近年来，聚合物驱油技术大规模应用于现场，在取得显著效果的同时，采出了大量的含有一定浓度的聚合物污水。含聚污水直接外排会造成环境污染，达标处理经济上不合算，回注储层是最佳途径，因此含聚污水的水质是回注储层首要面对的问题[1]。
含聚污水含有一定量较低相对分子质量和较高水解度的产出聚合物，导致含聚污水处理及回注过程中存在一些问题：含聚污水中的产出聚合物与水处理药剂不配伍，低加药量下处理效果变差甚至有增大采出水悬浮固体含量的反作用；部分粘性产物悬浮在采出水中进入过滤器，造成过滤器结垢和积砂严重而堵塞、滤料污染速率加快、反冲洗效果变差、处理后含聚污水含油量和悬浮固体含量严重超标[2-6]。
目前对含聚污水水质指标的研究多集中在含聚污水与普通污水水质差异性对比方面，有关产出聚合物对含聚污水水质指标的具体影响少有报导。本试验通过室内实验，研究了产出聚合物对含聚污水悬浮物浓度、粒径中值、含油率、腐蚀率、成垢离子浓度等主要水质指标的具体影响。研究结果对现场调控含聚污水水质以及回注储层水质指标的优化有重要参考价值。
(1) 实验水样制备。现场取旅大10-1油田注聚非受益井A2井采出液，沉降3 h~6 h，抽出底部采出水，经普通定性滤纸粗过滤至基本清澈，作为不含聚产出水。不含聚产出水水质分析数据见表 1。
(2) 产出聚合物的模拟。称取定量该油田现场驱油用聚合物，用蒸馏水配制成5000 mg/L的聚合物溶液，平分成两份，经紫外光降解15 min，再于60℃下恒温热降解5天(光+热降解)，产出聚合物的基本参数见表 2。
通过原子力显微镜观察经光+热降解后模拟产出聚合物(浓度稀释至200 mg/L)与现场产出聚合物分子尺寸、分子形态进行对比，其结果见图 1。由图 1可见，A13井产出聚合物呈点状、絮团状分散，不拉网，产出聚合物分子尺寸较小，在5 nm~35 nm之间。人工模拟产出聚合物网状结构基本被破坏，呈零星状，与现场注聚受益井产出聚合物相比，聚合物形态和结构特征基本相似，因此该方法可行。
(3) 水质指标的测定。将光+热降解模拟产出聚合物以不同浓度加入不含聚产出污水中，测定添加产出聚合物前后水质指标的变化。其中Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-采用碳酸钙滴定法测试。结垢速率采用石英晶体微天平技术测试，结果见表 3。
从表 3结果可以看出，向不含聚产出水中加入不同浓度光+热降解模拟产出聚合物后，含聚污水抽滤速度显著降低。测得常温下不含聚产出水动力粘度为1.338×10-3 μ/Pa·s，而含聚污水的相对粘度大大增加，200 mg/L时相对粘度为6.55。
环境扫描电镜照片显示(图 2a、b)，不含聚产出水滤膜悬浮物为隐晶质物质，粒径≤0.5 μm，分散分布。含产出聚合物后，细粒状的隐晶质物质被包裹，滤膜悬浮物呈现明显的絮团状，无定形，粒径≥20 μm，与库尔特颗粒计数器所测结果相差较大，说明对于化学驱产出水库尔特测粒径分析法存在一定误差。因此抽滤速度降低主要是含聚污水粘度增加，其次是含聚污水悬浮物被产出聚合物絮凝形成团块状，堵塞滤膜过滤通道造成的。
产出聚合物的加入使得固悬物含量显著增加，固悬物粒径中值轻微增大，向不含聚产出水中加入50 mg/L、100 mg/L和150 mg/L光+热降解模拟产出聚合物后，注入水中悬浮物浓度分别增加了46.9%、170.0%、269.0%，且产出聚合物浓度越高，固悬物增加量越大。利用同样方法向不含聚产出水中加入与所加聚合物母液相同体积的蒸馏水，固悬物含量并未明显增加，抽滤速度也基本不变。
将测得固悬物浓度后的滤膜在60℃下烘干，利用原子力显微镜对滤膜上的固悬物进行表征，结果如图 3。
原子力显微镜显示(图 3a)，不含聚产出水悬浮物呈颗粒状产出，并不集合或絮凝，粒径较为均一，分布在0.2 μm ~0.7 μm之间。加入不同浓度产出聚合物后，固悬物呈明显的絮团状，可清晰见到细粒状固悬物被产出聚合物包裹或絮凝(图 3b、c、d)。当产出聚合物浓度为50 mg/L时，细粒状固悬物开始絮凝，但强度低，絮团较小，肉眼仍可辨识出细粒状固悬物；当产出聚合物浓度上升至100 mg/L时，固悬物继续絮凝，絮团强度增加，且细粒状固悬物聚并形成更为粗大的颗粒物；产出聚合物浓度继续上升至150 mg/L时，固悬物进一步絮凝成强度更大的絮团，固悬物不再单独产出，而是以絮团形式出现，絮团呈云朵状、豆花状。
产出聚合物导致含聚污水悬浮物浓度及中值测定结果偏高的主要原因是：
(1) 聚合物分子含有多种活性基团，吸附水中的固悬物粒子，并通过桥联作用使水中悬浮物聚集形成粒径较大的悬浮物絮团，导致固悬物总量增加，这些有机絮团强度较高且具有一定的变形能力，是造成现场设备滤料堵塞以及地层伤害的主要物质；
(2) 抽滤速度越来越慢，说明聚合物分子自身在抽滤过程中也容易吸附在滤膜上堵塞过滤通道，相应的聚合物分子也被截留下来当作“固悬物”，导致固悬物含量增加。
向不含聚产出水中加入50 mg/L、100 mg/L和150 mg/L光+热降解模拟产出聚合物后，注入水中含油率分别降低了50.5%、74.2%、86.0%，且产出聚合物浓度越高，含油率降低幅度越大。一方面，在测定含聚污水含油率时发现常规红外光测油法存在乳化层，造成乳化层中的油不能完全转移到正己烷中，从而致使测定结果偏低；再者，含聚污水中油珠粒径≤10μm的占90%以上，主要集中在3 μm~5 μm，油珠粒径更为细小，无法完全萃取出水中含油。乳化层的存在以及油珠粒径偏小主要是产出聚合物的活化作用所致。
产出聚合物的加入，使注入水室内动态腐蚀率整体呈上升趋势，但略有波动。说明聚合物对腐蚀影响较复杂，在聚合物浓度为150 mg/L时，腐蚀速率最高，但产出聚合物加速腐蚀的作用轻微。
产出聚合物的加入使溶液中Mg2+、Ca2+、CO32-、HCO3-浓度降低。产出聚合物浓度为50 mg/L时，Ca2+浓度下降了15.4 mg/L，HCO3-浓度下降了62.0 mg/L；当产出聚合物浓度为100 mg/L时，Ca2+、HCO3-浓度分别下降了17.5 mg/L、64.0 mg/L，相对于产出聚合物浓度为50 mg/L，成垢离子仅多下降了2.0 mg/L；产出聚合物浓度为150 mg/L，Ca2+、HCO3-浓度略高于产出聚合物浓度为100 mg/L时测定结果。成垢离子浓度降低一部分是由于形成CaCO3垢沉淀；一部分是由于被产出聚合物螯合，产出聚合物螯合成垢离子能力随浓度增加而增强，而测试结果显示，聚合物浓度增大后成垢离子浓度并非线性下降，说明成垢离子主要以CaCO3垢的形式沉淀了。
利用石英晶体微天平技术评价产出聚合物对结垢速率的影响表明，不含产出聚合物时，污水结垢速度最小，为0.33 ng/s；加入不同浓度聚合物后，污水结垢趋势增强，聚合物浓度为50 mg/L时结垢速度达到6.0 ng/s，结垢速度增加幅度最大；产出聚合物浓度为100 mg/L时，结垢速度为2.4 ng/s，产出聚合物浓度为150 mg/L时，结垢速度为2.6 ng/s，相对于低浓度产出聚合物(50 mg/L)时结垢速度反而下降。
综合分析说明，当产出聚合物浓度≤50 mg/L，产出聚合物会轻微加速注入水结垢，降低成垢离子浓度。当产出聚合物>100 mg/L时，产出聚合物对注入水中Ca2+、Mg2+的螯合作用占主导，一定程度上可降低注入水结垢速度，且聚合物浓度越高，抑制结垢作用越明显。
聚合物的相对分子质量也是影响水质的重要因素，实验结果如表 4。由表中数据可知：相对粘度大的聚合物加入污水中，对应的固悬物含量相应高些，而浊度与粒径中值却表现出相反的趋势，这也说明浊度与固悬物含量之间不是一一对应关系。尽管固悬物会产生浊度，但浊度测定结果仅反映出固悬物散射光的程度。若样品中颗粒的组成发生了变化，样品的光散射特性可能会发生不可预测的变化。因此，对于含聚水样，反映水质情况最重要的指标还是固悬物含量。
(1) 注入水中加入产出聚合物浓度从0 mg/L增加到150 mg/L，注入水悬浮物浓度增加幅度高达269.0%，主要是通过聚合物活性基团的桥联作用使注入水中各种粒径的悬浮物聚集形成粒径粗大的絮团物质，使悬浮物质量增加。
(2) 含聚污水乳化层的存在以及含聚污水油珠粒径更细小导致含油率测定值偏低。
(3) 低浓度产出聚合物(≤50 mg/L)会轻微加速注入水结CaCO3垢，降低成垢离子浓度。产出聚合物>100 mg/L时，结垢速度减缓，抑制结垢。
(4)产出聚合物相对分子质量越大，对含聚污水水质的恶化越明显。
2011, Vol. 40 Issue (1): 63-65, 69
2011, Vol. 40 Issue (1): 63-65, 69