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三元复合驱三次采油技术采收率比普通水驱采油技术采收率提高20%以上,保障了我国油田开发中后期高含水阶段的稳产高产。三元复合驱采出水产量也随之增加,其处理回注是油田矿场开发和生态环境保护面临的重要课题。三元复合驱采出水水质复杂,含油乳化程度高、微细粒级油滴含量高、水相粘度高,油水分离难度大,常规含油污水处理工艺难以满足其处理要求,限制了三元复合驱采油技术的推广应用。论文针对三元复合驱采出水难处理的问题,研制了双旋流气浮装置,对双旋流气浮装置流场进行数值模拟,并结合试验测试与机理分析,揭示了双旋流气浮装置流场特性及分离机理;合成了聚醚聚季铵盐反相破乳剂,提出了基于化学破乳的“微波破乳–双旋流气浮”处理工艺和“双泡沫–双旋流气浮”处理工艺。形成了包括设备、药剂和工艺在内的技术体系,为三元复合驱采出水处理提供了理论指导和技术支撑。主要研究内容包括以下几个方面:通过气浮分离技术与旋流分离技术集成,研制了双旋流气浮装置样机。双旋流气浮通过气浮分离和旋流分离过程耦合,形成集重力场与离心力场于一体的复合分离力场。利用ANSYS Fluent计算流体力学软件对双旋流气浮装置流场进行数值模拟,获得了气浮装置速度分布和能量分布特征。不同柱体高度处特征截面上切向速度分布规律基本一致,呈轴对称分布。从壁面开始沿径向向轴心处,切向速度先逐渐增大到0.908 m/s,后进一步沿径向向轴心减小为0;不同高度处特征截面上轴向速度方向在靠近边壁处先是旋流向上,后沿径向向轴心处转为向下运动;不同柱体高度处特征截面上径向速度小,从装置壁面开始沿径向向轴心处先增大至0.032 m/s,后减小到零。回流水入口速度从0.5 m/s增加到2.0 m/s,装置内流场由湍流转为稳流状态的高度提高,气浮分离区空间减小,不利于气浮分离。回流水入口速度<1.0 m/s,流体保持稳流的高度约在1100 mm。回流水入口速度>2.0 m/s,流体保持稳流的高度为1200 mm。回流水入口速度从0.5 m/s增加到1.0 m/s,不同高度处特征截面上分速度增加幅度较小。回流水入口速度从1.0 m/s增加到2.0 m/s,不同高度处特征截面上切向速度增加较快,径向速度和轴向速度呈梯级增加;靠近回流水切向入口处特征截面上湍流强度高,y=1200mm高度处流场进入较稳定的层流状态;不同回流水入口速度下特征截面的湍流耗散率和湍流动能沿径向呈轴对称分布。y=300 mm和y=600 mm高度处特征截面上靠近回流水切向入口处,湍流耗散率大,湍动能低;y=400 mm和y=800 mm高度处特征截面上,湍流耗散率在00.78 m2/s3之间,湍动能最大为0.031 m2/s2。特征截面上湍流耗散率低的区域湍动能高,湍流强度弱,能量转化率低,能量损失小。因此,回流水入口流速为1.0 m/s较合适。构建了集气浮分离与旋流分离于一体的双旋流气浮分离过程物理模型,分析了旋流分离和气浮分离耦合基本过程。双旋流强化气浮分离降低了可分离油滴粒径下限,加快了油水分离速度;分析了双旋流气浮装置旋流段脱油率、气浮段脱油率和总脱油率,在气体流量1.0 L/min、回流水进口流速1.0 m/s及气浮时间15min工况条件下,双旋流气浮装置旋流段分离效率为80.4%,气浮段分离效率为94.0%,总脱油率达98.5%;采用双旋流气浮、单旋流气浮以及溶气气浮处理后出水含油量分别为45.2 mg/L、53.5 mg/L和70.4 mg/L,双旋流气浮法油水分离效果优于单旋流气浮法和溶气气浮法;除油动力学研究表明,回流水进口流速增加,促进了油滴粒径分布快速达到动态平衡,油滴粒径分布平衡时小粒径油滴所占比例多。通过将环氧醚和甲基醚分别加到含氢硅油的基本骨架上,合成环氧醚甲基醚共改性硅油中间体。通过环氧氯丙烷和正二丁胺亲核加成反应得到聚-2-羟基丙基二丁基氯化铵,与有机交联剂多乙烯多胺交联得到聚季铵盐。再使聚季铵盐与共改性硅油产生环氧开环反应,得到聚醚聚季铵盐反相破乳剂。利用FTIR和1HNMR分析了聚醚聚季铵盐反相破乳剂的结构,考察了破乳条件对破乳性能的影响。实验结果表明,在适宜的破乳条件（破乳剂用量100 mg/L、破乳时间4 h、破乳温度为60 oC）下,使用聚醚聚季铵盐反相破乳剂的除油率为94.9%,破乳后污水含油量为25.8 mg/L,破乳性能优于聚季铵盐破乳剂。针对三元复合驱采出水性质复杂、体系稳定,含有大量微细油滴的特性,为了提高其油水分离效率,提出基于化学破乳的双旋流气浮处理工艺。首先提出微波破乳–双旋流气浮工艺,即三元复合驱采出水经微波辅助破乳剂破乳后,采用双旋流气浮装置进行分离。考察了不同种类破乳剂破乳、微波破乳、微波辅助破乳剂破乳的效能,双旋流气浮装置回流水进口流速、含油污水进水流量、气体流量及含油泡沫层厚对双旋流气浮除油效果的影响。试验结果表明,微波辅助破乳剂破乳的除油率达到93.6%,比单一破乳剂破乳、微波辐射破乳的除油率分别高出6.6个百分点和25.5个百分点。在破乳剂PPA 50 mg/L、辐射功率800 W、辐射时间120 s、回流水进口速度1.0 m/s、气体流量0.75 L/min、含油污水流量0.3L/min、含油泡沫层厚10 cm试验条件下,除油率达到99.4%;进一步提出双气泡–双旋流气浮处理技术,即采用荷正电胶质气体泡沫CGA吸附带负电微细粒级油滴,再在双旋流气浮装置中与常规空气泡耦合进行气浮分离。考察了表面活性剂浓度、搅拌速度与搅拌时间等因素对制备的CGA稳定性的影响,研究了双旋流气浮装置回流水进口流速、气体流量、含油污水进水流量以及荷电气泡CGA流量等参数对除油效果的影响。试验结果表明,在优化的试验条件下,脱油率达到96.5%,气浮后出水中剩余油滴粒径中值D50为3.97μm。论文共包括95幅图,5个表格,175篇参考文献。