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油田采出水的特性及处理技术

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油田 出水 特性 处理 技术
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油 田 采 出 水 的 特 性 及 处 理 技 术邓 述 波 1   周 抚 生 1   余 刚 1   蒋 展 鹏 1   陈 忠 喜 2   张 瑞 泉 2   马 文 铁 2(1. 清 华 大 学 环 境 科 学 与 工 程 系 ,北 京   100084 ; 21 大 庆 油 田 建 设 设 计 院 ,黑 龙 江 大 庆   163712)[摘 要 ] 总 结 了 油 田 采 出 水 的 特 性 及 现 场 采 用 的 水 处 理 工 艺 流 程 ,比 较 不 同 处 理 方 法 的 适 用 范 围 及 优 缺 点 。 指出 目 前 油 田 现 场 采 出 水 处 理 存 在 的 问 题 ,特 别 是 对 大 庆 油 田 聚 合 物 驱 和 三 元 复 合 驱 采 出 水 进 行 了 深 入 分 析 ,阐 明了 污 水 处 理 难 度 大 的 原 因 是 聚 合 物 增 加 污 水 粘 度 ,表 面 活 性 剂 使 污 水 严 重 乳 化 ,并 指 出 处 理 该 污 水 的 有 效 途 径 。[关 键 词 ] 油 田 采 出 水 ;油 田 污 水 ;三 次 采 油[中 图 分 类 号 ] [文 献 标 识 码 \] A  [文 章 编 号 ] 1005 - 829X(2000) 07 - 0010 - 03of J . 00084 , 2. d 63712 , of of It of in of s at to 油 田 的 不 断 开 采 ,采 油 技 术 不 断 发 展 。 先后 经 历 了 一 次 、 二 次 、 三 次 采 油 。 一 次 采 油 靠 天 然 能量 为 动 力 ;二 次 采 油 以 人 工 注 水 方 式 来 保 持 地 层 压力 ;三 次 采 油 是 通 过 改 变 注 入 水 的 特 性 来 提 高 采 油率 〔 1〕 ,目 前 油 田 主 要 进 行 二 次 、 三 次 采 油 。 从 地 下采 出 的 含 水 原 油 称 “ 采 出 液 ” ,经 电 脱 水 ,分 离 出 来 的水 称 为 “ 油 田 采 出 水 ” ,也 称 “ 油 田 污 水 ” 。 在 油 田 生产 中 ,大 部 分 油 田 采 出 水 经 处 理 后 回 注 地 层 ,有 少 量外 排 。 不 同 地 层 、 不 同 采 油 方 法 的 油 田 采 出 水 的 性质 不 同 ,而 不 同 采 出 水 要 求 使 用 不 同 的 处 理 方 法 。本 文 介 绍 油 田 采 出 水 的 性 质 ,并 论 述 不 同 处 理 方 法 ,重 点 分 析 大 庆 油 田 采 出 水 的 特 性 及 解 决 途 径 。1   油 田 采 出 水 的 性 质由 于 采 油 方 法 、 原 油 特 性 、 地 质 等 条 件 不 同 ,油田 采 出 水 的 水 质 各 异 ,但 又 有 共 性 。 表 1 为 油 田 采出 水 的 特 征 。由 于 原 油 特 性 、 采 油 方 式 等 不 同 ,油 田 采 出 水 各具 有 特 殊 性 。 如 ,由 于 原 油 粘 度 大 或 凝 固 点 低 ,生 产过 程 中 需 加 热 ,导 致 采 出 水 温 较 高 。 如 大 庆 油 田 采出 水 的 温 度 为 40~ 45 ℃ 。 稠 油 油 田 采 用 蒸 汽 驱表 1   油 田 采 出 水 的 特 征指 标 特 征 危 害含 油 量 含 油 量 高 ,一 般 在 1 000L 以 上 回 注 堵 塞 地 层 ,外 排 造 成污 染悬 浮 物 悬 浮 物 含 量 高 , 颗 粒 细小 ,沉 降 缓 慢 容 易 造 成 地 层 堵 塞矿 化 度矿 化 度 高 ,一 般 在 1 000L 以 上 ,最 高 可 达 14× 104 腐 蚀 ,给 废 水 生 化 处理 造 成 困 难结 垢 离 子 含 有 、 、3 、 、 等 容 易 在 管 道 、 容 器 中 结 垢有 机 物含 有 原 油 和 采 油 过 程 中的 各 种 化 学 药 剂 , 于 微 生 物 繁 殖 ,造 成腐 蚀 和 堵 塞微 生 物 常 见 有 铁 细 菌 、 腐 生 菌 、硫 酸 盐 还 原 菌 等 容 易 腐 蚀 管 线 ,堵 塞 地 层采 油 ,采 出 水 的 温 度 也 较 高 。 如 辽 河 油 田 的 采 出 水温 度 高 达 60~ 80 ℃ ;聚 合 物 驱 由 于 高 分 子 聚 丙 烯 酰胺 的 存 在 ,粘 性 增 大 ,油 水 分 离 缓 慢 ;三 元 复 合 驱 不仅 含 有 聚 丙 烯 酰 胺 ,还 含 有 碱 和 表 面 活 性 剂 ,采 出 水粘 性 大 ,乳 化 严 重 ,油 水 很 难 靠 自 然 沉 降 分 离 ;泡 沫—01—2000 年 7 月第 20 卷 第 7 期                    工 业 水 处 理                    J ,200020 7驱 在 三 元 复 合 驱 的 基 础 上 加 入 天 然 气 ,采 出 水 的 性质 更 加 复 杂 ,处 理 难 度 更 大 。 有 些 油 田 由 于 特 殊 的地 质 条 件 ,采 出 水 中 含 有 大 量 的 、 等 离 子 。2   油 田 污 水 的 处 理 方 法211   目 前 油 田 采 出 水 处 理 方 法目 前 ,油 田 采 出 水 经 处 理 后 主 要 用 于 回 注 ,其 主要 处 理 指 标 是 含 油 量 和 悬 浮 物 。 根 据 高 、 中 、 低 渗 透油 田 的 注 水 要 求 以 及 污 水 特 性 的 不 同 ,不 同 的 油 田采 用 不 同 的 处 理 工 艺 。 如 大 庆 油 田 采 用 大 罐 自 然 沉降 — 过 滤 流 程 ;辽 河 油 田 采 用 斜 板 — 浮 选 — 过 滤 流程 ;大 港 油 田 采 用 聚 结 分 离 — 浮 选 — 过 滤 流 程 ;新 疆东 河 油 田 采 用 旋 流 器 — 过 滤 流 程 〔 2〕 。 归 纳 起 来 ,这些 工 艺 主 要 由 沉 降 分 离 除 油 段 和 过 滤 段 组 成 ,其 流程 一 般 为 :采 出 水 → 沉 降 分 离 → 过 滤 除 油 → 出 水 。沉 降 分 离 除 油 段 的 处 理 方 法 有 重 力 沉 降 法 、 混 凝 沉降 法 、 斜 板 沉 降 法 、 压 力 沉 降 法 、 气 体 浮 选 法 及 旋 流器 法 等 ,有 时 也 采 用 几 种 方 法 组 合 。 一 般 情 况 下 ,经过 沉 降 分 离 除 油 污 水 的 含 油 量 降 为 200 L 以下 ,然 后 经 过 能 除 去 微 小 悬 浮 物 和 乳 化 油 的 过 滤 段 。过 滤 段 的 过 滤 设 备 主 要 为 石 英 砂 过 滤 器 和 核 桃 壳 过滤 器 ,过 滤 器 的 滤 料 有 单 层 、 双 层 和 多 层 ,过 滤 方 式有 单 向 和 双 向 之 分 。 根 据 注 水 要 求 的 不 同 ,可 采 用一 种 或 多 种 过 滤 设 备 组 合 的 过 滤 流 程 。212   油 田 污 水 处 理 方 法 比 较尽 管 处 理 油 田 污 水 的 方 法 有 多 种 ,但 各 有 利 弊 ,油 田 应 根 据 采 出 水 的 特 性 、 地 层 渗 透 率 等 实 际 情 况 ,采 用 经 济 有 效 的 处 理 方 法 〔 3〕 。 表 2 为 油 田 常 用 的 水处 理 方 法 比 较 。3   油 田 采 出 水 处 理 面 临 的 问 题 及 原 因 分 析目 前 ,国 内 外 油 田 进 行 大 规 模 生 产 的 主 要 是 水驱 。 随 着 油 田 的 发 展 ,三 次 采 油 开 始 得 到 应 用 ,特 别是 聚 合 物 驱 得 到 广 泛 应 用 。 我 国 已 在 大 庆 、 大 港 、 胜利 、 玉 门 等 油 田 使 用 聚 合 物 驱 油 技 术 ,目 前 大 庆 油 田已 大 面 积 推 广 聚 合 物 驱 采 油 技 术 ,聚 合 物 驱 产 油 量已 达 700~ 800 万 t/ a。 由 于 聚 合 物 的 存 在 ,聚 合 物驱 采 出 水 的 粘 度 增 大 ,乳 化 油 更 加 稳 定 ,造 成 油 水 分离 的 难 度 增 大 。 大 庆 油 田 采 出 水 中 聚 合 物 的 浓 度 最高 已 达 到 400 ~ 500 L , 粘 度 达 0. 8 ~ 1. 2s ,现 场 仍 采 用 水 驱 同 样 的 工 艺 流 程 ,即 两 次 大罐 沉 降 — 压 力 罐 过 滤 流 程 。 由 于 油 水 分 离 缓 慢 ,造成 此 工 艺 处 理 构 筑 物 庞 大 ,占 地 面 积 大 ,设 备 投 资高 ,过 滤 器 滤 速 降 低 ,容 易 发 生 堵 塞 。 三 元 复 合 驱 采油 技 术 已 在 大 庆 油 田 进 行 试 生 产 ,采 出 水 粘 度 大 ,乳化 严 重 ,使 用 常 规 的 水 处 理 方 法 很 难 奏 效 ,目 前 还 没有 经 济 有 效 的 处 理 方 法 。 随 着 三 次 采 油 面 积 的 扩表 2   油 田 常 用 水 处 理 方 法 比 较方 法 适 用 范 围 优 点 缺 点重 力 沉 降 法 油 珠 粒 径 大 ,乳 化程 度 小 ,处 理 量 大处 理 效 果 稳定 ,运 行 费 用低沉 降 时 间 长 ,设备 庞 大 ,一 次 投资 高混 凝 沉 降 法油 的 密 度 小 于 0. 9g/ 悬 浮 物 含量 高 (200 L) ,油 珠 粒 径 小 于 10μ m 且 处 理 量 较 大( 10 000 d 以上 )反 应 快 ,沉 降时 间 短 ,处 理效 果 好运 行 费 用 较 大 ,沉 降 物 体 积 较大粗 粒 化 法 分 散 油 、 乳 化 油 设 备 小 ,操 作简 单 存 在 表 面 活 性剂 时 ,效 果 差浮 选 法油 的 密 度 大 于 0. 9g/ 分 散 油 含量 高 ,乳 化 程 度 小处 理 时 间 短 ,效 果 好占 地 面 积 大 ,浮油 难 处 理旋 流 器 法油 水 密 度 差 大 于0. 05 g/ 且 油珠 粒 径 在 20~ 30μ m 的 分 散 油 , 悬浮 物 含 量 低除 油 速 度 快 ,设 备 体 积 小缓 冲 能 力 差 ,积泥 区 体 积 小 ,不能 长 时 间 积 累污 泥大 ,采 出 水 中 聚 合 物 、 表 面 活 性 剂 含 量 会 不 断 增 加 ,届 时 采 出 水 的 处 理 难 度 会 进 一 步 加 大 ,因 而 必 须 采取 有 效 方 法 处 理 油 田 采 出 水 ,以 保 证 油 田 的 正 常 生产 。油 珠 在 水 中 上 浮 遵 循 式 :u = g (ρ w - ρ o) , u 为 上 升 速 度 , m/ s ; g 为 重 力 加 速 度 , 9. 8m/ ρ w 为 污 水 密 度 , ρ o 为 原 油 密 度 , 油 珠 粒 径 , m ;μ 为 污 水 动 力 粘 度 ,s。从 公 式 可 以 看 出 ,油 珠 粒 径 、 密 度 和 污 水 的 密度 、 粘 度 都 是 影 响 上 升 速 度 的 因 素 ,但 对 于 采 出 水 而言 ,油 珠 的 粒 径 和 污 水 的 粘 度 是 重 要 影 响 条 件 。 聚合 物 驱 和 三 元 驱 采 出 水 难 以 处 理 的 原 因 在 于 ,聚 合物 使 采 出 水 的 粘 度 增 加 ,表 面 活 性 剂 使 油 珠 严 重 乳化 ,微 小 油 珠 很 难 凝 聚 ,即 油 珠 粒 径 小 ,导 致 油 珠 上升 速 度 慢 。聚 合 物 驱 和 三 元 复 合 驱 采 出 水 的 粘 度 主 要 是 由聚 合 物 引 起 的 。 大 庆 油 田 注 入 水 中 添 加 的 离 子 聚 丙 烯 酰 胺 ) 相 对 分 子 质 量 高 达 1 200 万 ,含 量 为 1 000 L ,致 使 注 水 粘 度 达 到 20~ 30s。 经 过 地 质 作 用 , 水 解 〔 4〕 ,采 出 水 的粘 度 降 为 0. 8~ 1. 2 s。 三 元 复 合 驱 采 出 水 含有 大 量 碱 , 分 子 链 由 于 静 电 斥 力 会 得 到 充分 伸 展 ,导 致 采 出 水 的 粘 度 会 进 一 步 增 加 。 随 着 聚—11—工 业 水 处 理 2000 - 07 ,20 (7)                                         油 田 采 出 水 的 特 性 及 处 理 技 术合 物 驱 和 三 元 复 合 驱 采 油 技 术 的 推 广 ,油 田 采 出 水中 聚 合 物 的 含 量 会 不 断 增 加 ,粘 度 也 会 随 之 增 加 。由 于 聚 合 物 、 碱 、 表 面 活 性 剂 的 同 时 存 在 ,三 元复 合 驱 采 出 水 不 仅 粘 度 大 ,而 且 乳 化 程 度 高 ,较 聚 合物 驱 采 出 水 更 加 难 以 处 理 。 大 庆 油 田 三 元 复 合 驱 注水 中 表 面 活 性 剂 的 浓 度 为 3 000 L ,大 量 的 表 面活 性 剂 会 在 油 水 界 面 发 生 单 层 、 多 层 吸 附 ,改 变 油 珠表 面 的 疏 水 性 能 ,使 油 珠 间 自 发 凝 聚 的 趋 势 减 弱 。大 量 的 表 面 活 性 剂 也 会 使 油 水 界 面 的 水 化 膜 变 厚 ,阻 碍 油 珠 相 互 靠 近 。针 对 目 前 油 田 三 次 采 油 的 现 状 ,应 开 发 与 之 配套 的 采 出 水 处 理 工 艺 以 满 足 生 产 需 要 。 根 据 采 出 水的 特 性 ,应 从 两 方 面 入 手 ,一 是 开 发 小 型 高 效 水 处 理设 备 ,如 旋 流 器 、 聚 结 器 等 ,加 速 油 水 分 离 速 度 ;二 是开 发 高 效 水 处 理 药 剂 ,降 低 采 出 水 的 粘 度 ,破 坏 油 水稳 定 体 系 ,达 到 油 珠 凝 聚 ,加 速 分 离 的 目 的 。随 着 油 田 的 不 断 开 发 ,泡 沫 驱 、 微 生 物 驱 等 采 油技 术 会 逐 渐 得 到 应 用 ,届 时 采 出 水 的 性 质 也 会 发 生很 大 变 化 ,处 理 难 度 也 会 加 大 。 针 对 这 些 污 水 ,应 从污 水 的 基 本 性 质 出 发 ,研 究 污 水 难 处 理 的 根 本 原 因 ,应 用 有 效 技 术 处 理 采 出 水 ,满 足 生 产 需 要 。[参 考 文 献 ]\[1 \]冈 秦 麟 1 论 我 国 的 三 次 采 油 技 术 \[J \]1 油 气 采 收 率 技 术 ,1998 ,5(4) :1~ 7\[ 2 \]邓 秀 英 1 油 田 采 出 水 处 理 技 术 综 述 \[J \]1 工 业 用 水 与 废 水 ,1999 ,30 (2) :7~ 9\[ 3 \]袁 惠 民 1 含 油 废 水 处 理 方 法 \[J \]1 化 工 环 保 ,1998 ,18 :146~ 149\[4 \]孔 柏 岭 ,罗 九 明 1 高 温 油 藏 条 件 下 聚 丙 烯 酰 胺 水 解 反 应 研 究\[J \]1石 油 勘 探 与 开 发 ,1998 ,25 (6) :67~ 69[作 者 简 介 ] 邓 述 波 (1971 -   ) ,男 ,1999 年 毕 业 于 东 北 大 学 ,现 为清 华 大 学 环 境 科 学 与 工 程 系 和 大 庆 石 油 管 理 局 联 合 培养 的 博 士 后 ,目 前 主 要 从 事 油 田 含 油 污 水 处 理 的 研 究 ,也 从 事 各 种 絮 凝 剂 的 开 发 和 应 用 。[收 稿 日 期 ] 2000 - 01 - 04(上 接 第 9 页 )小 沉 降 速 度 见 表 2。假 设 失 效 混 床 阳 树 脂 只 包 含 和 H 型 ,阴树 脂 只 包 含 和 ,由 表 2 根 据 (2) 式 计 算不 同 混 床 阳 、 阴 树 脂 沉 降 比 范 围 n 见 表 3。由 表 3 可 以 看 出 ,符 合 标 准 的 阳 、 阴 树 脂 ,其 沉降 比 n 从 40 以 上 到 1 以 下 不 等 ,只 有 当 沉 降 比 3~ 4 倍 以 上 时 ,阳 、 阴 树 脂 才 能 较 好 分 离 〔 2〕 。n 小 于 3 ,树 脂 分 离 效 果 差 ,特 别 是 n 小 于 1 时 完 全不 可 能 正 常 分 离 。 因 此 ,选 择 和 评 价 混 床 用 树 脂 时 ,在 符 合 标 准 的 前 提 下 ,应 对 其 粒 度 分 布 进 行 全 面 测表 2   不 同 性 能 树 脂 最 大 和 最 小 沉 降 速 度                     m/ 牌 号001 × 701 × 7001001 201a H l 最 大 0. 247 0. 187 0. 084 0. 044 0. 238 0. 204 0. 238 0. 204 0. 040 0. 040速 度 最 小 0. 069 0. 047 0. 005 0. 006 0. 054 0. 035 0. 069 0. 044 0. 006 0. 006表 3   混 床 树 脂 沉 降 比 范 围混 床 树脂 型 号阳 树 脂 001 × 7001001 脂 201 × 7201201 比 范 围 n 49. 40~ 0. 56 40. 00~ 0. 88 40. 00~ 1. 11定 ,进 而 从 图 1~ 5 查 出 或 由 (1)式 计 算 其 沉 降 速 度 ,考 察 阳 、 阴 树 脂 沉 降 比 ,保 证 混 床 树 脂 分 离 效 果 。3   结 论(1)阳 、 阴 树 脂 沉 降 速 度 均 随 湿 真 密 度 、 粒 度 增加 而 增 加 ,同 种 阳 树 脂 沉 降 速 度 高 于 H 型 ,同种 阴 树 脂 与 沉 降 速 度 接 近 。(2)符 合 标 准 的 混 床 用 阳 、 阴 树 脂 随 性 能 不 同 ,沉 降 比 差 别 很 大 ,为 确 保 混 床 树 脂 分 离 效 果 ,应 对 其粒 度 分 布 和 沉 降 比 进 行 考 察 。[参 考 文 献 ]\[1 \]施 燮 钧 ,王 蒙 聚 ,肖 作 善 1 热 力 发 电 厂 水 处 理 \[ M \]1 第 3 版 1 北京 :中 国 电 力 出 版 社 ,19961\[2 \][ C \]1551994.\[3 \]中 华 人 民 共 和 国 电 力 工 业 部 1 火 力 发 电 厂 水 处 理 用 离 子 交 换 树脂 验 收 标 准 1993 \[ S\]1北 京 :中 国 电 力 出 版 社 ,19941\[ 4 \]天 津 大 学 化 工 原 理 教 研 室 编 1 化 工 原 理 \[ M \]1 天 津 :天 津 科 学 技术 出 版 社 ,19871[作 者 简 介 ] 郝 树 宏 (1974 -   ) ,男 ,1997 年 毕 业 于 太 原 工 业 大 学 应用 化 学 系 ,硕 士 ,助 理 工 程 师 。[收 稿 日 期 ] 2000 - 02 - 25—21—专 论 与 综 述                                                       工 业 水 处 理 2000 - 07 ,20 (7)
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