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我国的石油开采历史,按先后顺序可以分为一次采油、二次采油和三次采油三个阶段。其中注水采油是油田开采初期提高原油采收率的重要方式,但注水采油必然带来含油污水的处理问题。目前我国多数早期开发的油田都已进入中高含水期,对注入水的质量要求也越来越高,因而如何有效的处理含油污水,以使其能够达到回注水的标准问题就显得愈来愈重要了。
聚合物驱就是向水中加入聚合物,通过提高水的波及系数来提高原油采收率的采油方式。它是一种较新的提高原油采收率的方法。自“九五”之后,在我国许多油田,各种聚合物驱油技术已经有着广泛的应用,聚合物驱油开采面积及产量不断增加,在保证我国油田原油稳产中发挥着不可替代的重要作用。但随着聚合物溶液的注入,使得采出水粘度增大,水中油滴及固体悬浮物的乳化稳定性增强,进而导致油、水分离和含油污水处理的难度加大;而且利用常规污水处理工艺处理含聚污水难以达到回注原地层的水质要求,所以需要用大量低矿化度的清水来配制聚合物驱溶液,从而也使原注水-污水系统平衡被破坏。因此,聚合物驱采油污水的处理已经成为油田含油污水处理的重要课题之一。本文以回注为目标,通过开展含聚污水处理技术研究,解决聚合物污水的出路问题,为渤海油田聚台物驱油技术的推广应用提供技术上的保障。
本文针对渤海油田水质特点,筛选复配出一种采油污水处理剂配方,并着重从聚合物对含油污水处理的影响、处理工艺、净水药剂体系配方、净水机理等方面对聚合物污水的处理进行研究。
论文主要分为两部分:
(一)筛选复配出一种采油污水处理剂配方,并着重从聚合物对含油污水处理的影响、处理工艺、净水药剂体系配方等方面对聚合物污水的处理进行研究。
(1)聚合物对含油污水处理的影响
分别对高分子量PAM以及低分子量PAM对污水处理净化效果的影响做了研究,并分析了其机理。研究结果表明,随着PAM分子量的增加,界面电荷增强,导致采出水中小油珠稳定地存在于水体中,增加了污水中的油含量,污水中悬浮颗粒的(ζ)电位向负的方向增大,悬浮颗粒体系越稳定;对于同一分子量的PAM,悬浮物颗粒的(ζ)电位随着其浓度的增加,悬浮颗粒的稳定性也越强。
(2)讨论了污水的pH值、絮凝剂的加药量、反应温度、搅拌速度及搅拌时间对污水处理效果的影响,并得出了各种影响因素的最佳条件为:10%PAFC:0.2mL,口加药量为200mg/L;0.1%PAM(11-GY):0.2mL,即加药量为:2mg/L;搅拌速度为350r/min;搅拌时间为50S;
(3)讨论了该种药剂的净水工艺以及投加工艺,并预估了其净水成本;得出了在室内采用该加药配方处理污水的实际净化结果。
(二)通过采用量子化学中AM1和DFT方法对PAM分子进行了计算,从电荷分布、前线轨道和空间结构等方面对PAM分子进行了分析,并用于水处理过程的机理解释,得出如下结论:
(1)在采用更高精度的方法和基组计算后,所得到的三种优势构象中,C原子都是PAM分子的正电荷中心,且随着碳链的增长,长碳链方向的N电负性增强,O原子周围电荷密度下降,最大的正电性中心也向长碳链方向转移。C原子作为PAM分子中的正电荷中心,最有可能与负电性的悬浮物颗粒发生作用,使其表面电荷部分中和,降低stern层的电位,减小了悬浮物颗粒间紧密接近时的势垒,从而促进了固体微粒之间的絮凝。而带有多个负电性中心的O、N原子,在分子主链上的数个部位被固体微粒所吸附,起到吸附架桥和卷扫网捕作用,促进絮凝过程的进行。
(2)构象Ⅳ与构象Ⅰ、构象Ⅱ、构象Ⅲ的△EH-L相比,构象Ⅳ的△EH-L最大,其动力学稳定性相对较好。HOMO轨道主要集中在O(45)、C(36)、N(47)所形成的共轭大π键上,少部分分布于C(32)、C(37)周围,LUMO轨道主要集中在O(46)、C(44)、N(50)所形成的共价键上,少部分分布于C(40)、C(37)周围,证明这些原子是PAM分子中最有可能与污水中带电颗粒发生电中和以及吸附架桥作用的位点。