07)由于分子链上带有强阳离子基团DMDAAC，[编辑付丽霞]JRJ一01可通过吸附电中和作用使水中油珠的Zeta电位大幅增加。JRP．45虽然为非离子破乳剂，并不具