［摘要］油田聚合物驱采油污水（简称含聚污水）是一类比较特殊、复杂的污水，随着聚合物驱三次采油技术在我国东部油田的广泛应用，目前其已经成为油田污水处理的热点和难点问题。作者从油田含聚污水的主要特点出发，论述了含聚污水处理的常规方法与技术及其在国内外的发展现状，并提出了含聚污水在回注地层或者用于配制聚合物溶液注入地层中遇到的主要问题，最后对含聚污水的处理与利用的方法及技术进行了展望。

　　

　　随着油田开发的不断深入和三次采油技术的应用，原油的含水率逐渐上升，部分油田原油的综合含水率>90%。伴随着原油的采出也产生了大量聚合物驱采油污水（简称含聚污水）。与常规水驱污水相比，由于残余聚合物的存在，含聚污水黏度升高，水中油滴和固体悬浮物的乳化稳定性显著增强，使得油水分离和含油处理难度加大，用常规混凝—沉降—过滤工艺处理难以达到回注地层的水质标准〔1〕。因此，研究有效的含聚污水处理新方法与新技术，不断改善回注污水水质，使其能够回注地层或者继续用于配制聚合物溶液注入地层，避免污水外排造成巨大的环境污染，不仅具有良好的经济价值，而且具有显著的社会效益。

　　

　　1 油田含聚污水的主要特征

　　

　　由于采油方法、原油特性、地质条件的不同，油田采出水的水质各异，但都含原油、悬浮固体、盐类、微生物等成分。采油污水具有如下特点：水温较高、矿化度较高、含有大量的细菌，特别是SRB、TGB，残存有化学药剂和其他物质〔2〕。

　　

　　含聚污水不仅具有常规水驱采油污水的特点，而且由于残余聚合物的存在，还具有一些独特的性质。聚合物对含油污水处理的影响主要体现在：

　　

　　（1）采出水中含有聚合物，会使含油污水的黏度增加。45℃时水驱采出污水的黏度一般为0.6 mPa·s，而聚合物驱采出水的黏度随聚合物含量的增加而增加，一般为0.8 ~1.1 mPa·s。黏度的增加会增大水中胶体颗粒的稳定性，使污水处理所需的自然沉降时间增长。

　　

　　（2）采出水的油珠变小了。粒径测试发现含聚污水中油珠粒径<64 μm 的占90%以上，油珠粒径中值为3~5 μm。微观测试结果表明聚合物使油水界面水膜强度增大、界面电荷增强，导致采出水中小油珠稳定地存在于水体中，因而增加了处理难度，使处理后的污水中油含量较高。

　　

　　（3）阴离子型聚合物的存在严重干扰了絮凝剂的使用效果，不仅使絮凝作用变差，还增加了药剂的用量。同时，处理后的出水达不到原有水质标准，油含量、悬浮固体含量严重超标。

　　

　　（4）由于聚合物吸附性较强，使得污水中携带的泥沙量较多，大大缩短了反冲洗周期，增加了反冲洗的工作量。同时由于泥沙量增大要求处理各工艺环节排泥设施必须得当，必要时需增加污泥处理环节〔3〕。

　　

　　（5）由于聚合物的存在，含聚污水中易于形成更稳定的乳状液体系，其黏弹性使得油水界面膜强度增高，同样增大了采出液油水分离的难度〔4-5〕。

　　

　　2 油田含聚污水的主要处理方法

　　

　　2.1 物理法

　　

　　2.1.1重力分离技术

　　

　　重力分离法是利用油和水的密度差及油和水的不相溶性，在静止或流动状态下实现油珠、悬浮物与水分离的方法。重力除油的主要设备有横向流除油器、波纹板聚结油水分离器、聚集型油水分离器、立式除油罐和斜板式隔油池等〔6〕。该技术因其处理量大、运行费用低、管理方便而广泛应用于油田污水处理。缺点是占地面积大，对乳化油的处理效果不好，污水停留时间长〔7〕。由于油田含聚污水油水乳化严重，该技术很少单独使用。

　　

　　2.1.2水力旋流技术

　　

　　水力旋流技术自20 世纪80 年代后期开始作油田采出水除油设备以来，以其独有的质量轻、体积小、处理速度快等特点，被广泛应用于海上平台的水处理〔8〕。

　　

　　水力旋流器按照分离的介质类型可分为固－液、液－液、气－液、气－固型等，应用于含聚污水处理的为液－液型水力旋流器。液－液水力旋流器分离的基本原理与固－液水力旋流器相似，它是利用液体介质之间的密度差进行离心分离的，但液－液分离要比固－液分离困难得多。

　　

　　夏福军等〔9〕研究了利用水力旋流器简化含聚污水处理工艺的问题。其工业实验流程为：原水首先经水力旋流器进行油水分离，然后再进行两级压力过滤。含聚污水中聚合物的质量浓度为337～623 mg/L，黏度为0.971～ 2.340 mPa·s，油质量浓度为2 000 mg/L，温度为43 ℃。处理后水各项指标达到了中渗透层注水水质要求。水力旋流技术由于其高速流动的液体产生的湍流、剪切作用以及涡流的不稳定性造成其水处理精度不可能很高。对于水质情况复杂的含聚污水，水力旋流器的处理效果还需要深入研究。

　　

　　2.1.3聚结气浮技术

　　

　　为解决含聚污水处理药剂（反相破乳剂、混凝剂、絮凝剂等水质净化剂）成本高的问题，在强化原油脱水药剂和工艺的同时，形成了在不加药剂的情况下将填料聚结和加压溶气气浮相结合的聚结气浮除油技术〔10〕，去除含聚污水中的原油。污水经过亲油聚结填料时，材料表面的聚结性能使分散小油珠聚并，并借助气浮形成的微小气泡携带油珠上浮、分离。

　　

　　传统的自然沉降和混凝沉降处理含聚污水时效果差、处理成本高。聚结气浮除油技术在不投加化学药剂的情况下，利用特殊亲油材料表面的聚结特性使细小油珠聚并，借助气泡的浮升作用加快油水分离，其除油效果好，污油可有效回收，是含聚污水处理的首选技术。

　　

　　2.1.4加药气浮技术

　　

　　气浮法是将空气泡通入含有污染杂质的污水中，形成水－气－固三相混合体系，微小气泡成为载体黏附水中的污染物质形成气－固浮悬体浮出水面的过程。气浮效果好坏的关键因素在于絮凝剂和浮选剂的作用。

　　

　　唐善法等〔11〕研究表明，单一气浮技术对现场含聚污水除油效果较好，除油率高达81%，但去除污水中残余聚合物（HPAM）效果较差（除聚率<17%），有时甚至没有效果。向含聚污水中添加浮选剂（CJSG 系列）可明显提高气浮技术对污水中残余聚合物的去除率，最高可达74.6%，但其对气浮技术除油效果的影响与浮选剂的类别有关，其中只有CJSG-1 具有协同增效作用，可进一步提高气浮技术的除油效果。

　　

　　李玉善等〔12〕针对孤岛油田含聚污水的特点研制的高效除油剂HF-SL-1，经过一级除油气浮可去除含聚污水中90%以上的原油，原油经过回收油流程回到站内原油脱水系统。除油后的污水中聚合物、悬浮物含量较高，再加入针对该污水研制的脱稳絮凝剂HF-SL-2 进行二级絮凝气浮，实现了聚合物、悬浮物与污水的充分分离，聚合物去除率>94%、固体悬浮物去除率>90%，过滤后含聚污水的水质达到一级出水指标，其处理工艺流程如图1 所示。

　　

　　

　　图1 加药气浮处理含聚污水工艺流程

　　

　　2.2 化学法

　　

　　由于油田污水中含有固体悬浮物、原油，并有腐蚀、结垢和细菌繁殖等问题，因此需用相应的化学剂处理〔13〕。在油田污水处理中加入的药剂主要有絮凝剂和三防药剂（缓蚀、阻垢、杀菌剂）。

　　

　　2.2.1絮凝剂

　　

　　絮凝法是处理含油污水的重要方法之一，它可以在不改变现有工艺的基础上，通过添加絮凝剂加速油水分离。按照化学成分与组成，絮凝剂可分为无机、有机、复合、微生物絮凝剂4 大类。目前用常规絮凝剂处理含聚污水存在的主要问题是药剂用量太大，一般污水中含有400 ~ 500 mg/L 聚合物，则大约需要投加相同浓度的絮凝剂。

　　

　　李绍文等〔14〕针对大庆油田含聚污水筛选出有机絮凝剂PAM-1 与无机絮凝剂JO-1 复配使用，其除油、除浊率分别达到95.4%和82.7%，CODCr去除率也达到83.2%以上。邓述波等〔15〕通过筛选复配得到絮凝剂XN98，该絮凝剂由5 种成分组成，其中以无机絮凝剂为主，含有少量有机絮凝剂。该絮凝剂处理大庆油田含聚污水效果良好，絮凝剂投加质量浓度为50 mg/L 时处理后水质可以达到中高渗透层含聚污水处理指标，成本约为PAC 的1/3。赵书平等〔16〕研究了4 种无机絮凝剂AlCl3、PAC、FeCl3、PFS 对聚合物溶液的絮凝作用，通过对絮凝效果的分析比较发现，絮凝法可以有效地去除污水中的聚合物，且AlCl3效果最好，去除率可以达到90%。卢磊等〔17〕研究发现聚驱污水的油水分离特性与水驱污水相比存在显著差别，主要是因为聚合物阻碍了小油滴的絮凝碰撞，投加250 mg/L 由改性聚醚类破乳剂与弱阳离子絮凝剂复配而成的CHP-03，可以有效地克服聚合物的阻碍作用，获得92%的除油率。

　　

　　王增林等〔18〕以药剂的油水分离、破乳、絮凝和净水性能为目标，在配方设计中首先考虑了药剂与聚丙烯酰胺溶液的配伍性。筛选出的药剂是非离子改性聚醚类化合物，与阴离子聚丙烯酰胺具有良好的配伍性能，在水溶液中对聚丙烯酰胺分子的活性基团和分子结构无任何破坏性影响。与不加药剂的空白样品相比，在孤四联注聚合物区采出液中分别加入20 mg/L 的SCL 系列污水处理剂后，其配制的聚丙烯酰胺溶液在70 ℃条件下放置20 d 后仍未出现黏度损失现象，说明SCL系列污水处理剂与孤四注聚合物区采出液中的各种组分相互作用后对聚丙烯酰胺溶液的黏度无任何不良影响，二者具有良好的配伍性。

　　

　　秦普丰等〔19〕用自制的多功能药剂HSA 和HPB处理大庆油田含聚污水，具有较好的去除悬浮物和油类的作用，在投加药剂质量浓度为200 mg/L 时，去除率>99%；同时对CODCr的去除效果得到加强，HAS 的CODCr去除率将近80%；HPB 的CODCr去除率稍低，但也超过了70%。用原污水和用PAC 处理后的处理水配制HPAM 水溶液时，黏度损失大，最高达80%，而用HSA 或HPB 处理后的污水配制HPAM 水溶液，溶液的黏度降低很少，黏损基本都<10%，且处理后水与地层水具有良好的配伍性，水质清澈透明，未见悬浮物和沉淀物生成，钙镁离子浓度变化很小，水质保持稳定。

　　

　　2.2.2水质改性技术

　　

　　水质改性技术是通过离子调整的方法，去除水中的CO2和HCO3-，使水质由弱酸性调整为碱性〔20〕，并通过加入其他药剂来屏蔽金属离子，改变污水水质，能有效地抑制腐蚀和结垢，使得污水的油含量、总铁含量、SS、SRB 等主要技术指标达到回注标准，并且能够用于采油污水配制聚合物溶液后注入地层，是一种较新的水质处理技术。

　　

　　章冬生等〔21〕针对临南油田注入水的腐蚀、结垢及水质不达标给油田开发带来的一系列问题，结合临南油田污水特点，在分析油田腐蚀、结垢原因的基础上，通过向污水中加入一定比例的特制复合碱SH-3、助凝剂CH-2、混凝剂AN-4 等3 种药剂，改变了污水的酸碱度，破坏了其电解平衡，从而大大减轻其腐蚀和结垢倾向。

　　

　　纪云岭等〔22〕针对中原油田采用“除油—沉降—过滤”并加入杀菌剂、缓蚀剂、净水剂、阻垢剂的三段式水处理工艺，处理后水质不达标且不稳定，腐蚀性十分严重的问题，提出了调整水中离子、改变水性的水处理方法：将油田产出污水和清水（或其他污水）混合，加入pH 调节剂（石灰乳）和絮凝剂，经沉淀、过滤后加入水质稳定剂，得到水质合格并稳定的注入水。

　　

　　赵修太等〔23〕针对孤东油田采油污水配制聚合物出现的污水聚合物溶液初始黏度低和稳定性差的问题，开发了水质改性处理剂SC-1 和稳黏保黏剂JW-1。经过水质改性处理后，污水中影响聚合物溶液黏度的高价金属离子大部分被移除或者屏蔽，钙离子去除率为74%，镁离子去除率为42%，含油量降低了76%。在SC-1 和JW-1 投加质量浓度分别为300、150 mg/L 时，增黏率为80%左右，增黏效果明显，并且溶液的稳定性得到明显提高。

　　

　　3 油田含聚污水处理与利用亟需解决的关键问题

　　

　　3.1 低渗透油田回注用污水处理方法研究

　　

　　低渗透油田最基本的特点是油藏物性差、流体渗透能力差，不清洁水的注入将降低低渗透油藏10％的注入能力，进而减小油藏压力。所以很多油田受污水处理技术的限制，一般采用注清水的方式进行开发。目前，油田常用的含聚污水的处理水质仅能达到中、高渗透油层的回注指标。

　　

　　3.2 保留残余聚合物污水处理方法研究

　　

　　随着油田注聚时间的延长，含聚污水中的残余聚合物浓度逐渐升高，有的甚至高达400 mg/L，并且保留了一定的黏度值。采出液水相中HPAM 含量及保留的黏度、分子质量是决定处理和利用含聚污水途径的重要因素〔24〕。目前在处理含聚污水的同时大多也降解了其中所含的残余聚合物，造成了其利用价值的浪费，如何既能达到水质处理标准，又能充分利用其中所含的聚合物，将是未来含聚污水处理的关键。

　　

　　3.3 污水配注聚合物处理方法研究

　　

　　目前国内大多采用的是清水配制聚合物母液、污水稀释混配的注入方式。由于污水矿化度高，含有溶解氧，且细菌和悬浮物含量高，因此其结垢腐蚀严重，对水质净化和水质稳定技术要求高、难度大。使用水质没有完全达标的污水稀释聚合物溶液，溶液黏度损失较大，且稳定性较差，严重地影响了聚合物驱的效果和效益。采油污水配制聚合物处理方法研究是将来研究工作的重点。

　　

　　4 建议与展望

　　

　　目前，国内油田含油污水的常规处理技术已不能满足含聚污水处理的需要。要继续重点开展以下几个方面的研究工作：

　　

　　（1）解决注入水与地层流体及岩性的配伍问题，深入研究影响注入水水质稳定的因素，研究出适合各油田的良好的水质稳定剂并继续加强新型水质剂的开发。

　　

　　（2）开展用处理后的含聚污水配注聚合物溶液的研究，深入探讨污水影响聚合物溶液的初始黏度和稳定性的因素，开发出适用于采油污水配注聚合物的水质改性处理剂。

　　

　　（3）研究出适合油田含聚污水回注处理的最佳工艺和设备，尤其是对于水质要求较高的低渗透油田的采出水回注处理工艺和设备。