油田污水对聚合物粘度的影响及控制方法

增刊化学CHEMICAL工业INDU8TRY·135·油田污水对聚合物粘度的影响及控制方法曹宗仑张英雄(中国石油化工集团有限公司北京化工研究院环保所，北京100013)摘要：油田采出水同用配聚对油田合理利用水资源，减少环境污染和水资源消耗具有季要意义。但油田采出水配制聚合物往往会使聚合物溶液粘度降低，本文总结了国内对油田采出水对聚合物溶液粘度的影响因素及其消除方法的相关研究，并影响因素消除方法的研究提出了建议。关键词：聚合物驱；污水配聚；粘度以聚合物驱油技术为主导的化学驱是我国油田三次采油的主导方式，为我国东部油田持续稳产做出了重要贡献。但与常规油田采出水相比，聚驱采出水乳化程度更高，悬浮杂质、污油含量也更高，大量聚驱采出水的处理方法与出路成为油田急需解决的问题，而配制聚合物溶液时又需要大量清水资源。若能回用油田采出水配聚，则在节省水资源、减少环境污染、提高效益方面都具有明显的意义。聚合物驱油是依靠注入水粘度的增加，降低油水流度比，扩大波及程度，从而提高微观驱油效率。但污水配制的聚合物溶液粘度往往比清水配制的聚合物溶液粘度低的多，因此找出污水中影响聚合物溶液粘度的影响因素、开发配套处理技术是污水配聚技术的核心问题。本文就国内对油田采出水对聚合物溶液粘度的影响因素及其消除方法的相关研究进行了总结。1油田采出水对聚合物溶液粘度的影响因素自开展污水配聚研究以来，多位研究者探讨了污水中各种成分对聚合物溶液粘度的影响。总体来看，研究者提到的采油污水中影响聚合物溶液粘度的水质因素大致有以下几点：矿化度、FC+、S2一等还原性杂质、溶解氧、包括硫酸盐还原菌在内的各种细菌以及体系PH。1．1矿化度矿化度是影响聚合物溶液粘度的主要因素，这已成为相关研究者的共识，已有多位研究者开展相关研究着力降低油田采出水的矿化度fl—I。康万利141等详细研究了各种阴阳离子对聚合物溶液粘度的影响及其机理。研究发现阴离子对聚合物溶液粘度大小没有影响，起主要作用的是各种阳离子，阳离子浓度和离子半径影响双电层的厚度，而双电层厚度的改变会影响HPAM分子带电程度和卷曲程度，进而影响HPAM溶液的粘度。HPAM溶液粘度主要取决于阳离子浓度、阳离子电荷数和离子半径，按对HPAM溶液粘度影响从大NIJ,的顺序依次为Mg”、Ca2+、Na+。除此这外，李道山【5认为M92+、Ca2+还能与聚合物分子中酰胺基水解生成的羧基相互作用，使聚合物发生部分沉淀，异致聚合物溶液粘度下降。综合各种作用，他认为多价离子引起聚合物溶液粘度损失的大小顺序依次为：Fe2+>Fe3+>S2一>Ca2+>Mg“。1．2溶解氧部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)氧化降解是造成粘度损失的一个主要原因，其反应属于自由基反应，通常情况下是聚合物分子链薄弱部位的键断裂所致，自由基反应历程可用下面反应表示16；卜H(聚合物分子)_旧，一P·+HOO·(1)其中P·为含有自由基的聚合物链。如果溶液中存在痕量过渡金属离子(如铁离子)，高分子自由基P·会迅速与氧反应，生成如下的过氧化物自由基：P．+Oz--．POO·(2)这些过氧化物自由基引起如下的链增长反应，并生成高分子氢过氧化物POOH：Poo斗P—H—R的H+P·(3)产生的高分子氢过氧化物可分解产生更多的自由基。上述系列反应可一直进行到氧被完全消耗为作者简介：曹宗仑，北京化工研究院环保所·l36·化学CHEMICAL工业INDU8TRY增刊止。化学性非常活泼的自由基的反应可导致聚合物骨架断裂，使聚合物溶液粘度大幅度降低。朱麟勇、常志英掣7J等研究温度对聚合物氧化降解的影响时发现：温度升高，聚丙烯酰胺降解速度加快；空气条件下，水溶液中的溶解氧已足够使HPAM发生大量氧化降解。而油田采出水温度往往高达50C以下，甚至可达70C左右，地层温度更高，所以溶解氧对聚丙酰胺的降解是一个不可忽视的因素。然而事实上也有多篇文献报导[s-iOl，油田污水经曝氧处理后所配制的聚合物溶液粘度要比新鲜污水配制的高，而且差异明显。杨怀军、罗平亚等引就发现聚合物AT一420在新鲜污水中的增粘能力远远低于在曝气污水中的增粘能力，在其浓度为4000mg／L时，由充分曝气的污水制取溶液，其粘度高达新鲜污水所配制溶液的6倍左右。这与溶解氧降解聚丙烯酰胺的结论似乎存在矛盾。实际上出现这种现象的原因是：一方面油田采出水成分复杂，除溶解氧以外，还有其它多种因素可导致聚合物溶液粘度降低，而溶解氧可以消除其中部分因素的影响；其次溶解氧降解聚丙烯酰胺是一个自由基反应过程，自由基反应的快速发生需要适当的物质引发，所以溶解氧对聚丙烯酰胺的降解还需要依赖于溶液中引发自由基反应物质的存在，如不存在引发自由基反应的物质，即使溶解氧浓度较高，聚丙烯酰胺的降解速度也较低。1．3还原性杂质还原性杂质对聚合物溶液粘度的影响，归根结