污水处理研究生毕业答辩

胜利油田聚合物驱采油污水处理技术研究

一、课题背景二、研究现状三、研究的主要内容四、实验内容五、结论目录一、课题背景一、课题背景1、聚合物驱油技术在各大主力油田广泛使用胜利油田的孤岛、孤东、胜沱等区块含聚合物污水产量大。2、污水中含有聚合物，使得污水中原油乳化严重，油珠粒径小，难聚并，且污水粘度大，油珠上浮阻力大，污水稳定；3、普通水驱污水处理药剂对含聚污水的处理效果不明显，且药剂投加量大。二、研究现状二、研究现状2.1污水处理工艺技术（1）重力除油技术重力除油技术是利用污水中的油珠、固体颗粒以及油的不相容性和密度差，依靠重力作用实现油、油和固体颗粒的分离。二、研究现状（2）水力旋流技术主要利用了离心分离的原理。将污水加压，进入旋流器后作加速螺旋流动，密度大的水相沿器壁向旋流器底部作旋流运动，油相向旋流器顶部运动，最后实现油水分离。二、研究现状（3）气浮技术向污水中通入空气，形成水-气-粒三相混合体系，气泡在上浮过程中，与油珠、固体颗粒相接触，油珠和固体颗粒会黏附在气泡表面，随气泡的析出而使油珠和颗粒物浮出水面，实现油水两相的分离。

二、研究现状2.2污水处理药剂（1）无机絮凝剂净水机理：主要是通过中和油珠上的负电荷而起作用的。分类：①无机低分子絮凝剂：氯化铝，硫酸铁等；②无机高分子絮凝剂：聚合氯化铝，聚合磷酸铝等。二、研究现状（2）有机絮凝剂净水机理：①中和油珠上的负电荷；②桥接油珠，使小油珠聚集在一起分类：阳离子型有机絮凝剂、阴离子型有机絮凝剂、非离子型有机絮凝剂二、研究现状（3）表面活性剂原理：吸附到油珠表面，将原来界面膜破坏掉，形成新的不牢固的吸附膜

分类：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂二、研究现状（4）复合型药剂净水机理：将各种类型絮凝剂的优点相结合而弥补单一一类絮凝剂时的缺点分类：①无机-有机复合絮凝剂②表面活性剂-有机絮凝剂复合药剂

三、研究的主要内容三、研究的主要内容确定保留和降解聚合物的标准含聚污水确定聚合物稳定作用机理组成与特性分析岩心驱替试验油藏数值模拟污水再利用降解HPAM的合格污水保留HPAM的合格污水药剂筛选复配药剂筛选复配三、研究的主要内容3.1聚合物驱残油污水的稳定性机理研究（1）根据油田现场的聚合物驱油污水的水质情况，配制模拟盐水、模拟含聚合物污水；（2）测定污水中含油量、污水表面张力、电导率、污水粘度、油珠Zeta电位值以及油珠粒径中值等污水多种性质的变化来研究聚合物对采油污水的稳定性影响及稳定机理；三、研究的主要内容（3）研究表面活性剂、污水矿化度、采出液初始含油量、固体悬浮物颗粒含量以及污水pH值与聚合物共存时，污水的稳定性变化及机理；（4）考察污水温度和沉降时间对污水稳定性的影响。

三、研究的主要内容3.2残余聚合物重复利用价值的探讨（1）研究聚合物驱油的机理，并通过模拟岩芯驱油试验研究聚合物浓度和分子量对聚合物残余阻力系数的影响；（2）通过油藏数值模拟方法分析聚合物溶液残余阻力系数对原油采收率的影响；三、研究的主要内容（3）通过对污水中残余聚合物利用价值的探讨，确定残余聚合物重复利用的标准条件；（4）通过含聚和物污水的驱油试验验证残余聚合物重复利用的标准条件，检验含聚合物污水及含聚合物污水再配制聚驱溶液的驱油效果。三、研究的主要内容3.3聚合物驱采油污水处理药剂的研究（1）聚合物降解药剂体系的研究①通过在有机物药剂体系、氧化还原药剂体系、过氧化还原药剂体系以及复配药剂体系四种药剂体系中的筛选和复配，配制出降解聚合物药剂体系的聚合物降解剂；②通过在无机低分子絮凝剂以及无机高分子絮凝剂之间进行筛选和复配，研制降解聚合物药剂体系的絮凝剂；三、研究的主要内容（2）聚合物保留药剂体系的研究通过对有机高分子絮凝剂、表面活性剂以及助凝剂的复配合筛选，研究保留聚合物的药剂体系；通过在油田现场的试验，验证两种药剂体系对含聚合物污水的处理效果。

四、实验过程四、实验过程4.1聚合物驱采油污水的稳定性研究4.1.1聚合物因素（1）聚合物对污水含油量的影响图4-1聚合物浓度对污水透光率和哟含量的影响四、实验过程

从图4-1可以看出，聚合物的浓度对污水的含油量影响比较大，随着聚合物浓度的不断增大，污水的透光率不断下降，含油量也不断越多，处理难度加大。

四、实验过程（2）表面活性剂图4-2聚合物浓度对污水表面张力的影响四、实验过程从图4-2可知，当污水中聚合物浓度的不断增加时，污水的表面张力逐渐减小，但总体而言，污水的表面张力下降幅度不大。当聚合物浓度从0增加到1000mg/L时，污水的表面张力从69.43mN/m下降为63.65mN/m，下降的幅度比较小，8.3%，由此可以说明，聚合物浓度对污水的表面张力影响程度不大。四、实验过程（3）电导率图4-3聚合物浓度对污水电导率的影响四、实验过程由图4-3知，污水的电导率受聚合物浓度的影响比较大，随着聚合物浓度的增加，污水电导率几乎呈直线下降，下降幅度比较大。当聚合物的浓度从0增加到1000mg/L时，电导率从7890μs/cm下降到5170μs/cm，电导率下降了34.5%。由此可见，聚合物浓度增加对污水电导率的影响很大。

四、实验过程（4）粘度图3-4聚合物浓度对污水粘度的影响四、实验过程当聚合物浓度从0增加到600mg/L时，污水粘度从0.7131mPa.s增加到5.3125mPa.s，也就是说，聚合物浓度增加6.4倍，当聚合物浓度继续增加时，污水粘度还可以大幅度增加，聚合物浓度达到1200mg/L时，污水粘度增加高达14.5101mPa.s，增加到了19.3倍，由此说明，聚合物浓度对污水粘度影响很大。

四、实验过程（5）Zeta电位值图4-5聚合物浓度对水中油珠Zeta电位的影响四、实验内容由图4-5可知，随着聚合物浓度的不断增加，油珠的Zeta电位不断变的更负。当聚合物的浓度由0增加到600mg/L时，油珠的Zeta电位由-28.95mV下降到-36.53mV，下降幅度达到26.2%。聚合物浓度继续增加，Zeta电位下降开始变得缓慢，当聚合物浓度达到1000mg/L时，油珠的Zeta电位下降到-37.10mV。四、实验内容（6）粒径中值图4-6聚合物浓度对油珠粒径中值的影响四、实验内容由图4-6可知，随着聚合物浓度的不断增大，水中油珠粒径中值会变得越来越小，当聚合物浓度从0增加到600mg/L时，油珠粒径中值从36.64um下降到了4.81um，下降幅度高达86.9%，当聚合物浓度继续增加时，油珠粒径中值下降趋势变得缓慢。油珠粒径越小，则越难通过重力沉降得到有效去除。由此可见，油珠粒径中值受聚合物浓度的影响很大。四、实验内容（7）聚合物对污水的稳定机理①增大污水粘度，减小油珠上浮速率，降低油珠之间的有效碰撞；②残余原油乳化严重，有珠粒径减小，分布均匀；③聚合物吸附在油水界面上，使油珠表面带有负电荷，增大静电排斥力。四、实验内容4.1.2矿化度（1）一价阳离子图4-7氯化钠浓度对污水透光率含油量的影响四、实验内容由3-7可知，NaCl浓度对污水透光率和含油量的影响比较大。随着其浓度升高，污水的透光率逐渐升高，含油量逐渐降低，当氯化钠浓度低于6000mg/L时，污水的透光率从23.7%上升到56.0%，含油量从1011mg/L下降到381mg/L，下降幅度达到62.3%；但是当污水中氯化钠浓度超过6000mg/L时，虽然透光率在逐渐上升，含油量在整体上也呈下降趋势，但二者的变化幅度明显减小。

四、实验内容（2）二价阳离子图4-8氯化镁浓度对污水透光率含油量的影响四、实验内容由图4-8中可知，氯化镁的浓度对污水透光率和含油量的影响比氯化钠还要大。当氯化镁的浓度小于400mg/L时，从23.7%升高到49.6%，污水含油量从1011mg/L下降到449mg/L，下降幅度达55.6%；但是当氯化镁浓度超过400mg/L时，透光率会继续上升，含油量也还会继续下降，但二者的的变化幅度趋于平缓。四、实验内容（3）作用机理①聚合物的盐敏效应；②金属离子可与聚合物生成皂类不溶性物质；四、实验内容4.1.3油水质量比图4-9采出液初始含油量对污水透光率含油量的影响四、实验内容从图4-9中看到，当原油量由2g增加到8g时，相对而言，污水透光率下降稍快，由23.95%下降到23.69%，下降幅度仅为1.09%，此时污水含油量随采出液初始含油量的增长速度也较快，由1003.1mg/L上升到1010.8mg/L；但当初始含油量超过8g时，污水透光率和油含量变化幅度很小，几乎不再发生变化。四、实验内容4.1.4悬浮固体颗粒图3-10固体颗粒对污水透光率含油量的影响四、实验内容当污水中高岭土的含量从0增加到100mg/L时，污水的透光率从23.67%下降到23.49%，下降幅度仅为0.18%，含油量也只从1011mg/L上升到1017mg/L，上升幅度只有0.59%，随着污水中高岭土含量的增长，污水透光率和含油量只有很小的变化，由此可见，悬浮固体颗粒对增加油水混合物稳定性的影响是比较弱的。四、实验内容4.1.5pH图4-11pH值对污水透光率含油量的影响四、实验内容当污水的pH值不断增大时，污水透光率不断降低，含油量不断升高。污水的pH值从4增加到9时，污水的透光率下降速度比较快，下降幅度也比较大，从28.2%下降到了20.9%，下降幅度达7.3%，污水含油量增长速度也很快，从897mg/L增加到了1095mg/L，增长了22.1%。

四、实验内容4.1.6表面活性剂图4-12石油磺酸盐浓度对污水透光率含油量的影响四、实验内容表面活性剂浓度小于80mg/L时，污水的透光率和含油量变化速率都很快，当表面活性剂浓度增加到100mg/L时，污水透光率从23.7%下降到8.9%，降幅达到62.4%，含油量从1011mg/L上升到1740mg/L，增长幅度达到72.1%，由此可知，表面活性剂对含聚合物污水的透光率和含油量影响比较大。

四、实验内容4.1.7温度图4-13温度对污水透光率油含量的影响四、实验内容当温度低于70℃时，污水的透光率随着温度的升高而不断降低，含油量随着温度的升高而不断增加，当温度升高到70℃时，污水的透光率从40.0%下降到最低值21.8%，降低幅度达到45.5%，此时污水含油量从643mg/L升高到最大值1068mg/L，增长幅度达66.1%，当继续升高温度，超过70℃时，污水透光率开始转为上升，含油量也开始呈现下降趋势。四、实验内容4.1.8沉降时间图4-14沉降时间对污水透光率含油量的影响四、实验内容当沉降时间小于2h时，污水的透光率上升速率很快，从16.7%快速升高到23.7%，上升幅度达41.9%，含油量从1256mg/L下降到1011mg/L，下降幅度达到19.5%。随着时间的不断延长，污水透光率、含油量变化幅度逐渐减缓，如图中沉降时间超过6h时，污水透光率和含油量几乎不再变化，趋于恒定。

四、实验内容4.2残余聚合物利用价值的探讨4.2.1岩芯驱油试验1—平流泵，2—中间容器，3—六通阀，4—精密压力表，5—填砂管，6—量筒图4-15驱油试验装置图四、实验内容(1)聚合物分子量对残余阻力系数的影响浓度/mg/L分子量/104孔隙度/%渗透率/µm2阻力系数RF残余阻力系数RRF300440.136.601.8161.571.14473.836.601.8161.591.28794.636.601.8163.341.731075.136.601.81621.873.772131.736.601.81643.746.56表4-1部分水解聚丙烯酰胺分子量对阻力系数和残余阻力系数的影响四、实验内容从表4-1中数据我们可以看到，当溶液中部分水解聚丙烯酰胺浓度恒定不变时，不断加大部分水解聚丙烯酰胺的分子量，则溶液的残余阻力系数RRF以及阻力系数RF都会不断变大，并且增加的速率都比较快，由此可以说明，即使聚合物溶液的浓度比较低，浓度为200mg/L，但是只要聚合物的分子量比较大，那么溶液的残余阻力系数RRF以及阻力系数RF的数值依然会很大。四、实验内容(2)聚合物浓度对残余阻力系数的影响分子量/104浓度/mg/L孔隙度/%渗透率/µm2阻力系数RF残余阻力系数RRF438.110036.581.8161.251.1130036.921.8161.561.1360036.551.8161.891.1480036.551.8612.011.16100036.961.9352.171.17表4-2聚合物浓度对阻力系数和残余阻力系数的影响四、实验内容当溶液中部分水解聚丙烯酰胺分子量恒定不变时，不断增大部分水解聚丙烯酰胺溶液的浓度，那么溶液的残余阻力系数RRF和阻力系数RF均会逐渐变大，但增长的速率比较缓慢，由此可知，当溶液中部分水解聚丙烯酰胺分子量较小时，虽然溶液浓度有比较大范围的改变，浓度从100mg/L上升到1000mg/L，但是溶液的残余阻力系数RRF以及阻力系数RF仍然没有出现较大范围的波动，只是发生了较小的增长。四、实验内容通过对表4-1和表4-2的分析，通过数据拟合，得到聚合物浓度、分子量以及残余阻力系数三者之间的关系式：式中，RRF——残余阻力系数；C——聚合物浓度，mg/L；M——聚合物分子量，104。式4-1四、实验内容4.2.2残余阻力系数对驱油效果的影响用油藏数值模拟软件Eclipse模拟聚合物驱油的方法,得到了残余阻力系数RRF对采收率FOE的影响程度残余阻力系数采收率/%采收率提高值/%1.030.801.233.72.91.533.93.12.034.23.42.534.53.73.034.84.0表4-3残余阻力系数对采收率的影响四、实验内容由表4-3可知，随着聚合物溶液的残余阻力系数不断增大，采收率不断增大，采收率提高值也会逐渐增大。当残余阻力系数大于1.5时，聚合物驱也能比单纯水驱采收率提高3%以上。由此可以说明，，如果聚合物驱采油污水达到一定的残余阻力系数，在污水处理过程中若能够保留其中的残余聚合物，通过回注地层，仍然具有很好的驱油效果。四、实验内容通过数据拟合,得到残余阻力系数与采收率提高值之间的关系式:式中，△ER－采收率提高值；RRF－残余阻力系数。式4-2四、实验内容4.2.3聚合物再利用条件的确定由式4-1、式4-2得：式中，△ER——采收率提高值；C——聚合物浓度，mg/L；M——聚合物分子量，104。四、实验内容（1）残余聚合物浓度对采收率提高值的影响采收率提高值/%3聚合物浓度/mg/L100200300400500600聚合物分子量/104516509503496490484表4-4残余聚合物浓度变化时分子量的分析四、实验内容由表4-4可知，当污水中残余聚合物的浓度不断增加时，采收率提高值要达到3%所需要的分子量会不断降低。当残余聚合物的分子量大于500万时，在残余聚合物浓度较低（100~300mg/L）时，其采收率提高值也能够达到3%，残余聚合物仍然具有重复利用的价值。四、实验内容（2）残余聚合物分子量对采收率提高值的影响采收率提高值/%3聚合物分子量/104100200300400500520聚合物浓度/mg/L664050683495192235035表4-5残余聚合物分子量变化时浓度的分析四、实验内容由表4-5可知，当残余聚合物的分子量不断增加时，采收率提高值要达到3%所需要的残余聚合物浓度会不断降低。当残余聚合物的分子量较小时，要使采收率提高值达到3%，残余聚合物的浓度需要达到2000mg/L以上，但是实际油田聚合物驱采油污水中的残余聚合物根本不会达到如此高的浓度；而当残余聚合物的分子量达到500万以上时，即使其浓度低于350mg/L，仍然可以达到采收率提高值为3%的要求。由此可见，只有残余聚合物的分子量达到一定的数量要求，才会具有一定的利用价值。四、实验内容（3）残余聚合物重复利用标准的确定若污水中残余聚合物的分子量大于500万，则采用保留污水中的残余聚合物的处理方式；若污水中残余聚合物的分子量小于500万，则采用降解污水中的残余聚合物的处理方式。四、实验内容4.2.4含聚合物污水驱油试验方案编号污水残聚分子量/104聚合物分子量/104采收率/%采收率提高值/%10043.3802196.11.81645.752.373698.51.81650.913.5340200055.1711.795196.1200055.2911.916698.5200056.6513.27表4-6不同驱替液对采收率的影响四、实验内容由表4-6可知，当聚合物驱采油污水中残余聚合物的分子量超过500万时，如果经保留污水中残余聚合物的处理方式处理后，直接回注地层驱油和经配注聚合物溶液后驱油，都可以比较大的提高原油采收率，具有较好的重复利用价值。四、实验内容4.3含聚污水处理药剂的研制4.3.1降解聚合物药剂体系（1）聚合物降解剂①有机物体系②氧化还原体系③过氧化物体系④复配方案标号不同体系的复配加量/mg/L降粘率/%1HQ（75mg/L）+K2S2O8（100mg/L）+FeSO4（75mg/L）98.722HQ（75mg/L）+FeCl3（250mg/L）+FeSO4（45mg/L）98.513K2S2O8（100mg/L）+FeCl3（250mg/L）+Na2SO3（45mg/L）98.934HQ（50mg/L）+K2S2O8（50mg/L）+FeSO4（37.5mg/L）97.675HQ（50mg/L）+FeCl3（125mg/L）+Na2SO3（22.5mg/L）97.366K2S2O8（50mg/L）+FeCl3（125mg/L）+Na2SO3（22.5mg/L）98.217HQ（30mg/L）+K2S2O8（40mg/L）+FeSO4（30mg/L）97.648HQ（30mg/L）+FeCl3（100mg/L）+Na2SO3（18mg/L）97.469FeCl3（100mg/L）+Na2SO3（18mg/L）+K2S2O8（40mg/L）97.9210HQ（20mg/L）+K2S2O8（20mg/L）+FeSO4（15mg/L）93.2211HQ（20mg/L）+FeCl3（50mg/L）+Na2SO3（9mg/L）92.3912FeCl3（50mg/L）+Na2SO3（9mg/L）+K2S2O8（20mg/L）93.06表4-7降粘率随不同降解剂复配加量变化四、实验内容综合污水降粘效果、药剂投加量及成本的问题，最终确定选择复配体系：HQ：K2S2O8：FeSO4=3：4：3

四、实验内容（2）降解聚合物药剂体系絮凝剂的筛选四、实验内容编号复配方案浓度/mg/L透光率/%吸光度除油率/%0：0040.50.393011011：220091.80.03715790.540097.20.01233696.921：120092.50.03385991.440098.00.00877497.832：120090.40.04383288.840095.70.01908895.1表4-8絮凝剂复配方案及试验结果四、实验内容考虑污水除油率、透光率、药剂用量及成本问题，最终确定选择复配体系：聚合氯化铝铁：改性聚合氯化铝=1：1。四、实验内容(3)絮凝剂与降解剂的复配方案编号絮凝剂浓度/mg/L降解剂浓度/mg/L透光率/%吸光度除油率/%污水粘度/mPa﹒s0023.40.631103.2611001078.10.107383.11.9621002078.40.105783.31.1331003078.80.103583.61.0442001080.20.095884.81.9352002094.60.024196.21.0962003094.90.022796.41.0173001082.30.084686.61.9183002094.80.023296.31.0793003098.70.005799.11.00表4-9降解残余聚合物污水处理药剂体系性能评价四、实验内容通过表4-9中数据，对各种复配方案的污水透光率、除油率及药剂投加量进行分析，最终确定降解聚合物药剂体系的配方为：聚合氯化铝铁：改性聚合氯化铝：对苯二酚：过硫酸钾：硫酸亚铁=50：50：3：4：3四、实验内容4.3.2保留聚合物药剂体系该药剂体系包括：主剂：有机高分子絮凝剂+表面活性剂助剂：助凝剂有机高分子絮凝剂：MT-1、MT-5、XN-2表面活性剂：HPW-2、BJ-A2、TSG203A

助凝剂：SR-1，SR-4四、实验内容（1）主剂：有机高分子絮凝剂+表面活性剂①HPW-2与3种有机高分子絮凝剂复配四、实验内容②BJ-A2与絮凝剂的复配四、实验内容③TSG203A与絮凝剂的复配四、实验内容（4）有机絮凝剂与表面活性剂复配体系的确定方案编号复配方案药剂浓度/mg/L透光率/%降粘率/%1MT-1：HPW-2=3：25062.53.02MT-1：BJ-A2=3：25064.16.53MT-5：TSG203A=2：16078.73.4表4-10有机絮凝剂与表面活性剂复配方案四、实验内容（2）主剂与助凝剂的复配筛选①SR-1与主剂复配四、实验内容②SR-4与主剂复配四、实验内容（3）保留聚合物药剂体系复配分析助凝剂方案编号助凝剂浓度/mg/L污水透光率/%污水粘度/mPa﹒sSR-112580.51.324323084.31.274032094.61.3069SR-413084.11.314023580.31.276033591.31.3042表4-11主剂与助剂复配方案及试验结果汇总表四、实验内容由表4-11可知，助凝剂SR-1的效果要好一些，污水的透光率和粘度都要比SR-4大，而且药剂用量也相对较少。在助凝剂为SR-1的三组实验中，方案3所需要的SR-1浓度最低，处理后污水透光率最高，而且粘度下降率也不高，说明方案3与助凝剂SR-1复配后，不但污水处理效果好，而且污水保粘率也高，所以保留聚合物药剂体系的复配方案确定为方案为主剂，SR-1为助剂，且主剂：助剂=3：1，即MT-5：TSG203A：SR-1=2：1：1。四、实验内容4.3.3含聚合物污水处理剂的现场应用（1）降解聚合物药剂体系四、实验内容药剂浓度/mg/L污水透光率/%含油量/mg/L除油率/%污水粘度/mPa﹒s降粘率/%022.71040.901.527301037697.932.91.38919.02050.4481.053.81.290915.53061.9336.767.71.191122.04072.7223.878.51.113727.15081.1147.085.91.051431.26088.288.191.51.017333.47092.257.094.50.995334.88093.844.995.70.986635.49094.738.296.30.983135.610094.936.796.80.980835.8表4-12降解聚合物药剂体系现场试验结果四、实验内容（2）保留聚合物药剂体系四、实验内容药剂浓度/mg/L污水透光率/%含油量/mg/L除油率/%污水粘度/mPa﹒s降粘率/%027.6903.702.011301032.