河南油田三元复合驱采出污水处理技术研究 73页

'中国石油大学（华东）硕士学位论文河南油田三元复合驱采出污水处理技术研究姓名：单秀华申请学位级别：硕士专业：油气田开发工程指导教师：康万利201205 摘要河南油田双河区块已开展三元复合驱(聚合物．P、表面活性剂．S和碱．A)矿场试验。三元复合驱油体系具有很好的驱油效果，但采出水的处理却成为三元复合驱油体系应用推广的主要难题，采出原油经油水分离后的采出水中会残留大量三元驱油剂，聚合物、表面活性剂和碱的存在严重改变了采出水的水质特性，采出污水体系稳定性增强，污水处理难度加大。因此，研究三元复合驱采出水水质特性及影响采出水稳定性的主要因素，对采出水处理工艺改进具有重要的指导意义。研究了现场三元复合驱采出水的物理化学特性。主要包括采出水中油滴粒径大小，采出水的粘度、pH值、电导率的变化范围。提出了污水稳定性常数TSI"1，TSI。1随着驱油剂浓度的增大而增大，污水稳定性增强。给出了驱油剂对采出水稳定性的影响规律。探讨了三元驱油剂对室内模拟三元复合驱采出水油水分离特性的影响，随着聚合物浓度的增大，模拟采出水油水分离效果先变好后变差；而随着表面活性剂浓度的增大油水分离效果逐渐变差：随着碱浓度的增大，采出水油水分离效果先变差后变好。研究了驱油剂对采出水稳定性的影响机理。在不同驱油剂浓度变化范围内，考察采出水中油水界面张力、粒径大小、体系粘度、油滴表面(电位、在粘土表面吸附特性的变化，进而分析影响污水稳定性的主要机理。聚合物增大了污水粘度，降低了油滴表面<电位，油滴粒径变小，污水稳定性增加；表面活性剂主要降低了油水界面张力，油滴<电位降低，油水乳化现象严重；碱降低了油水界面张力，污水稳定性也增强；表面活性剂在粘土表面的吸附符合Langmuir型吸附，碱和聚合物降低了表面活性剂在粘土表面的吸附，但聚合物的影响作用较小。形成了三元复合驱采出水处理工艺技术方案。根据三元复合驱采出水水质特性，室内开展重力沉降法、离心分离法、化学絮凝法、絮凝一气浮法四种污水处理方法，均取得了较好的污水处理效果。关键词：三元复合驱，水质特性，油水分离，采出水稳定性，污水处理 StudyoilTreatmentTechnologyforASPFloodingProducedWhterofHenan0i116ieldShahXiuhua(Oil&GasFieldDeve|opmeatEngineering)AbstractASrPflooding(alkali／sm"factant／polymer)technologywasemployedinHenanoilfieldShuangheblocksandgotbetteroilrecoveryefficiency．Theproducedwaterseparatedfromcrudeoildehydrationcontaininglargequantitiesofresidualpolymer／surfaetant／alkali，whichchangedthepropertiesoftheproducedliquid．Thestabilityofthewastewaterwaseahaaeedthatit’Sverydifficulttobetreated．SothetreatmentoftheASPfloodingbecameamainproblemwhichh锄p积theapplicationofASPfloodingtechnology．Therefore，tostudythecharacteristicsandthemaininfluencefactorsaboutthestabiI时oftheASPfloodingproducedwatergiveallimportmatguiatugsignificanceforthetrealment．Thephysicalandchemicalchm-acteristicsofthefieldASPfloodingproducedwaterwasstudied．Thecontentofthestudyincludes：particlesizedistributionoftheoildroplets,theviscosityofthewastewatt,pHvalue，andelectricalconductivity．ThestabiatyconstantTSI"1ofthewaslcwaterisproposedmadtheresultsshowedthatTSI"1increasedasoil-displacingagentconcentrationincreased,SOwater蛐i研Wasenhanced．Theeffectofoil-displacingagemonthescabili锣ofproducedwaterw勰studied．Theinfluenceofoil—displacingagentsOiloil—wators印m-ationofthesimulatedASPfloodingproducedwaterwasinvestigated．Thercsttltsshowedthatoil-waterseparationinercasedfirstlyandt概deercaseAwi也increasingpolymereoneemration；off-waterseparationdecreasedwithiner蛐gsurfactmateone既tration；oil-waterseparationdecreasedfirstlyandtheninereasedwithincreasingalkalicoucenlration．Theinfluenceoftheoil-dislDlacingageats0111stabilitymechanismoftheASPfloodingp|吣dIlccdwaterWaSdiscussed．Oil-waterinterracialtension,particlesizedistribution,viscosity,‘potential，adsorptioncharacteristicsofsuspensionsuladerdifferemoil-displacingagentscontentscondilionswe托sIndicdtoanalyzethestabilitymechanismoftheASPU floodingproducedwater．11heresultsshowedthatpolymercanenhailoetheviscosityofthewastewater,decreasethe墨U图2-13驱油剂对油水罨电位的影响Fi92-13EffectofoH-displacingagentonthe‘potential图2．14驱油剂对水相粘度的影响Fi92-14EffectofoH-displacingagentonviscosityc／rag．L"l图2-15驱油剂对油滴粒径的影响Fi92-15Effectofoil-displacingagentonoildropletsdiameter∞知k-_罨 中国石油大学(华东)硕士学位论文三元复合驱采出水中O／W乳状液的稳定性直接取决于油滴初始粒径的大小和水相粘度的大小。根据双河油田三元复合驱现场采出水物理特性的测试结果，双河三元复合驱采出水油滴粒径一般在10--30pm之间，污水粘度一般在1．5~3．18mPa·S之间，根据斯。，gd2(pw—pD)托克斯公式¨‘——雨厂一，油滴的上浮速度与油滴粒径的平方成正比，与污水粘度成反比，因此油滴初始粒径以及污水粘度的大小是含油污水油水分离效果的重要影响因素。除此之外，油滴之间的难以聚结絮凝是污水稳定的另一个重要因素，而污水中驱油剂的存在改变了油滴的界面性能阻止了油滴间的聚结与聚并。表面活性剂具有特殊的分子结构，其疏水基团通过疏水作用吸附到油滴表面，而亲水基团则分散在水相中。三元复合驱采出水中的表面活性剂除驱油用表面活性剂外，还有原油中的活性组分(沥青质、胶质等)以及这些活性组分与碱生成的表面活性剂，这些活性组分和生成的表面活性剂可以在油滴表面形成具有一定结构和强度的界面膜，而驱油用表面活性剂具有较强的界面活性，在油滴表面的吸附中占有较大优势。在一定浓度范围内，其在油滴表面的吸附排挤掉了界面膜中原油的界面活性物质，并通过亲水基和疏水基在油水表面的合理分布进一步降低了油水界面张力【50】，如图2．12所示。又因为表面活性剂的负电性，随着浓度的增加其在油滴表面的吸附量逐渐增大，所以油滴表面的负电性逐渐增大，如图2．13所示，当表面活性剂浓度从0增大到500rag·L．1时，‘电位由．52．5mV增大到一64．2mV。表面活性剂对污水粘度的影响不大(如图2—14)；而随着表面活性剂浓度的增加，油滴粒径逐渐减小。由Stokes公式所得，油滴粒径越小，油滴上浮速度越慢；且随着界面张力的降低，油水界面膜越稳定，油滴稳定性增强；随着‘电位的增大，油滴间的排斥力增大，油滴越不易聚并。所以随着表面活性剂浓度的增大，污水稳定性增强。双河采出水中的碱含量在lOOmg·L"l~1500mg·Ld之间，污水中碱的存在可以与原油中的酸性物质生成表面活性剂，这种表面活性剂吸附到油滴表面同样可以降低油水界面张力，使油滴乳状液更加稳定，如图2．12所示，随着碱浓度的增大，油水界面张力有所降低。当碱浓度小于800rag·L．1时，其生成的表面活性剂吸附到油滴表面因其负电性而使油滴表面‘电位升高，油滴间的静电斥力增大，油滴更加稳定，但当碱浓度增大时，碱的压缩双电层作用占主导地位(如图2．13)，所以随着碱浓度的增大，‘电位先增大后减小。同时水溶液中碱浓度越大，污水中水溶液的离子强度越大，降低了污水的粘度，(如图2．14)，使污水中的悬浮颗粒物更易发生聚结上浮作用。污水中的油滴粒径先降 第二章三元驱采出水的特性及稳定性研究低后增大(如图2．15)。综上所述，随着碱浓度的增大，污水处理难度先降低后增强。HPAM的界面活性较低对油水界面张力影响不大，但HPAM吸附到油水界面减小了表面活性物质在油滴表面的吸附量使油水界面张力上升(如图2．12)。HPAM分子电离后吸附到油滴表面，因其负电性会改变油滴表面的‘电位，如图2．13所示，随HPAM浓度的增加油滴表面的<电位增大。溶液体系中因布朗运动的作用会增加液滴间相互碰撞几率，但液滴表面双电层的存在使油滴间具有一定的静电斥力，且≮电位越高，油滴间的静电斥力越大，在双重作用下，油滴间的静电斥力占主导地位，这严重阻碍了油滴的碰撞与聚结，增强了油滴的稳定性。而当聚合物浓度较低时，少量的聚合物因其吸附架桥作用而将水溶液中的悬浮物絮凝到一起，油滴粒径增大；当聚合物浓度较高时，污水粘度升高，油滴液膜排液过程减慢，同时由Stokes方程知【s】，水相粘度增加油滴上浮速度减慢，这都增强了污水体系的稳定性。2．2_3．2采出水中固体悬浮物稳定机理研究表面活性剂在固液表面的吸附直接影响到粘土表面的带电性质，粘土颗粒表面的带电情况又是决定采出水稳定性的重要因素【51】。因此，在三元复合驱采出水中固体悬浮物含量是评价污水处理效果的另一重要指标。室内进行表面活性剂在粘土表面的静态吸附实验，为确定表面活性剂在粘土表面吸附达平衡所需要的时间，测定了300rag·L．1的表面活性剂单一体系6ll内在粘土表面的吸附量，吸附量随时间的变化如图2．16。由图中数据分析得，表面活性剂在粘土矿物上的吸附平衡时间约为4h，4h后吸附量不再发生明显变化，这说明表面活性剂在粘土表面的吸附在4h后基本达到饱和吸附。为了确保充分吸附，实验选择6h为吸附平衡时间。表面活性剂在粘土表面的吸附等温线如图2．17所示。由图可得，当平衡浓度小于500rag·Ld时吸附量逐渐增大，平衡浓度大于500rag·L．1时吸附量达到吸附平衡，其吸附符合Langmuir吸附等温方程。由图中曲线变化分析得，阴离子表面活性剂在粘土表面的吸附等温线可分为三个阶段【52】：第一阶段，吸附量随着表面活性剂浓度的增大迅速增大；第二阶段，随着浓度的继续增大，吸附量虽有增加但变化趋势较缓；第三阶段，吸附达到饱和吸附状态，随着表面活性剂浓度的增加吸附量基本不变。表面活性剂分子因与粘土表面的相互作用，可以自溶液内部吸附到粘土表面从而改变粘土表面性质，这种吸附作用机制有以下几方面：范德华引力吸附、离子交换吸附、电性吸附、分子间形成的氢键引起的吸附等。当表面活性剂浓度较低时，活性单体迅速 中国石油大学(华东)硕士学位论文吸附到粘土表面占据粘土表面的大部分有利吸附位，吸附速率较快，如图2一17曲线段I所示，此时表面活性剂在粘土表面多为单层吸附。但随着表面活性剂浓度的增大，粘土表面吸附量逐渐增大，表面活性剂分子在粘土表面由单层吸附逐渐过渡到双层吸附，如图中曲线II区，表面活性剂逐渐占据粘土表面的最优吸附位，吸附变为双层吸附，由于第二层吸附分子的负电性，使得粘土表面对更多的表面活性分子出现排斥反应，故II区吸附量增加趋势变缓。当表面活性剂浓度达到500rag·L-1时，在Ⅲ区曲线段，吸附量不再发生变化，吸附达到动态饱和吸附平衡。图2．16平衡时间对表面活性剂吸附量的影响Fi92-16EffectofequilibrationtimeOnsurfactantadsorption图2-17表面活性剂在粘土表面的吸附等温线Fi92-17Adsorptionisothermofsurfactantonclaysurface 第二章三元驱采出水的特性及稳定性研究图2-18碱对表面活性剂吸附量的影响Fi92-18EffectofalkaliOnsurfactantadsorption图2．18为不同碱浓度下表面活性剂的吸附等温线，实验结果表明，随着碱浓度的增大表面活性剂在粘土表面的吸附量降低，但吸附等温线总体趋势不变。碱对表面活性剂在粘土表面吸附量的影响主要为改变了粘土表面的带电性，同时沉淀高价离子。主要表现在：一方面，碱作为电解质，水解后的离子可以压缩粘土表面的双电层，降低了粘土表面的电性斥力，具有增大表面活性剂分子吸附量的作用。另一方面，Na2C03为强碱弱酸盐，可以增大溶液的pH值，增大了粘土表面的负电性，又由于表面活性剂分子的负电性，当碱浓度增大时会抑制表面活性剂分子在粘土表面的吸附。但因为对吸附的抑制作用大于吸附作用，所以碱能够降低表面活性剂分子在粘土表面的静态吸附量。图2一19表面活性剂与不同碱浓度复配体系的i；电位Fi；92-19‘potentialofcombinationsolutionofsurfactantwithdifferentalkalicontents 中国石油大学(华东)硕士学位论文‘电位值的大小反映了表面活性剂分子在固液界面的吸附状态，图2．19为碱和表面活性剂共同存在时对粘土表面‘电位的影响。实验结果表明，随着表面活性剂和碱浓度的增大，粘土表面‘电位绝对值均增大。当表面活性剂浓度大于500rag·L．1时，吸附量达到动态吸附平衡，说明粘土表面的最佳吸附位已被表面活性剂分子完全占据，吸附己达到饱和吸附。因此由于带负电的表面活性剂分子的吸附使得粘土表面的‘电位绝对值逐渐增大，当浓度增大到500rag·L．1时，‘电位基本不发生明显变化，曲线变化趋于平衡：当碱和表面活性剂共同存在时，一定表面活性剂浓度条件下，随着Na2C03浓度的增大粘土表面‘电位绝对值逐渐增大，这是因为NaEC03在水溶液中呈碱性，带负电的OH"因粘土表面双电层的特殊结构更容易吸附到粘土表面，使得粘土表面负电性增加，因此增大了粘土表面与表面活性剂分子之间的静电斥力，降低了表面活性剂在粘土表面的吸附，污水中粘土颗粒间也因表面活性剂的吸附以及静电斥力的增大而稳定性增强，所以污水体系稳定性增加。图2．20为在不同聚合物浓度下表面活性剂的吸附等温线，实验结果表明随着聚合物浓度的增大，表面活性剂在粘土表面的吸附量降低，吸附变化总体趋势与表面活性剂单一体系保持一致，但聚合物对表面活性剂在粘土表面吸附量的影响程度较小。图2．21为聚合物和表面活性剂共同存在时对粘土表面c=电位的影响。实验结果表明，随着表面活性剂和聚合物浓度的增大，粘土表面‘电位绝对值均增大。_印享c／rag．L"1图2-20ItPAM对表面活性剂吸附量的影响Fi92-20EffectofHPAMonsurfaetantadsorption 第二章三元驱采出水的特性及稳定性研究c／l喈L．1图2-21表面活性剂与不同HI"AM浓度复配体系的‘电位Fi92-21i；potentialofeombinationsolutionofsurfactantwithdifferentHPAMcontents当水溶液中存在聚合物分子时，HPAM因水解作用而部分带有负电荷，因其负电性可以通过扩散作用吸附到带有正电荷吸附位的粘土表面，在电性中和的基础上使粘土表面的负电性增加，‘电位绝对值增大。同时HPAM和表面活性剂发生竞争吸附，溶液中聚合物的存在使溶液体相粘度增大，使得表面活性剂往粘土表面的扩散速率降低，所以体系中的聚合物降低了表面活性剂在粘土表面的吸附量。实验结果表明，当溶液中表面活性剂浓度为392．9mg·L．1时，在未加聚合物的体系中粘土表面表面活性剂的吸附量为28．1mg·L．1，当聚合物浓度为300mg·L．1时表面活性剂的吸附量为26．6rag·L-1，当聚合物浓度为500rag·L．1时表面活性剂的吸附量为23．8mg·L～，由实验数据显示，体系中聚合物对表面活性剂在粘土表面吸附量的影响较小，这是因为表面活性剂具有较强的表面活性，虽然聚合物在粘土表面具有一定程度的吸附，但由于较低的表面活性无法与表面活性剂进行竞争吸附，因此在表面活性剂浓度较低时，‘电位随着表面活性剂和聚合物浓度的增大而迅速增大：而当表面活性剂在粘土表面达到饱和吸附时，聚合物对<电位的影响较小，随着表面活性剂浓度的增加而缓慢增加(如图2．21)。因此体系中驱油剂的存在增大了体系固体悬浮物的稳定性，污水稳定性增加。2．3小结(1)现场采出水中的油滴主要以粒径为lO～309m的O／W乳状液形式存在；采出水的粘度为1．牝．8mPa-s，属于牛顿流体；采出水的pH值变化范围为9．18~9．94，为弱碱性：采出水的电导率为1．28--2．591as·6．nl～。 中国石油大学(华东)硕士学位论文(2)采出水体系的TSI"1随着驱油剂浓度的增大而增大，驱油剂的存在增大了污水稳定性。(3)随着聚合物浓度的增大，油水界面‘电位增大，污水粘度增大，污水稳定性增加；随着表面活性剂浓度的增大，油水界面张力降低，<电位增大，测得污水中悬浮物粒径逐渐减小；随着碱浓度的增大界面张力降低，污水黏度略有降低，污水稳定性增加。(4)表面活性剂在粘土表面的吸附复合L型吸附；碱和聚合物的存在降低了表面活性剂在粘土表面的吸附，但聚合物的影响较小。29 第三章三元驱采出水处理工艺技术研究第三章三元驱采出水处理工艺技术研究三元复合驱采出水中聚合物、碱、表面活性剂的存在使得采出水特性不同于以往水驱、聚驱等采出水，污水成分十分复杂，污水中的胶体粒子更加稳定，以往的污水处理方法已基本失效，不能达到采出水回注标准。因此，本章根据采出水中聚合物、表面活性剂、碱的存在对采出水稳定性的影响机理，分别提出了化学絮凝法、物理法(重力沉降法、离心分离法)、絮凝．气浮法三类污水处理方法，室内进行可行性实验研究，从污水处理效率、投资费用、仪器占地面积等方面综合考虑，制定出合理的污水处理方案，为河南油田三元复合驱采出水处理提供最有效的污水处理方法。3．1实验部分3．1．1实验材料无机絮凝剂：A12(S04b、FeCl3、PAC、PAFC，由山东泰和水处理有限公司提供；有机絮凝剂：阳离子PAM20、阳离子1000、阳离子1200、NFH．ID(A剂)和NFH．IB(B剂)，由双河联合站现场提供；复合型絮凝剂：FY-I(1)、FY-I(2)、FY-I(3)、FY-I(4)、FY-I(5)，由河南油田飞亚工程项目部提供；其它实验材料见2．1．1。3．1．2实验仪器SGZ．数显浊度仪：上海悦丰仪器仪表有限公司；气浮池和微孔曝气头(实验室自制)；其它实验材料见2．1．2。3．1．3实验方法3．1．3．1化学絮凝法根据SY／T5796．93《絮凝剂评定方法》进行絮凝剂的筛选。絮凝实验使用IKARW200Digital搅拌器。向各烧杯中加入定量污水，将制备的污水置入55"C恒温水浴中，在150rpm高速搅拌下加入各浓度的絮凝剂，搅拌lmin后低速50rpm搅拌5rain，观察实验现象，然后测定在55"C恒温箱中放置30rain后污水中层清液的含油量和浊度。 中国石油大学(华东)硕士学位论文3．1．3．2重力沉降法室内配制模拟采出水，其中污水中碱浓度为600rag·L．1、表面活性剂浓度为200mg-U。、聚合物浓度为248mg·L-1。往烧杯中加入200raL已配好的模拟采出水，放入55"0恒温水浴中静置，一定时间间隔用注射器取水样中层溶液，测定其含油量和悬浮物含量，考察模拟污水在不同静置时间、不同初始含油量、不同初始油滴粒径、不同初始悬浮物含量下对污水处理效果的影响。3．1．3．3离心分离法室内配制三元复合驱模拟采出水，固定采出水中碱浓度为600mg·L-1、表面活性剂浓度为200mg·L．1、聚合物浓度为248mg·L-1，使用800型电动离心机进行离心实验。用2个20raL的离心管分别接取55℃下的等量模拟污水，对称的放入离心机中，在不同实验条件下开启离心机，实验结束待离心机稳定后用注射器抽取离心管中部水样测定水中含油量，考察模拟污水在不同离心时间与转速条件下对油水分离效果的影响。3．1．3．4絮凝．气浮法室内配制三元复合驱模拟采出水，固定污水中驱油剂的浓度，其中碱浓度为600mg·L-1、表面活性剂浓度为200rag·L-1、聚合物浓度为248mg·L．1，取1L已配好的模拟污水倒入气浮池中，连接好气浮装置，在一定初始实验条件下进行曝气，其中气源为空气，一定时间后停止，待气浮池中的污水稳定后用注射器从池中部抽取水样测定水中含油量。3．2实验结果3．2．1化学絮凝法单纯的物理机械方法处理含油污水，很难将微小的O／W乳状液和难处理的有机悬浮物除去，目前很多油田普遍采用加入化学药剂的方法来提高污水处理效率。化学絮凝法处理含油污水，费用低、投资少、污水处理效率高，常作为一级污水处理方法。以下对双河油田污水处理中所用的絮凝剂进行筛选，以水中含油量和浊度为主要水质考察指标，得出最佳的污水处理絮凝配方。‘3．2．1．1无机絮凝剂的筛选取现场污水进行过滤除去悬浮物后配制模拟污水：聚合物300rag·L．1、表面活性剂200rag·L～、碱含量600rag·L．1、悬浮物lOOmg·L．1、含油量1000mg·L．1。污水浊度为36831 第三章三元驱采出水处理工艺技术研究由表中实验数据分析得，单一的无机絮凝剂污水处理效果较差，除油率与去浊率都较低；低分子絮凝剂在加药浓度高的情况下，处理后污水含油量都高于高分子絮凝剂，处理效果明显不如高分子絮凝剂。而且实验过程经观察，低分子无机絮凝剂产生絮体零散、细碎、较少、悬浮度较高，高分子无机絮凝剂产生絮团大、多且部分下沉。在80Grog·L以的投药量下，PAFC的除油率为95．75％、去浊率为57．107％，NFH．ID(A剂)的除油率为95．93％、去浊率为61．65％，均高于其他无机絮凝剂的除油率和去浊率。所以选定PAFC和NFH．ID(A剂)作为污水处理的无机絮凝剂。3．2．1．2有机絮凝剂的筛选实验用污水与絮凝方法同上，有机絮凝剂加药浓度为10mg·L-1，观察实验现象，测定放置30rain后污水中层清液的含油量和浊度。实验数据见表3．2。表3．2有机絮凝剂单剂的筛选Table3-2Selectionoforganicfloeeulants由表3．2中数据得，单一有机絮凝剂在较低的投药量下，污水处理效果也并不理想，污水处理后含油量和浊度远不能达到污水处理水质标准。但所提供的有机絮凝剂中，阳32 中国石油大学(华东)硕士学位论文离子PAM20和NFH．IB(B剂)的处理效果较好，阳离子PAM20的除油率为93．4％、去浊率为46．7％，NFH．IB(B剂)的除油率为94．3％、去浊率为48．9％，且污水处理过程中产生絮体蓬松下沉，絮体相对较多。有机絮凝剂处理成本较高，且絮凝剂单一使用达不到污水处理标准，因此常将有机絮凝剂与无机絮凝剂进行复配使用，这样不但降低了污水处理成本，还配制出多种适合不同污水体系的絮凝配方，因此选用阳离子PAM20和NFH．IB(B剂)作为后面复配实验用的有机絮凝剂。3．2．1．3复合塑絮凝剂的筛选复合型絮凝剂FY-I系列是由河南油田飞亚工程项目部提供的复合高分子絮凝剂，其主剂为超高分子非离子表面活性剂，利用高分子的化学特性破坏乳化性强的O／W乳状液，有效降低了污水中的含油量以及体系粘度，提高了污水处理效率。所用污水和絮凝方法同上，复合型絮凝剂加药浓度为1000mg·L．Io实验结果见表3—3。表3-3复合量絮凝剂的筛选Table3-3Selectionofeompoumifiocculants圈3．1复合型絮凝拥处囊效果比较蛋Fi93-1Performancecomparisonofco驯fioccahmtsOnwutewater臼嘈_岫t实验结果如表3．3所示，由表中数据可得，复合型絮凝；f!}FY-I(1)和FY-I(3)的33 第三章三元驱采出水处理工艺技术研究水处理效果较好，处理后水质较清呈透明状(如图3．1)，水中含油量分别为8．19mg·L．1和10．3mg·L．1，浊度值分别为36．0NTU和43．ffNTU。观察实验现象得，絮凝剂FY-I(1)搅拌后迅速产生絮体，开始时絮体部分浮于水面，5rain后全部沉底，絮体较致密；絮凝剂FY-I(3)实验后絮体较膨松，污水稳定后全部沉于底部；而絮凝剂FY-I(2)、FY-I(4)、FY-I(5)产生絮体均细碎、较少，污水稳定后呈膨松状沉于底部，其处理后污水水质呈乳白色，浊度值均高于50mg-L．1。因此选择处理效果最优的ⅣI(1)作为现场模拟实验用污水处理絮凝剂。3．2．1．4复配配方的确定以上筛选出最佳无机絮凝剂PAFC、NFH．ID(A剂)和有机絮凝剂阳离子PAM20、NFH．IB(B剂)，现将有机絮凝剂和无机絮凝剂进行复配，其中复配组合为PAFC和阳离子PAM20、NFH．ID(A剂)和NFH．IB(B剂)，在先加无机絮凝剂再加有机絮凝剂的前提下，筛选出最佳絮凝剂复配浓度，为污水处理提供最经济高效的絮凝剂复配配方。将不同浓度的无机絮凝剂加入已配好的污水中，150rpm高速搅拌1rain后，再加入5mg·L．1有机絮凝剂继续搅拌1rain，然后低速50rpm搅拌5rain，观察实验现象，实验结果见表3-4。表3-4无机絮凝剂浓度的确定Table3-4Determinationofinorganicfloeeulantscontent对于不同浓度的PAFC和NFH．ID(A剂)，在絮凝过程中，随着加药浓度的增大，污水中产生絮体先逐渐增多后逐渐减少，水中含油量和浊度存在最低值，两者均存在一个最佳污水处理浓度。当不同浓度的无机絮凝剂分别与同一浓度的有机絮凝剂进行复配 中国石油大学(华东)硕士学位论文时，PAFC的最佳污水处理浓度为1000rag·L．1，污水处理后水中含油量为8．6mg·L-1、浊度为13．6NTU，而NFH．ID(A剂)的最佳污水处理浓度为1200rag·L-1，污水处理后水中含油量为6．54mg·L～、浊度为13．7NTU，此时的含油量和浊度值均最低，污水处理效果较好。当不同浓度的有机絮凝剂与同一浓度的无机絮凝剂进行复配时，所用污水与絮凝方法同上。此时，无机絮凝剂PAFC的污水处理浓度为1000rng·L-1，NFH．ID(A剂)的污水处理浓度为1200rag·L．1，观察实验现象，实验数据见表3—5。表3．5有机絮凝剂浓度的确定Table3-5Determinationoforganicfloceulantscontent当絮凝处理模拟采出水时，有机絮凝剂浓度的变化与无机絮凝剂浓度的变化对采出污水处理的效果基本一致，随着有机絮凝剂浓度的增大污水处理先变好后变差。阳离子PAM20的最佳污水处理浓度为lOmg-L-l，而NFH．IB(B剂)的最佳污水处理浓度为20mg·L-1，此时处理后水中含油量和污水浊度最低。产生这一现状的主要原因可以由高分子絮凝剂的絮凝机理来解释，主要絮凝机理【”】为压缩双电层、吸附架桥、卷带网捕等。当絮凝剂浓度较低时，絮凝剂在以上絮凝机理的作用下达到很好的絮凝效果，但当絮凝剂浓度较高时，整个体系所带电荷一致，增大了颗粒间的排斥力，多余的高分子絮凝剂吸附于颗粒表面，胶体颗粒间达不到聚结等吸附架桥作用，体系变得相对稳定，因此污水处理絮凝剂存在一个最佳处理浓度。复合型絮凝剂FY-I(1)浓度的筛选结果见表3-6，污水处理后实验现象如图3．2所示。由表中数据得，当FY-I(1)的加药量为1000rag·L．1时，处理后水中含油量为35 第三章三元驱采出水处理工艺技术研究9．6mg·L～，浊度为23．6NTU，当加药量增加到1200mg·L。时，处理后水中含油为8．3mg·L～，浊度为18．2NTU，两者均能达到污水处理标准，因此为了节省加药成本，应选择FY．I(1)的最佳污水处理浓度为1000mg·L～。表3-6复合型絮凝剂浓度的确定Table3-6Determinationofcompoundflocculantscontent图3-2复合型絮凝剂处理效果比较图Fi93-2Pictureofwastewatertreatmentbycompoundflocculants综上所述，适合河南油田三元复合驱采出污水处理用的最佳絮凝剂有三种可选方案：无机絮凝剂和有机絮凝剂的最佳污水处理絮凝配方为1000mg‘LJPAFC+10mg·L。1PAM20和1200rag·L～NFH．ID(A剂)+20mg·L～NFH—IB(B剂)，以及1000mg·L。1的复合型絮凝剂FY-I(1)。3．2．2重力沉降法3．2．2．1静置沉降时间对污水处理的影响室内配制三元复合驱模拟采出水，其中采出水中初始含油量为934．8rag·L～、初始悬浮物含量为200mg·L～，图3．3为静置时间对油水分离特性的影响。由图3．3可得，模拟三元复合驱采出水中的残余含油量随静置时间的增加而逐渐减小，由此得出，静置时间越长越有利于油水分离。但当沉降时间低于12小时时，残余含油量降低幅度较大，由初始含油量到205．4mg·L-1，残余油去除率达到78．04％：随着沉降时间的增大(大于1236 中国石油大学(华东)硕士学位论文小时)降低幅度逐渐减小，残余含油量虽然降低，但降低幅度不大，72h时残余油去除率仅为89．4％。所以，在一定的处理时间以及处理设备基础上，为使采出水达到最大效率的污水处理，我们选定静置时间为12h最佳，同时我们可以看出，单一的重力沉降法处理采出污水不能达到采出水外排标准。图3．3静置时闻对污水处理的影响Fi93-3EffectofsedimentationtimeOnWJlstcwatertreatment圈3一．静置时闻对污水处理的影响照片叫Pbotosofsedimentation缸Onwastewatertreatment3．2．2．2初始含油量对污水处理的影响将不同初始含油量的三元复合驱模拟采出水放于55℃的恒温水浴中静置沉降12h，水中含油量和悬浮物含量随时间的变化数据见表3．7，初始含油量对油水分离的影响见图3．5。37 第三章三元驱采出水处理工艺技术研究表3．7初始含油量对污水处理的影响Table3．7Efleetofinitialoilcontentonwastewatertreatment‘一钿量毫U‰州／nag·L．1图3．5初始含油量对油水分离的影响呈喜。莲毒≈术Fi93-5Effectofinitialoilcontentonoil-waterseparation由实验数据得，三元复合驱模拟采出水处理后水中含油量和悬浮物含量均随着初始含油量的升高而增加。初始含油量从268．9mg·L．1增加到2804．4rag·Ld时，残余含油量从183．7rag·L．1增加到317．4rag·L-1，残余油去除率也从31．6％增加到88．7％。可见随着初始含油量的增大，体系中含油密度增高，体系中的小油滴碰撞聚结的机会增大，更多的小油滴会聚结为大油滴，有利于油水分离。同时由表中数据可得随着初始含油量的增大残余悬浮物含量也会增大，但变化并不十分明显，这是因为随着初始含油浓度的增大，油滴与悬浮物之间碰撞的几率也增大，其阻碍了悬浮颗粒的沉降速率，同时悬浮物可能吸附于油滴表面而稳定存在于水中，也有一小部分会随油滴一起上浮而脱离污水体系。综合两方面的原因，初始含油量的变化对污水中残余悬浮物含量的影响并不十分明显，随初始含油量的增大，水中残余悬浮物含量虽有增大，但增加幅度不大。38O佗"砌∞∞加∞∞加{；；加竹 中国石油大学(华东)硕士学位论文图3_6初始含油量对污水处理的影响图片F姆3-6PhotosofinithtloffcontentORWSll钯watertreatment3．2．2．3初始油滴粒径对污水处理的影响室内配置模拟油乳状液，改变乳化机转速得到不同油滴粒径大小的O／W乳状液，、不同初始油滴粒径大小对采出水油水分离特性的影响如表3．8。表3{油渣粒径对污水处理的影响Table3-8Effectofoffdropletsdiameteroilwastewatertreatment由表中数据分析得，随着油滴粒径的减小，污水经静置沉降后除油率逐渐减小。初始油滴粒径的大小对油水分离效果的影响，可以由斯托克斯公式来分析，由上浮速率斯托克斯公式得，上浮速率与油滴粒径的平方成正比，当油漓粒径较大时，体系中空间位阻较小，有利于油漓间的聚结凝聚，上浮速率较大，加速了油水分离效率；而当油滴粒径较小时，界面张力较小，油涪稳定性较强，上浮速率较小，不利于油水分离，所以初始油滴粒径大的污水体系越有利于污水的处理。3．2．2．4初始悬浮物含量对污水处理的影响将不同初始悬浮物含量的三元复合驱模拟采出水放于55℃的恒温水浴中静置沉降12h，污水中残余含油量和残余悬浮物含量随初始悬浮物含量的变化数据见表3-9，初始39 第三章三元驱采出水处理工艺技术研究悬浮物含量的不同对污水处理后水中残余悬浮物含量的变化见图3．7。表3-9初始悬浮物含量对污水处理的影响Table3-9Effectofinitialsuspensioncontentonwastewatertreatment‰忡椭慨·L．1图3．7初始悬浮物含量对污水处理的影响Fi93-7Effectofinitialsuspendsolidonoil-waterseparation分析实验数据得，初始悬浮物含量的变化对三元复合驱采出水的处理也存在一定的影响。随着初始悬浮物含量的增大，静置沉降后水中悬浮物去除率逐渐增大，除油率略微降低。当水中悬浮物含量由65．9mg／L增大到333．8m班时，悬浮物去除率由39．2％增大到61．1％，而除油率却由78．9％降低到74．9％，但降低幅度不大。这是因为当水中悬浮物含量增多时，固体颗粒会吸附溶液中的聚合物以及原油中的活性组分，使得界面剪切粘度下降、油水界面张力降低、<电位绝对值增大，O／W乳状液稳定性增强阻】；固体颗粒在溶液中的稳定性与高分子聚合物的稳定性相同，为空间稳定作用，当溶液中固体颗粒浓度增大时，悬浮颗粒间的碰撞几率增大，固体颗粒表面性质的改变会使得悬浮颗粒间相互聚并下沉，但悬浮颗粒的下沉会阻止油珠的聚并上浮，因此随着初始悬浮物含量的增多，污水处理难度加大。 中国石油大学(华东)硕士学位论文靓蝴$：一．寡，雾潮静置葵隧h：一．”?霉辫删黉矮图3{悬浮物台量变化对污水处理的影响照片Fi93-8Photoseflnidal铡嘲pen嘲neonteatOnWIIStewatertreatment3．2．3离，D分离法3．2．3．1离心时间对污水处理的影响室内配制三元复合驱模拟采出水，初始含油量为917．3mg·L．1，在转速为3000r-min"1的实验条件下，考察了离心时间对油水分离效果的影响，结果见图3-9。‘乙钿墨0圈3母膏心时间对污水处曩的影响Fi93-9Effectefeeatrifa斛dlaeo丑__—瞻watera-eatmat由数据分析得，模拟采出水中含油量随着离心时问的增大而逐渐减小，20min时水中含油量由917．3mg·L．1降至149．7rag-L"1，除油率达到83．68％，之后随着离心时问的继续增大水中残余含油量虽然降低，但降低幅度不大，因此为了提高污水处理效率选择最佳离心时间为20min。41 第三章三元驱采出水处理工艺技术研究3．2．3．2转速对污水处理的影响转速对油水分离的影响见图3．10，模拟污水中初始含油量为932．45rag·L．1，离心实验时间为20min。Rotatespeed／r"min"l图3．10转速对处理效果的影响Fi93．10EffectofrotatespeedOllwastewatertreatment分析实验结果得，随着转速的增加模拟采出水中残余含油量逐渐降低，当转速为1000r·min。1时，采出水中含油量由932．45mg·Ld降低至293．67rag·L-1，除油率为68．5％；当转速增加至3000r·min"1时采出水中含油量降至39．27mg·L．1，除油率为95．8％；当转速大于3000r·min"1时，随着转速的增加水中含油量降低缓慢，除油率增加较小，4000r·min以时水中含油为35．59rng·L．1，除油率为96．2％，因此选定3000r·min"1为最佳离心转速。由实验可以看出，离心分离法在有效的实验条件下处理模拟采出污水，水中含油量最低为35．59mg·L．1，虽然达不到采出水回注再利用水质标准，但在较短的时间内就能达到如此好的污水处理效果，说明离心分离法具有很好的现场应用价值，油田上应用最多的离心分离设备为水利旋流器。3．2．4絮凝．气浮法3⋯241曝气时间对污水处理的影响室内配制三元复合驱模拟采出水，水中初始含油量为678．36rag·L．1，在曝气量为2m3．h"1的条件下，考察曝气时间对污水处理效果的影响，实验结果见图3．11。分析实验数据得，随着曝气时间的增加污水中残余含油量逐渐减小，除油率逐渐增大。但当气浮时间大于60rain时水中含油量降低较缓，除油率增加幅度不大，因此选定最佳气浮时间42 中国石油大学(华东)硕士学位论文为60min。图3．1l曝气时间对污水处理的影响Fi93-11Effectofaerationtimeonwastewatertreatment呈蚕§i枭3⋯242曝气量对污水处理的影响曝气量对污水处理效果的影响见图3．12，模拟采出水中初始含油量为839．61mg·L．1，曝气时间为60min。呈§i鬟Aeratio万rate／m3．h-1图3．12曝气量对污水处理的影响Fi93-12Effectofaerationrateonwastewatertreatment由图3．12得，模拟采出水中残余含油量随着曝气量的增加而逐渐减小。曝气量为0．4m3．h‘1条件下处理效果并不明显，残余含油量为797．63mg·L．1，但当曝气量大于0．4m3．h‘1时，随着曝气量的增大，污水中残余含油量逐渐下降，污水处理效果较好，曝43 第三章三元驱采出水处理工艺技术研究气量为2m3-h-1条件下水中残余含油量为145．77rag·L．1，除油率为82．64％，因此选定气浮实验的最佳曝气量为2m3-h～。3．2．4．3絮凝剂对气浮效果的影响由3．2．1化学絮凝法实验结果知，絮凝法对污水处理有较好的处理效果，但药剂投加量较大，无机絮凝剂一般在1000--1200mg·L以左右，为此考虑将絮凝法和气浮法相结合，取各处理方法的优点，以絮凝．气浮法处理三元复合驱模拟采出水。由3．2．1实验结果得，三元复合驱模拟采出水较好的水处理剂为无机絮凝剂聚合铝铁PAFC和NFH．ID(A剂)以及复合型水处理剂FY-I(1)。室内配制三元复合驱模拟采出水，水中初始含油量为766．83mg·L-1，图3．13为不同絮凝剂在气浮条件下对污水处理的影响，絮凝剂投加量降低为0～500mg·L．1，气浮时间为60rain，曝气量为2m3．h-1。由图3．13中曲线变化趋势得，PAFC、NFH．I(A剂)、FY-I(1)三种絮凝剂与气浮相结合对采出污水处理结果中，FY-I(1)的处理效果最优。当絮凝剂加药浓度为300rag·Ld时，PAFC处理后水中含油量为34．98rag·L-1，NFH．I(A剂)处理后水中含油量为75．87rag·L．1，而FY-I(1)处理后水中含油量为9．12mg·L．1，只有FY-I(1)达到采出水处理水质标准，因此我们选定FY-I(1)作为与气浮工艺结合使用的絮凝剂。图3-13不同絮凝剂对气浮效果的影响Fi93-13EffectofdifferentflocculantsOnflotation图3．14为不同浓度的FY-I(1)对气浮效果的影响，由图得随着加药浓度的增大，处理后水中含油量先降低后增加。当加药浓度为300rag·L．1时污水中残余含油量为 中国石油大学(华东)硕士学位论文9．12rag·L-l,含油去除率为98．8％；随着加药浓度的继续增大对污水处理的效果反而变差，加药浓度为500mg·L．1时，水中含油量为13．39mg·L～，所以絮凝．气浮法所用絮凝剂加药量为300rag·L-1时最佳。呈§i寄琴图3．14絮凝．气浮法对污水处理的影响Fi93-14Effectoffloeculantsonwastewatertreatmentbyflotation3．2．5双河油田污水处理方案研究与水驱和聚驱等采出污水相比，河南油田三元复合驱采出污水含油量偏高，粘度大，油水乳化严重，固体悬浮物含量高，油水分离更加困难，常规污水处理工艺已不能满足三元复合驱采出污水处理的需要，主要体现在污水沉降时间的增加、絮凝剂加药量增大、污水絮凝处理后产生的污泥量增多、回收污油质量降低等，因此为有效解决三元复合驱产生的污水处理问题，需进一步改进现有的污水处理设备，制定出更好的污水处理方案，以降低脱出污水中的含油量和悬浮物含量，达到回收利用的目的。目前双河联合站现场试验过一种旋流技术改进的“罐中罐’’技术，其对三元复合驱采出污水具有良好的污水处理效果，“罐中罐"是一种利用水力旋流分离、浮油自动收集排出和底部污泥利用水力排出的组合装置，其主要利用旋转离心的作用使得污水中的油、水、污泥三相分离，其分离效率是静置沉降分离的几十倍。其它污水处理方法的现场应用状况，如下--f-j联合站自2005年使用气浮选装置进行污水的后段处理，取得了一定污水处理效果，2008年大修后恢复除油率达到55％，江河联合站由于化学驱采出液中驱油剂及添加剂含量低，污水处理难度小，所以仍采用传统的污水处理方法，即：三相油水分离．自然沉降．絮凝．过滤。”经调研得单一的污水处理技术很难对水质复杂的污水进行有效的油水分离，因此为45 第三章三元驱采出水处理工艺技术研究达到注水水质的要求，降低污水处理成本，我们需要把现有的污水处理技术结合起来，再加之絮凝和气浮实验，才能实现河南油田三元复合驱采出水处理后外排回注的标准。现针对河南油田三元复合驱采出污水的特点设计方案如下：方案一：当采出水中驱油剂含量较低时，污水中油水乳状液乳化程度较差，污水粘度较低，体系携带固体悬浮物能力较差，油水分离难度不大，所以采用简单的污水处理方案就可以到达污水处理要求：园圈冈I．．．．．．．．．．．．．_J方案一的特点如下：(1)经过自然沉降预除油后，污水中颗粒较大的固体悬浮物和大部分浮油都被分离出来；(2)“罐中罐’’技术集水利旋流和自然沉降与一体，利用设备的自动除油装置和压力排污功能，很好的实现了油、水、污泥的分离，大大的提高了污水处理效率；(3)石英砂过滤器更适合双河油田采出水水质，进一步提高了污水处理效率；(4)该组合工艺结构简单，运行及处理工艺封闭，对环境具有一定的保护作用。为了减轻后续污水处理工艺的负担，可以通过延长预除油阶段的静置沉降时间来完成，使污水中的含油量和悬浮物含量尽量最低，降低水利旋流器的处理难度，减轻过滤器的负担，以有效达到污水回注和外排的标准。方案二：当三元复合驱采出水中驱油剂含量较高时，污水中油水乳化程度较严重，水中悬浮物含量较高，粘度较大，油水分离难度加大，简单的污水处理方法已无法满足采出水水质要求，必须多种污水处理工艺有效结合，才能达到污水处理要求，现制定方案如下：固◆园◆固l壁堂翌查l啼l皇竺塑竺竺I-◆l：竺!竺：I园◆回方案二是在方案一的基础上增加了高效絮凝剂的絮凝处理或物理化学方法相结合的絮凝．气浮工艺，实际应用时可根据现场实际需要来选择，在方案一所具有的特点基 中国石油大学(华东)硕士学位论文础上方案二特点如下：(1)高效絮凝剂的应用加速了污水处理时间，处理效率高，设备简单，处理后污水中含油量和悬浮物含量非常低，减轻了后续过滤处理的负担；(2)针对采出水的特点，采用气浮工艺与絮凝法相结合，改变了絮凝法药剂投加量高的缺点，在减少处理成本的基础上降低了污水中的油和悬浮物含量。由于三元复合驱采出水性质的特殊性，为有效去除采出水中的乳化油和悬浮物含量，可在污水处理工艺的最佳处理条件基础上，适当增加污水沉降时间，适当调整所筛选的污水处理絮凝剂以及絮凝剂的用量，已达到处理高浓度驱油剂采出水处理要求。3．3小结(1)室内筛选出适合河南油田三元复合驱采出水处理的最佳絮凝剂配方为：1000mg·L．1PAFC+10mg·L-1PAM20和1200mg·L．1NFH．ID(A剂)+20mg·L．1NFH．IB(B剂)，以及1000mg·L．1FY-I(1)。(2)静置沉降法处理模拟采出水的最佳沉降时间为12h；且随着初始含油量的增大、初始油滴粒径的减小、初始悬浮物含量的增大，污水处理难度均增大。(3)离心分离法处理模拟采出污水的最佳离心时间为20min，最佳转速为3000r·min"1，除油率为95．8％。(4)絮凝．气浮法处理模拟采出水的最佳曝气时间为60min，最佳曝气量为2m3"h-1；气浮时所加气浮剂FY-I(1)的最佳投加量为300mg·L-1，除油率为95．44％。47 第四章三元驱现场采出水絮凝试验研究通过室内絮凝实验研究，筛选出适合河南油田三元复合驱采出水的絮凝配方，本章在室内实验结果的基础上，现场试验验证絮凝配方对三元复合驱采出水的处理效果，并进行适当的调整，以达到采出水水质外排、回注标准。4．1现场概况自2010年3月1日起，河南油田双河l耕量站所辖油井已全部转入注二元主体段塞。三元复合驱现场采出水絮凝试验是在二元复合驱采出水的基础上加碱进行的，现场污水处理工艺流程图如图禾1所示。图4-1现场污水处理设备的工艺流程图Fi94-1Flowchartofwastewa钯rtreatmentequipment48 中国石油大学(华东)硕士学位论文4．2现场试验内容4．2．1试验流程试验以双河区块的K2107井为参考体系，试验阶段各参考参数平均值为日产油5．5m3．d。1(含水94．6％)、日产液88．3ma．d"1、聚合物浓度25．8mg·L-1、表面活性剂浓度33．1mg·L一，试验时的实际流量为1．2m3-d"1。采出液通过三相分离器进行油、气、水三相分离后进入污水自然除油罐，然后通过加药系统将絮凝剂泵入污水处理系统，开展污水处理试验装置的药剂评价筛选工作，考察指标为自然除油罐和絮凝沉降罐的进、出口污水中的含油量和固体悬浮物含量，污水处理标准为水中含油量=30mg·L-1，悬浮物含量=30mg·L～，称为“双30’’标准。取样均在系统加药稳定运行30rain后进行。4．2．2药剂评价根据室内实验的药剂评价，筛选出适合河南油田三元复合驱采出水处理标准的絮凝剂配方：PAFC+阳离子PAM20、NFH．ID(A剂)+NFH．IB(B剂)和复合型FY-I(1)。将此三种配方进行现场絮凝试验，验证评价絮凝配方对现场采出水的处理效果。4．2．3试验安排现场试验分三个阶段进行：I一空白试验：该试验是在二元复合驱采出液基础上不作任何药剂添加，测量单井采出液中聚合物浓度为46．22mg·L～，表面活性剂浓度为50mg·U1，碱浓度为0，该工况称为空白试验。在该工况条件下考察不同絮凝剂配方对采出水的处理效果，测定自然除油罐和絮凝沉降罐进出口污水中的含油量和悬浮物含量，记录试验结果，并对各絮凝配方进行对比评价。II一三元驱采出水絮凝试验：在二元复合驱的基础上，利用计量站内的加药泵通过掺水管线加碱至井口，其中产出液中表面活性剂浓度平均为182．6mg·L．1、聚合物浓度平均为46．2mg·L～，而碱的实际加入浓度为76rag·L～、164．4rag·U1、400rag·L．1、600rag·L．1，试验测定自然除油罐和絮凝沉降罐进出口污水中的含油量和悬浮物含量，并对絮凝配方进行对比评价。Ⅲ一三元驱采出水絮凝．气浮试验：试验用污水如第二阶段，此时固定加碱浓度为600rag·L．1，通过改变三相分离器脱49 第四章三元驱现场采出水絮凝试验研究水系统的进口液量，并在自然除油罐中增加曝气工艺，评价三相分离器进液量的大小和曝气量的多少对气浮工艺的影响。表4-1现场试验进度安排表Table4-1Scheduleoffieldtestprogress4．3现场试验结果4．3．1空白试验4．3．1．1PAFC+阳PAM20对采出水的处理现场试验在自然除油罐(一次沉降)和絮凝沉降罐(二次沉降)之间先加入200rag·L-1的PAFC，稳定一段时间后再加入lOmg·Ld的阳PAM20。采出水经絮凝配方处理后水中含油量和悬浮物含量随取样时间的变化结果如表4．2、4．3和图4．2所示。试验日期为7月25日．7月26日。由表4．2和表4．3中数据分析得，在200rag·L．1PAFC+10mg·L．1阳PAM20的加药条件下，污水经一次沉降和二次沉降后水中含油量平均为25．9mg·L～，而处理后水中固体悬浮物含量平均为92．4mg·L．1，除油效果相对较好，但悬浮物含量处理效果不能达标。表4-2PAFC+阳PAM20的污水处理后水中含油量Table4-2OilcontentofPAFC+阳M20onwastewatertreatment 中国石油大学(华东)硕士学位论文表4-2PAFC+阳PAM20的污水处理后水中含油量(续表)Table4-2OilcontentofPAFC+阳PAM20onwastewatertreatment表4-3PAFC+阳PAM20污水处理后污水中悬浮物含量表Table4-3SuspensioncontentofPAFC+阳PAM20onwastewatertreatment"Jh{J图4-2不同位置处水中含油量的对比Fi94-2Comparisonofoilcontentatdifferentposition 第四章三元驱现场采出水絮凝试验研究4．3．1．2FY-1(1)对采出水的处理现场试验在自然除油罐(一次沉降)和絮凝沉降罐(二次沉降)之间一次性加入125mg·L．1FY-I(1)，试验稳定一段时间后，测定三相分离器、一次沉降罐、二次沉降罐出口处采出水中含油量和悬浮物含量。试验结果随取样时间的变化如表“、4．5所示。试验日期为7月26日．7月27日。表4-4FY-I(1)水处理后水中含油量Table4-4OilcontentoftreatedwaterbyFY-I(1)表4-5FY-I(1)水处理后污水中固体悬浮物含量Table4-5SuspensioncontentoftreatedwaterbyFY-I(1)52 中国石油大学(华东)硕士学位论文由表中数据分析得，三相分离器出口水中含油量平均为348．9mg·L-1，水中悬浮物含量为365．6rag·L．1；采出水经复合型絮凝剂FY-I(1)处理后一沉出口水中含油量平均为108．8mg·L．1，水中悬浮物含量平均为152．8rag·L．1；二沉出口水中含油量平均为49．13rag·L．1，水中悬浮物含量平均为120．2rag·L-1。经两次沉降后除油率为85．9％，悬浮物去除率为67．1％。二沉出口处水中含油量和悬浮物含量均大于30mg·L．1，不能达到污水处理标准，污水处理效果较差。4．3．1．3NFH．ID(A剂)+NFH．IB(B剂)对采出水的处理通过加药系统在一次沉降罐前加入200rag·L～NFH．ID(A剂)，稳定一段时间后在一次沉降罐和二次沉降罐之间加入200rag·L～NFH．IB(B剂)，待系统稳定后测定三相分离器、一次沉降罐、二次沉降罐出口处水中含油量和悬浮物含量，试验结果随取样时间的变化如表4-6、4-7以及图4．3所示。试验时间为7月28日．7月30日由表4_6、4-7分析得，污水经絮凝配方处理后一沉出口处水中含油量平均为78．9mg·L．1，水中悬浮物含量为160．6mg·L．1；二沉出口水中含油量平均为26．7mg·L-1，水中固体悬浮物含量平均为123．5mg·L．1。该浓度的絮凝配方污水除油效果较好，但除悬浮物效果较差，仍无法达到污水处理标准。表4-6NFH-ID(A剂)+NFH-IB(B剂)污水处理后水中含油量Tabel4-6OilcontentoftreatedwaterbyNFH-ID(A剂)+NFH-IB(B剂)53 第四章三元驱现场采出水絮凝试验研究表”NFH．ID(A剂)+NFH-IB(B剂)污水处理后水中固体悬浮物含量Table4-7SuspensioncontentoftreatedwaterbyNFH—ID(A剂)+NFIt-IB(B剂)"一钿{0图4-3不同位置处水中含油量的对比Fi94-3Comparisonofoilcontentatdifferentposition改变加药顺序，在污水处理系统一次沉降前加入200rag·L．1NFH．IB(B剂)，在一次沉降罐和二次沉降罐之间加入200mg-L．1NFH．ID，考察加药顺序对污水处理效果的影响。污水处理后水中固体悬浮物含量如表4_8所示。试验时间为8月1日．8月2日。分析表4．7和表4_8中数据得，当按原加药顺序200mg·L．1NFH-ID(A剂)+200rag·L．1NFH．IB(B剂)进行污水处理后，水中悬浮物含量平均为123．5mg·L-1；改变加药顺序为200rag·L．1NFH．IB(B剂)+200mg·L．1NFH-ID(A剂)时，污水处理后水中悬浮物含量平均为60．56rag·L．1，污水处理效果大为改善，所以确定该絮凝配方加药顺序为先投加NFH．IB(B剂)后投加NFH．ID(A剂)的污水处理方案。 中国石油大学(华东)硕士学位论文表4-8NFH．IB(B剂)+NFH．ID(A剂)污水处理后水中固体悬浮物含量Table4-8SuspensioncontentoftreatedwaterbyNFTI-IB(B剂)+NFH-ID(A剂)当增加絮凝剂NFH．ID(A剂)浓度后，污水处理效果如表4．9所示，絮凝剂加药顺序同上，NFH．ID(A剂)浓度增加为300rag·L～，试验时间为8月4日．8月5日。表4．9污水处理后水中含油量和悬浮物含量Table4-9Offandsuspensioncontentsofoilywateraftertreatment专耋喜砉图4-4污水处理系统中各流程的污水粒度分布曲线Fi94-4Sizedistributionofoilywateratdifferentposition55 第四章三元驱现场采出水絮凝试验研究由表中数据得，当改变加药顺序且增加反相破乳剂NFH．ID(A剂)的浓度后，二沉出水中含油量平均为13．8rag·L．1，悬浮物含量平均为26．4rag·L．1，均小于30mg·L一，系统稳定后均达到“双30”指标。此时系统污水处理后不同位置处污水粒径比较如图4-4所示。由图可以看出，随污水处理流程的进行，其平均粒径呈增大趋势，这说明在污水处理过程中，沿着各设备水处理的进行，在物理与化学作用下，水中油滴与油滴、油滴与悬浮物之间聚并絮凝变大，即表现为污水中颗粒和液滴粒径变大，因此随着污水处理流程的进行，每一设备出口处污水中的含油量和悬浮物含量逐级递减，可以以二沉出口处污水中含油量和悬浮物含量的多少作为第二阶段和第三阶段中絮凝处理效果比较的标准。4．3．2三元驱采出水絮凝试验三元复合驱采出水絮凝实验是在二元复合驱采出水基础上加碱完成的，采出水中表面活性剂浓度平均为182．6mg·L～、聚合物浓度平均为46．2mg·L．1，因采出水中碱含量的不同，现场试验分为碱76rag·L．1、碱164．4rag·L．1、碱400rag·L．1、碱600rag·L-1四个部分。根据现场空白试验的效果，拟对絮凝配方200rag-L-1NFH．IB+300mg·L．1NFH．ID、300rag·L．1PAFC+10mg·Ld阳PAM20的水处理效果进行试验评价。4．3．2．1碱浓度为76mg·Ld的采出水处理当三元复合驱采出水中碱含量为76rag·L’1时，200rag·L．1NFH．IB(B剂)+300rag·L．1NFH．ID(A剂)对采出水处理后的水中含油量和悬浮物含量如表4-10所示，试验结果随取样时间的变化如图4．5所示。试验日期为8月14日．8月15日。表4-10污水处理后水中含油量和悬浮物含量Table4-10Oilandmspensioncontentsofoilywateraftertreatment 中国石油大学(华东)硕士学位论文图4-5污水处理后水中含油量和悬浮物含量变化图Fi94-5Offandsuspensioncontentsofoilywater由数据分析得，200rag·L．1NFH-IB+300mg·L．1NFH-ID对三元复合驱采出水的处理效果较好，污水处理后二沉出口处水中含油量和悬浮物含量均小于50mg·L一，达到了“双50’’指标，其中水中含油量平均为10．8mg·L-1，水中悬浮物含量平均为38．3rag·L．1。4．3．2．2碱浓度为164．4mg·Ld的采出水处理当三元复合驱采出水中碱的实际加入浓度为164．4mg·L．1时，絮凝配方300rag·L—PAFC+10mg·L．1阳PAM20对采出水的处理效果随取样时间的变化如表4-11和图4-6所示，两种絮凝剂均在一次沉降罐和二次沉降罐之间加入，顺序为先加无机絮凝剂PAFC后加有机絮凝剂阳PAM20，试验日期为8月18日。表4-11污水处理后水中含油量和悬浮物含量Table4-11Oilandsuspensioncontentsofoilywateraftertreatment57 第四章三元驱现场采出水絮凝试验研究l∞75_50’一h25气。booqJ7550250图4-6污水处理后水中含油量和悬浮物含量变化图Fi94-6Oilandsuspensioncontentsofoilywateraftertreatment由表4-11中数据得。污水处理后二沉出口处水中含油量平均为24．2rag·L．1，悬浮物含量平均为60．8mg·L-1，污水处理效果不能达到“双50”指标，为了进一步比较两种絮凝配方200rag·L．1NFH．IB(B剂)+300mg·L-1NFH．ID(A剂)和300mg·L-1PAFC+10mg·L．1阳PAM20对采出水的处理效果，下面将对同一种采出水进行两种絮凝配方的处理，比较结果如表4-12和图4_7所示。4．3．2．3碱浓度为400mg·Ld的采出水处理当采出水中碱浓度为400rag·L-1时，两种絮凝配方300rag·L～PAFC+10rag·L．1PAM和200rag·L-1NFH．IB+330mg·L-1NFH．ID对采出水的处理结果对比如表4-12所示，试验时间为8月19日。由表4-12中数据得，在2：00．10：00时间段内系统中投加絮凝剂配方300rag·L．1PAFC+10mg·L～PAM，污水处理后二沉出口处水中平均含油量为23．3rag·L．1，水中平均悬浮物含量平均为72．2mg·L．1；而在时间段12：00-18：00之间系统投加絮凝配方200rag·L．1NFH-IB+300mg·L．1NFH．ID，污水处理后二沉出口处水中平均含油量为9．grog·L-1，平均悬浮物含量为41mg·U1。由以上数据比较得，絮凝配方200mg·L．1NFH．IB+300mg·L．1NFH．ID的污水处理效果较好，含油量和悬浮物含量均能达到50mg·L．1以下，除油效果较为显著，因此在采出水中碱含量为600rag·L．1时将进一步验证絮凝配方200rag·L-1NFH．IB+300mg·L．1NFH．ID的污水处理效果。 中国石油大学(华东)硕士学位论文表4-12污水处理后水中含油量和悬浮物含量Table4-12OilandsuspensioncontentsofoilywateraRertreatment多|：J图4．7不同絮凝剂配方对污水处理的影响Fi94-7Effectofdifferentfloceulantsonwastewatertreatment4．3．2．4碱浓度为600mg·Ld的采出水处理当三元复合驱采出水中碱浓度为600rag·L．1时，絮凝配方200rag·L—NFH．m+300mg·L．1NFH．ID对采出水絮凝处理后的试验结果随取样时间的变化如表4-13和图4．8所示，试验时间为8月19日．8月20日。由表4-13中数据分析得，污水处理后二沉出口处水中含油量平均为10．1mg·L．1，水中悬浮物含量平均为19．6rag·L-1，污水处理已达“双30"指标，因此絮凝配方200rag·L。1NFH．IB+300mg·L．1NFH．ID对污水具有很好的水处理效果。59∞∞∞{己伯O加∞∞∞加如。 第四章三元驱现场采出水絮凝试验研究表4-13污水处理后水中含油量和悬浮物含量Table4-13Oilandsuspensioncontentsofoilywateraftertreatment604530150图4遗污水处理后水中含油量和悬浮物含量变化图Fi94-8Oilandsuspensioncontentsofoilywateraftertreatment4．3．3三元驱采出水絮凝．气浮试验通过加药泵加碱至井口来液，最终试验测得三元复合驱采出水中聚合物浓度为103．9mg·L．1，表面活性剂浓度为182．28mg·L．1，碱浓度为524．2rag·L．1，试验时间为8月21日．8月23日。该污水处理方案所用絮凝剂配方为200rag·L．1NFH．IB+300mg·L．1NFH—ID，加药顺序如前试验所示。试验调整三相分离器出口液量的大小，在一次沉降罐中增加气浮曝气工艺，并开展絮凝药剂的评价，试验调整情况如表4-14所示。60 中国石油大学(华东)硕士学位论文按照表4．14中的试验进程进行试验，改变进液量以及曝气量的大小对采出水处理的影响结果如表4-15所示。结合表4-14和表4-15分析得，当三相分离器进液量由1．2m3．h。1调高至2m3"h4时，一次沉降罐进13污水中含油量由493．3mg·L-1升高至3818．8rag·L～，悬浮物含量由227．7mg·L．1升高至858mg·L．1；当进液量调低至1．6m3．h‘1后，一次沉降罐进口污水含油量又降低至1022．9mg·L．1，悬浮物含量降低至241mg·L．1。说明三相分离器进液量大小对三相分离后污水中含油量和悬浮物含量有较大影响，当进液量较大时采出污水中含油量和悬浮物含量均增大，进一步说明采出液在三相分离器中的停留时间对脱出水的水质影响很大，停留时间越长，一次沉降罐进口水中的含油量和悬浮物含量越低。当一次沉降罐的进液量为1．2m3．h以时，在没有增加气浮工艺时系统除油率为61．9％，悬浮物含量去除率为77．8％；同样进液量情况下，增加气浮工艺其曝气量为4m3"h以时系统除油率为82．6％，悬浮物去除率为86．5％。由以上数据分析得，气浮工艺的增加加大了污水系统的除油和悬浮物去除效果，有利于污水处理的进行，含油量和悬浮物含量的有效降低减轻了絮凝沉降罐中污水处理的负担，在絮凝处理的情况下更有效的达到污水处理的标准。表4-15进液量以及曝气量对污水处理的影响Table4-15EffectofHquidfeedandaerationrateonwastewatertreatment61 第四章三元驱现场采出水絮凝试验研究4．4小结(1)现场空白试验表明，絮凝配方200rag·L-1PAFC+10mg·L．1阳离子PAM20和200rag·L．1NFH．IB+300mg·L～NFH．ID具有很好的污水处理效果，其中絮凝配方200rag·L—NFH．IB+300mg·L．1NFH．ID污水处理后水中含油量和悬浮物含量能达到“双30”标准。(2)三元复合驱采出水絮凝试验表明，在不同的污水处理系统中200rag·L-1NFH．IB+300mg·L．1NFH．ID的污水处理效果最好，对不同碱浓度的采出水，污水处理后水中含油量和悬浮物含量均能达到“双30"标准。(3)三元复合驱气浮试验表明，当三相分离器进液量增大时，一次沉降罐进口污水中含油量和悬浮物含量随之增大；一次沉降罐中气浮工艺的增加有利于污水中油和悬浮物的去除，提高了污水处理效果。 中国石油大学(华东)硕士学位论文结论(1)--元复合驱采出水的主要物理特性为：现场采出水中的乳化油主要以10—301am的O／W乳状液形式存在；污水的粘度为1．牝．8mPa．s’属于牛顿流体；污水的pH值变化范围为9．18—9．94，为弱碱性；污水的电导率为1．28--2．59I．ts·cm～。(2)三元复合驱采出水的稳定性主要受水中聚合物、表面活性剂、碱含量的影响，随着聚合物浓度的增大，油水界面‘电位增大，污水粘度增大；随着表面活性剂浓度的增大，油水界面张力降低，‘电位增大，油滴粒径变小；随着碱浓度的增大界面张力降低，污水粘度略有降低。因此驱油剂的存在均增大了污水处理难度。(3)室内筛选出适合河南油田三元复合驱采出污水处理的最佳絮凝剂配方为：1000rag。L．1PAFC+IOmg·L．1PAM20,1200rag·L—NFH—ID(A剂)+20rag‘L．1NFH—IB(B剂)；1000rag·L-1F_I(1)。(4)静置沉降法处理模拟采出水的最佳沉降时间为12h，且随着初始含油量的增大、初始油滴粒径的减小、初始悬浮物含量的增大，污水处理难度均增大；离心分离法处理模拟采出水的最佳离心时间为20rain，最佳转速为3000r·min"1，除油率为95．8％。(5)絮凝．气浮法处理模拟采出水的最佳曝气时间为60rain，最佳曝气量为2m3-h一；气浮时所加气浮剂FY-I(1)的最佳投加量为300rag·r1，除油率为95．44％。(6)现场絮凝试验验证，絮凝配方200rag·L～NFH．IB+300mg·L～NFH—ID的污水处理效果最好，对不同水质的采出水，污水处理后水中含油量和悬浮物含量均能达到“双30”标准。现场气浮试验得，沉降罐进口污水中的含油量随三相分离器进液量增大而增大，一次沉降罐中气浮工艺的增加有利于油和悬浮物的去除，提高了污水处理效果。 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中国石油大学(华东)硕士学位论文致谢光阴荏苒，三年的研究生生活已经接近尾声，经过一年时间的磨砺，硕士论文终于完稿，回想这段时间来查阅、整理、思索、修改直至最终完成的过程，我得到了许多的关怀和帮助，现向他们表达我最真挚的谢意。首先，我要感谢我最敬爱的导师一康万利教授。康老师为人谦和，平易近人。无论是在论文选题、资料查阅、开题、实验还是论文撰写，每一个环节都凝聚着康老师的心血和智慧。三年来，康老师的谆谆教诲、严格要求，使我在专业知识的学习以及科研能力方面都有了很大程度的提高。康老师不仅在学业上给予我精心指导，而且在其它方面也给予了悉心照顾，借此论文完成之际，向康老师致以最崇高的敬意和最衷心的感谢!其次，我要感谢范海明老师、孟令伟师姐、徐斌师兄、刘述忍师兄等的帮助。谢谢他们在生活上和学习上对我的指导与帮助，他们以极大的热情，帮我完成了论文资料的收集与整理。还要感谢与我一路走过的同门：李嫒、刘延丽、张凯波、曹冬青，谢谢他们给了我人生阶段又一段真挚的友谊!感谢实验室各位师弟师妹，谢谢他们在论文的完成过程中，对实验工作给予的极大支持和帮助!再次，我要感谢我的家人，感谢他们对我学习的鼓励和生活的大力支持!最后，我要感谢参与我论文评审和答辩的各位老师。他们给了我几年来审视学习成果的机会，让我明白今后的发展方向，他们对我的帮助是一笔无价的财富，我将在今后的工作学习中加倍努力，以期能够取得更多的成果回报他们、回报社会。再次感谢他们，祝他们一生幸福安康。'