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油田采出水絮凝剂的制备及性能研究

一、引言

（一）研究背景与意义

随着全球经济的快速发展，对石油资源的需求持续增长。在油田开采过程中，会产生大量的采出水。这些采出水成分复杂，不仅含有一定量的原油、悬浮固体颗粒，还包含多种溶解性盐类、微生物以及有机污染物等。例如，我国部分油田的采出水含油量可达1000-2000mg/L，悬浮物含量也较高，矿化度更是从几千到十几万mg/L不等。如果这些采出水未经有效处理直接排放，不仅会造成严重的环境污染，威胁周边水体、土壤和生态系统的健康，还会导致水资源的浪费。另一方面，将采出水回注地层是目前常见的处理方式，但不合格的回注水可能会引起地层堵塞，降低油层渗透率，影响原油采收率。

传统的絮凝剂在处理油田采出水时暴露出诸多问题。以聚合氯化铝为代表的无机絮凝剂，虽然价格相对较低，但存在加药量大、产生的污泥量多、对pH值适应范围窄等缺点。而像阳离子聚丙烯酰胺这类有机高分子絮凝剂，尽管具有絮凝速度快、絮凝效果好的优点，但其合成过程复杂，成本较高，且部分有机絮凝剂难以生物降解，可能会带来二次污染。此外，对于一些高矿化度、高含油的复杂采出水，现有的絮凝剂往往难以达到理想的处理效果，导致采出水的处理成本居高不下，处理后的水质也难以满足日益严格的环保和生产要求。

研发新型高效的絮凝剂迫在眉睫。新型絮凝剂能够更有效地去除采出水中的油类和悬浮物，降低其对环境的危害，实现水资源的循环利用，符合可持续发展的理念。通过提高絮凝效率，可以减少处理时间和能耗，降低油田采出水的处理成本，提高油田的经济效益。新型絮凝剂的研发还有助于推动水处理技术的进步，为解决其他类似的工业废水处理问题提供思路和方法。

（二）国内外研究现状

在油田采出水处理领域，絮凝剂的研究和应用一直是热点。目前，无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂以及复合絮凝剂都有广泛的应用。

无机絮凝剂中，聚合氯化铝（PAC）是最常用的一种。它通过水解产生的多核羟基络合物对水中的胶体颗粒和悬浮物质进行电中和、吸附和架桥作用，从而实现絮凝沉降。PAC具有絮凝速度快、成本较低等优点，在一些水质相对简单的油田采出水处理中取得了一定的效果。然而，对于高矿化度、高含油的采出水，PAC的除油效率较低，且容易受到水质变化的影响，需要较大的投加量，这不仅增加了处理成本，还会产生大量的污泥。

有机高分子絮凝剂以阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）为代表，其分子链上带有大量的阳离子基团，能够与采出水中带负电荷的油滴和悬浮颗粒发生强烈的静电作用，通过吸附架桥使颗粒聚集长大，从而实现絮凝分离。CPAM具有絮凝效果好、用量少、产生污泥量少等优点，在油田采出水处理中得到了广泛应用。但CPAM的价格相对较高，且其单体具有一定的毒性，在使用过程中需要注意安全问题。此外，CPAM对某些特殊水质的适应性较差，单独使用时难以满足复杂采出水的处理要求。

为了克服单一絮凝剂的缺点，复合絮凝剂应运而生。复合絮凝剂是将无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂或其他添加剂进行复配，充分发挥各组分的优势，产生协同效应，从而提高絮凝效果。例如，一些研究将PAC和CPAM复配使用，利用PAC的快速电中和作用和CPAM的强吸附架桥能力，取得了较好的除油和除悬浮物效果。还有研究通过在复合絮凝剂中添加助凝剂、分散剂等添加剂，进一步优化絮凝性能。专利CN112607839A提出的硅酸铝铁絮凝剂，以聚二甲基二烯丙基氯化铵乳状液为原料，其除油率达到了90％，但该法处理的是含油量较低的采出水，对于含油量较高的采出水不一定适用。

尽管国内外在絮凝剂的研究和应用方面取得了一定的进展，但针对高矿化度、高含油采出水的处理，仍然存在许多问题需要解决。现有絮凝剂的配方和制备工艺还需要进一步优化，以提高其对复杂水质的适应性和处理效果。絮凝剂的作用机理研究还不够深入，这限制了新型絮凝剂的研发和应用。此外，絮凝剂的成本和环境友好性也是需要关注的重点，如何开发出高效、低成本、环保的絮凝剂是未来研究的重要方向。

二、油田采出水絮凝剂的制备方法

（一）制备原料筛选与配比优化

1.核心原料特性分析

在制备油田采出水絮凝剂时，对核心原料特性的深入了解至关重要。聚合硅酸铝铁（PFASS）作为一种常用的无机高分子絮凝剂，其独特的化学组成使其具备卓越的絮凝性能。PFASS分子中含有铝、铁、硅等多种元素，这些元素在絮凝过程中发挥着不同的作用。铝离子水解后形成的多核羟基络合物，能够通过电中和作用，有效降低水中胶体颗粒的表面电荷，使其失去稳定性而相互聚集；铁离子则可以增强絮凝剂的吸附能力，促进颗粒之间的架桥作用，形成更大的絮体；硅元素的存在则有助于提高絮凝剂的稳定性和絮凝效果，增强絮体的强度和沉降性能。

研究表明，PFASS对高浊度污水具有显著的处理效果。