近年来，随着海上老油田开发的不断深入，注水井调驱工作的重要性也逐渐显现，弱凝胶调驱已经成为海上油田重要的增产方式^〔1-2〕。其主要作用机理为：弱凝胶在地层中首先占据阻力小的大孔道，增加大孔道的流动阻力，迫使注入水改向，进入未被水波及的小孔隙中，从而提高注入水的波及效率。此外，由于弱凝胶是水溶的，可在后续注入流体前缘形成高黏度驱油流体，起到像聚合物驱一样的驱油效果，提高驱油效率和最终采收率^〔3〕。但由于弱凝胶强度不高，随着注水的进行，调驱作用逐渐减弱，为改善调驱效果，研究者开发出了周期性注入弱凝胶调驱技术^〔4〕。

渤海L油田实施周期性弱凝胶调驱增产措施，采出液含有一定浓度的聚丙烯酰胺类聚合物。为改善油田污水水质，多个药剂厂家赴油田开展评选，结果显示阳离子清水剂除油效果好，并开展了数次阳离子型清水剂中试试验，结果均显示阳离子清水剂加注前期，污水含油值得到显著改善，但运行数天后出现聚合物析出形成的大量黏弹性胶状物堵塞管道和设备的情况而导致试验失败。不同类型的清水剂作用机理不同，对污水中聚合物产生的影响也不同^〔5-6〕。因此，除清水剂除油性能外，还应重点考虑药剂对污水中聚合物的影响。本研究开发出一种非离子清水剂FQ-503，从Zeta电位、界面扩张模量、絮凝后污水中聚合物含量等方面，与在该油田开展过试验的阳离子清水剂YQ-351进行对比，摸索适合L油田应用的清水剂类型和特点。

渤海L油田处理采出液原油密度为0.945 g/cm³（50 ℃），黏度为813 mPa·s（50 ℃），沥青质质量分数为7%~9%，胶质质量分数为19%~23%，为典型的重质稠油。

现场油水生产流程见图 1。

目前油田实施周期性弱凝胶调驱增产措施，油田产量约9 000 m³/d，综合含水约80%。含水原油经原油处理系统的油气水分离器初步处理后，外输至下游平台继续脱水处理。污水系统处理量约4 500 m³/d，由于无合适药剂，污水系统未加注清水剂。油气水分离器脱出污水中含油量（OIW）约2 300 mg/L，斜板除油器水相出口污水OIW约1 800 mg/L，注水OIW约300 mg/L。

实验仪器：GSHA型强磁力耦合搅拌高压反应釜，蓬莱禄昊化工机械有限公司；R2002E型旋转蒸发仪，上海申顺生物技术有限公司；E2659型凝胶色谱仪，美国Waters公司；HATR-T2型便携式水中油测定仪，美国Wilks公司；TW12型恒温水浴锅，德国优莱博技术（北京）有限公司；Zetasizer Nano ZS型Zeta电位仪，英国马尔文仪器有限公司；DSA30型界面参数一体测量仪，德国KRüSS GmbH公司；DR6000型分光光度计，美国哈希公司；LE2 03E型电子天平，梅特勒-托利多国际贸易（上海）有限公司；微量取样器，量程为2~20 μL，德国Brand公司。

实验药品：聚乙烯亚胺（相对分子质量为1 800），工业纯，山东滨州化工集团有限公司；氢氧化钾、氢氧化钠、环氧乙烷、环氧丙烷，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；二氯甲烷、甲醇、三水合醋酸钠、水合硫酸铝、溴水饱和溶液、甲酸钠、冰醋酸、碘化钾、淀粉，分析纯，天津市北方天医化学试剂厂；阳离子清水剂YQ-351，丙烯酰胺（AM）与二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）共聚物，阳离子度为30%左右，中海油（天津）油田化工有限公司。

取20 g聚乙烯亚胺作为起始剂，0.5 g氢氧化钾为催化剂，投加到高压反应釜中，用真空泵将其抽至负压，用氮气充分吹扫管路及反应釜2次后开始加热搅拌，温度上升到80 ℃时再次抽真空20 min，去除原料中可能残存的水分。当温度升到130~135 ℃时，停止加热，开始缓慢加入55 g环氧丙烷，控制反应温度不超过145 ℃，压力不超过0.3 MPa，待压力降至负压时，反应结束。待反应釜降至120~125 ℃，开始缓慢加入35 g环氧乙烷，控制反应温度不超过135 ℃，压力不超过0.3 MPa。待反应釜压力回落后再反应45 min，压力降至负压时，反应结束。采用冰醋酸中和氢氧化钠，采用二氯甲烷萃取该聚醚粗品，再通过旋转蒸发仪除去二氯甲烷得到浅黄色黏稠液体，为非离子聚醚，以凝胶渗透色谱仪测得其相对分子质量为8 500。以甲醇、水为溶剂将合成的聚醚稀释为40%的溶液，即得目标非离子清水剂，记为FQ-503。

清水剂的评价方法参考SY/T 5796—1993《絮凝剂评定方法》及SY/T 5281—2000《原油破乳剂使用性能检测方法（瓶试法）》。向脱水瓶中加入100 mL生产污水，置于60 ℃水浴中预热10 min，用微量移液器向脱水瓶中加注一定量的清水剂，盖紧瓶盖，人工震荡50次，静置，观察水色和絮体状态，用移液管取下层污水检测OIW。

OIW采用美国Wilks HATR-T2型便携式水中油测定仪测定；聚合物质量浓度的测定采用石油天然气行业标准SY/T 6576—2003《用于提高石油采收率的聚合物评价的推荐作法》中的淀粉－碘化镉测定法，分光光度计为哈希DR6000型分光光度计；Zeta电位反映油滴表面带电性及稳定性的强弱，采用英国马尔文仪器有限公司Zetasizer Nano ZS型Zeta电位仪测定；界面扩张模量反映油水界面膜强度的大小，采用德国KRüSS GmbH公司DSA30型界面参数一体测量仪测定。

对非离子清水剂FQ-503与阳离子清水剂YF-351进行清水性能评价，水样为渤海L油田斜板除油器入口生产污水，结果见表 1。

由表 1可知，非离子清水剂和阳离子清水剂作用后的污水和絮团状态有较大的区别。加注非离子清水剂FQ-503后形成的絮团较为松散、不黏壁、流动性好，相反，加注阳离子清水剂YQ-351后形成的絮团较为紧密、黏壁、流动性差。同浓度下阳离子清水剂的OIW去除率更高，加注200 mg/L YF-351后，污水即变成透亮清水，OIW去除率达99%，加注300 mg/L FQ-503的OIW去除率为94%，水色仍不透亮。分析原因为非离子清水剂不会与水中的聚丙烯酰胺产生作用，使得原水中的聚丙烯酰胺仍存留于水中，而且水体中仍有一定量的乳化油。

Zeta电位反映油滴表面带电性及稳定性的强弱，加注不同浓度清水剂后，污水中油滴Zeta电位测定结果见表 2。

由表 2可知，随着阳离子清水剂YQ-351加注浓度的提高，污水油滴Zeta电位快速增加，加注质量浓度为150 mg/L时，Zeta电位变为正，表明油滴所携带的负电荷被中和，表面双电层被破坏，油滴间的排斥力减少，从而促进油滴间的凝聚。而非离子清水剂FQ-503加注质量浓度从0增加到300 mg/L，污水油滴Zeta电位电性无变化，绝对值仅有小幅降低，说明非离子清水剂作用机理与电荷作用无关。

界面扩张模量反映油水界面膜强度的大小，加注不同浓度清水剂后，污水中油滴界面扩展模量变化见图 2。

由图 2可知，加注非离子清水剂和阳离子清水剂后污水中油滴界面扩展模量变化完全相反。随着浓度的提高，加注FQ-503后污水中油滴界面扩展模量逐步降低，表明非离子清水剂FQ-503显著降低了油滴表面油水界面膜强度，从而有利于油水破乳、分离；加注YQ-351后，界面扩展模量随清水剂浓度逐步增大，表明阳离子清水剂不会破坏界面膜，反而使界面膜强度增大。

结合Zeta电位和界面扩展模量，说明了非离子清水剂和阳离子清水剂作用机理的不同。非离子清水剂作用机理主要是通过降低油水界面膜强度，从而破坏其稳定性，达到破乳、油水分离的目的；阳离子清水剂作用机理主要是通过电中和作用，破坏油滴双电层，使油滴聚结、聚并、絮凝，达到油水分离的目的。

检测加注了清水剂后，斜板除油器入口生成污水中的聚合物质量浓度，考察清水剂对污水中聚合物质量浓度的影响，结果见图 3。

由图 3可知，加注非离子清水剂FQ-503后，污水中的聚合物质量浓度基本保持不变，清水剂加注质量浓度提高到300 mg/L时，污水中聚合物保留率依然达98%以上；加注阳离子清水剂YQ-351后，随着清水剂浓度的提高，污水中聚合物质量浓度迅速降低。上述差异表明由于作用机理的不同，非离子清水剂和阳离子清水剂对聚合物产生的影响不同。阳离子清水剂加入后会与水相中带负电荷的聚合物分子产生电中和反应，发生静电吸附，同时絮凝水体中的油珠和固体杂质，最终形成大块的黏弹性胶状物质堵塞流程管线和设备，而非离子清水剂在絮凝过程中不对聚合物产生影响，不会造成流程中聚合物析出而形成胶状物，适于含聚产出液油田应用。

2018年3月在渤海L油田开展了非离子清水剂FQ-503的现场试验，根据现场油水处理流程，在油气水分离器入口加注20 mg/L、斜板除油器入口加注50 mg/L FQ-503，分离器水相出口污水OIW从约2 300 mg/L降低至1 000 mg/L左右，斜板除油器水相出口污水OIW从约1 800 mg/L降低至100 mg/L左右，注水OIW从试验前约300 mg/L降低至30 mg/L以下，达到注水水质标准。污水系统聚合物保留率接近100%，流程无聚合物析出形成的胶状物。目前该药剂在现场应用近2 a，效果稳定，解决了现场污水水质问题。

（1）同浓度下阳离子清水剂YQ-351的OIW去除率更高，水体清澈透亮，但絮体黏稠、流动性差；非离子清水剂FQ-503的OIW去除率相对较低，水体中还残存部分乳化油而略显浑浊，但絮体分散，流动性好。

（2）污水油滴Zeta电位和界面扩展模量结果表明，阳离子清水剂主要通过电中和作用，破坏油滴双电层，使油滴聚结、聚并、絮凝，达到清水效果；非离子清水剂主要是通过降低油水界面膜强度，从而破坏其稳定性，实现破乳，从而达到清水效果。

（3）聚合物质量浓度检测结果表明，加注阳离子清水剂后与污水中带负电荷的聚合物分子产生电中和反应，发生静电吸附，同时絮凝水体中的油珠和固体杂质，最终形成大块的黏弹性胶状物质堵塞流程管线和设备，而非离子清水剂在絮凝过程中不对聚合物产生影响，不会造成流程中聚合物析出而形成胶状物，适于含聚产出液油田应用。

（4）在渤海L油田的现场应用结果表明，在油气水分离器入口加注20 mg/L、斜板除油器入口加注50 mg/L FQ-503，显著降低污水系统OIW，同时污水系统聚合物保留率接近100%，无聚合物析出形成黏弹性胶状物，应用效果稳定，解决了现场污水处理问题。