油田采出水回注处理技术进展

油田采出水回注处理技术进展

张金波1,傅绍斌2,曾玉彬2

(11江汉石油学院石油工程系,湖北荆州　434102;21江汉石油学院精细化工研究所,湖北荆州　434102)

[摘要]对油田采出污水进行处理以达到注入水水质标准,通常采用物理处理技术和化学处理技术。详细介绍了目前这两种处理技术在国内外油田的具体应用及发展现状,并提出了在常规油田、稠油油田、低渗透油田和聚合物驱油田采出水回注处理中存在的一些主要问题。最后,对未来油田采出水回注处理技术的发展趋势作了展望。

[关键词]采出水;注入水;水处理;水驱

[中图分类号]TE35716+1　[文献标识码]A　[文章编号]1005-829X(2000)10-0005-04

Progre ss of produced water reinjection treatment in oilfield

ZHAN G Jin2bo1,FU Shao2bin2,ZEN G Yu2bin2

(1.Graduate99of Pet roleum Engi neeri ng depart ment i n J PU,Ji ngz hou434102,Chi na;

2.Fi ne Chemical Instit ute i n J PU,Ji ngz hou434102,Chi na)

Abstract:To treat the produced water from oilfields to meet the injection water quality standard,the physical technology and the chemical technology are often applied.The concrete application and the present progress of the two technologies in oilfields are discussed in details,and the produced water reinjection treatment problems existing in normal oilfields,viscous oil reservoirs,low permeable reservoirs and polymer-flooding oilfields are brought forward.Finally,the developing prospect of the produced water reinjection treatment in oilfields is in2 troduced.

Key words:produced water;injection water;water treatment;water flooding

油田采出水是伴随采油作业采出的经原油脱水分离后的含油污水,这部分污水不仅含有石油类,还含有固体悬浮物、分散油及浮油、乳化油,以及化学药剂等多种成分。考虑到环境保护和节约水资源等问题,将这部分污水进行处理后作为生产用水回注地层是最经济有效的办法。但随着油田开发的不断深入,含水率逐渐上升,许多油田已高达80%以上,造成我国油田每天采出含油污水119×106m3。因此,考虑到经济效益和环境保护问题,如何经济、有效地对大量的油田采出水进行回注处理,对油田经济发展有着重要的意义。

1　油田采出水处理技术的发展现状

根据注水水质指标(表1)可看出,油田采出水处理,主要是对其中的石油类和固体悬浮物进行处理。目前,国内外油田常用的采出水处理方法可大致分为两类:物理法和化学法。

111　物理法

11111　重力分离技术

该技术因其处理量大,运行费用低,管理方便等

表1　碎屑岩油藏注水水质推荐指标(1998)

序号项目注层渗透率/μm2

<0.10.1～0.6>0.6

1悬浮固体浓度/mg?L-1≤0.1≤3.0≤5.0 2颗粒直径/μm≤2.0≤3.0≤5.0 3含油浓度/mg?L-1≤5.0≤10.0≤10.0 4腐生菌/mL-1<100<1000<10000 5硫酸盐还原菌SRB/mL-1<100<100<100 6滤膜系数MF值≥20≥15≥10 7溶解氧浓度/mg?L-1(当总矿化度>5000时)≤0.05

(当总矿化度<5000时)≤0.5 8总铁/mg?L-1<0.5

9平均腐蚀率/mm?a-1≤0.076

10游离二氧化碳/mg?L-1≤10

11硫化物/mg?L-1≤10

优点而被广泛应用于油田含油污水处理。其缺点是占地面积大,基建投资高,对乳化油的处理效果不好,污水停留时间长。目前,国内外在重力分离设备上已取得了一定的进展,如美国Quontek公司研制

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2000年10月第20卷第10期

工业水处理

Industrial Water Treatment

Oct.,2000

Vol.20No.10

的聚结板油水分离器(CPS )〔1〕。最近,石油大学对CPS 进行了改进,在其基础上引进了斜板技术,发明了斜通道波纹板油水分离器和翼斜板油水分离器,进一步提高了板式分离器的分离效率和分离精度。11112　气浮分离技术

一般分为混合、絮凝、气浮三个阶段〔2〕。气浮效果好坏的关键因素在于絮凝剂和浮选剂的作用。

目前,国外推出了一种新浮选剂———D TC 〔3〕

,效果良好,处理后的水质可达到1～2mg/L 。在气浮设备方面,改进与提高水力负荷及除油率上,国外出现了

新的设计。最近美国一家公司开发出一套先进的溶气气浮系统〔4〕,它通过减小气泡尺寸(约小到1μm )和减缓气泡的浮升速度,大大地提高了除油效率,甚至无需使用化学剂也可达到较为彻底的油水分离。另外,在处理工艺上,也出现了SSP 气浮处理技术、填料气浮技术等〔5〕。11113　水力旋流技术 水力旋流技术自80年代后期开始作油田采出水除油设备以来,以其独有的重量轻,体积小,处理速度快等特点,被广泛应用于海上平台水处理。其原理是利用不同密度、不相溶的两相在水力旋流器中高速旋转时产生的离心力的差异而达到油水分离〔6〕。由于其对水质要求不高,处理速度快,处理量大,效果好(其处理后含油量通常在5～40mg/L 之间),因而在陆上油田也有较好的应用前景。 目前,该项技术有了迅速的发展。美国开发的Kaermer 和Vortoil 含油污水处理系统以及美国Paragon 技术服务公司提出的一种充分利用现有采出水处理设备的组合系统,即三组合循环水处理系统(简称TCC )〔7〕,可处理200～5000mg/L 含油污水,并能去除2～3μm 的油滴,处理后含油量在5～40mg/L 之间。

以水力旋流器为基础的井下分离技术(DOWS )通过井下油水分离,可减少90%以上的采出水,节省了大量的地面采出水处理费用〔8〕。而且,分离出的水可直接回注地层,从而增加采油量。 水力旋流技术由于其高速流动的液体产生的湍流、剪切作用以及涡流的不稳定性造成其水处理精度不可能很高。因此,如何消除和减小这些不利因素的影响以达到最佳处理效果将是该技术未来发展的关键。11114　过滤技术 过滤技术是采用粒状材料为滤料(如石英砂、核桃壳和无烟煤等),通过润湿聚结和碰撞聚结作用,除去污水中的油和悬浮物。其优点是出水水质好,设备投资少,缺点是运行费用较高,适应负荷变化能力弱,易堵塞。而且,由于滤料粒径受到限制,无法进一步靠减小粒料粒径来提高过滤精度和效率。近年来,随着纤维材料的应用和发展,以纤维材料为滤料的纤维滤料过滤器(如LL Y 高效过滤器),其处理精度可达到出水水质含油<1.5～2mg/L ,悬浮物粒径<5μm 。11115　膜分离技术 膜分离技术是目前研究的热点,由于其处理精度高,但价格昂贵,因此,它主要用于稠油油田和低

渗透率油田的采出水处理〔9,10〕

。 超滤是以压力为推动力,利用不同孔径的超滤膜对液体进行分离的物理筛分过程。超滤膜的平均孔径一般在0.005～0.01μm 之间。膜材料一般为有机材料,如二醋酸纤维素、水合醋酸纤维、聚砜、聚砜酰胺等。利用超滤膜可截留水中0.45μm 以上

的颗粒〔11〕

。它的优点在于其纯粹是物理过程,而且其处理精度高,≤1μm 的颗粒去除率可达95%。但由于超滤膜耐温性能差(一般为65～90℃

),使用寿命短,易堵塞,价格昂贵,阻碍了该技术在油田采出水处理中的广泛应用〔12,13〕

。 此外,还有一些物理方法,如活性炭吸附、电磁技术、超声波技术〔14〕等。总的来说,物理方法最大的优点在于其不会产生二次污染,是一种环保型的

水处理方法。112　化学法 一般在油田水处理中需加入的化学药剂主要有:絮凝剂和三防药剂(阻垢、缓蚀、杀菌剂)。11211　絮凝剂 油田水处理用絮凝剂主要分为无机、有机和复合型絮凝剂三类。无机絮凝剂包括低分子和高分子絮凝剂。无机高分子絮凝剂有聚合氯化铝(PAC )、聚合硫酸铝(PAS )、聚合硫酸铁(PFS )等高聚物。对于无机高分子絮凝剂其开发思路在于,在聚铝或聚铁制造过程中加入一种或多种阴离子,从而在一定程度上改变高聚物的形态结构及分布,如目前最新开发出的聚硅氯化铝就是在聚氯化铝的基础上引入硅离子而形成的一种新型高效价廉的高分子絮凝剂〔15〕;或者与数种其他化合物复合而制得另一类高效絮凝剂,如目前广泛应用于油田水处理的FMA 絮凝剂即为含多种金属核的无机高分子絮凝剂。 有机高分子絮凝剂则主要是聚丙烯酰胺(PAM )及其衍生物。与无机高分子絮凝剂相比,它

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—专论与综述 工业水处理2000-10,20(10)

的用量少,产生的絮体大、沉降速度快、效果明显,且种类繁多,在油田水处理中得到广泛应用。但由于聚丙烯酰胺具有毒性,难生物降解,目前天然改性高分子絮凝剂和两性高聚物等环保型的无害水处理剂的研究倍受人们关注,如国内最新合成的以F691粉(主要成分为水溶性多聚糖、纤维素、木质素、单宁)为原料的新型高效阳离子絮凝剂FNQD〔16〕。国外新推出的水处理剂———二硫代氨基甲酸盐(D TC)〔3〕,用于美国墨西哥湾和北海油田水处理中,轻易地将处理精度仅能达到60～70mg/L的水处理系统提高至1～2mg/L,效果十分明显。

此外,复合型絮凝剂因存在协同作用,不仅增强了絮凝效果,而且还具其他作用(缓蚀、杀菌、防垢),预计将会得到进一步研制和开发。

11212　三防药剂

油田回注水所用的三防药剂系指缓蚀剂、阻垢剂和杀菌剂。油田含油污水矿化度高,且含有溶解氧、硫化氢、二氧化碳和细菌等物质,对注水系统的钢管线及设施普遍存在着腐蚀现象。油田注水系统常用的有机缓蚀剂主要有:季铵盐类、咪唑磷酸胺类、脂肪胺类、酰胺衍生物类、吡淀衍生物类、胺类和非离子表面活性剂复合物等。对油田注水使用效果好的是季铵盐类、咪唑啉类。目前,中科院研制的IMC系列缓蚀剂在各油田应用取得了良好的效果〔17〕。

阻垢剂是油田最为常用的抑制和减缓结垢的一项工艺技术。阻垢机理主要是晶格畸变和络合增溶作用〔18〕。油田中广泛使用的聚合物阻垢剂主要是聚丙烯酸及其衍生物。其优点在于无毒,不污染环境,阻垢率较高。缺点是其生物降解性差,且在高温、高p H值、高Ca2+含量下阻垢能力较差。因此,国外着重在开发和研制新的阻垢药剂,最近报道的一种新型阻垢剂———聚天冬氨酸,其对CaCO3、Ba2 SO4、CaSO4的阻垢率都明显优于聚丙烯酸,且更易生物降解,表现出很好的发展前景。

加入杀菌剂是抑制油田注入水系统中硫酸盐还原菌、铁细菌等微生物腐蚀危害最广泛、最有效的方法之一。目前,国内油田应用的主要为有机胍类、双季铵盐类、异噻唑啉酮、季钅型杀菌剂等〔19,20〕。为了提高杀菌效能,可将两种或两种以上的杀菌剂进行复配,利用协同效应,来提高药效。如SQ8、FH 系列杀菌剂。由于二硫氰基甲烷在高温下易丧失活性,季铵盐配伍性差等原因,国外最新推荐的过氧乙酸因具有广谱、高效、受p H值及矿化度影响较小而倍受青睐。

此外,国内外现正进行积极的生物学防治技术研究,其原理是利用生物竞争排斥性技术,改变油藏微生物生态条件,这样可使油藏采出水中的SRB和硫化物值下降,从而达到防腐的目的〔21,22〕。以及重点研制和开发一剂多效的多功能水处理剂,如兼具有絮凝、杀菌、缓蚀作用的天然改性高分子复合型药剂CG-A系列〔23〕。

11213　水质改性技术

水质改性技术作为一种较新的水质处理技术,它打破了传统的加入三防药剂进行水处理的惯例〔24〕。从油田采出水的性质着手,采用离子调整工艺,通过加入一种以OH-为主要成分的三组分(J YA、J Y B和J YC)调整剂,使水中离子进行重新调整,除掉某些离子后,使水呈弱碱性,形成一种稳定的水体。从而消除了水在输入过程中由于压力、温度、流速的变化以及与管、罐内壁接触时引起的化学反应,因此减缓或控制了腐蚀和结垢。

2　油田采出水回注处理中存在的主要问题

随着常规油藏的逐渐老化,稠油油藏、低渗透油藏的注水开发和开采,以及聚合物驱油技术的应用,国内油田采出水处理问题日益突出起来。

(1)随着常规油藏的逐渐老化,油田含水率急剧上升,油田采出水量迅速增大,目前国内许多油田仍采用老三段(即大罐收油—斜管沉降—过滤技术)进行水处理,由于其处理精度和速度很难适应目前的状况,造成水处理效果很差。而且,由于各油田的水质不同,同一种水处理工艺和技术处理的效果也不可能完全相同。因此,研制开发出适合本油田的最佳的水处理技术是摆在各油田面前的头等大事。

(2)对于稠油油田采出水处理,通常有三条出路:处理达标后外排;作为热采高压锅炉给水;处理达标后回注地层或回灌废地层。目前,将采出水处理后回注的处理工艺一般为:重力分离气浮分离精细过滤。为节约能源,通常将稠油油田采出水进行深度处理后作为热采锅炉给水。为达到锅炉给水指标,用重力分离、气浮分离技术和粒料过滤器除油及悬浮物以及用软化法降低硬度,虽可基本上达到给水水质指标,但可靠性差。目前,国外现已开始利用热力软化法、反渗透法处理采出水。美国还利用冷冻/蒸发技术(F TE/SM)用于水处理,工艺简单,效果较好。

(3)对于低渗透油田采出水处理,因低渗透油田对水质要求更严格,通常只有利用精细过滤和膜分

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工业水处理2000-10,20(10) 油田采出水回注处理技术进展

离技术才可达到其要求,从而使流程变长。而且由于过滤器价格昂贵、寿命短、需反复清洗,所以开发出价廉、寿命长、效率高的精细过滤器对于低渗透油田的开采十分重要。

(4)随着油田开发进入中晚期,聚合物驱油技术将作为一项比较成熟的和有重大实用价值的技术而越来越受青睐。但由于聚合物驱采出水中含有相当数量的聚合物分子,分离出来的污水粘度大,形成的乳化油较稳定,使油水分离更加困难。因此,如何处理聚合物驱采出水,使其既能达到水质标准,又能充分利用其中的聚合物分子,将是未来聚合物驱采出水回注处理技术的关键。3　建议 由于世界各国环保法规的日益完善及各种驱油技术的不断发展,油田采出水处理技术已明显的落后,跟不上石油工业的飞速发展,成为遏制石油工业进一步发展的关键因素之一。为此,今后应在以下几个方面加强油田水处理的研究和开发: (1)开发出高速度、低运行成本、高分离精度的高效油水分离设备;(2)开发出分离精度更高、操作更为方便、成本更低的精细过滤设备,以提高污水深度处理效率和精度;(3)研究出适合各油田采出水回注处理的最佳工艺和设备。尤其是对于水质要求较高的低渗透油田的采出水回注处理工艺和设备;(4)开发出无毒、高效、适用范围广、价廉的多功能水处理剂;(5)深入研究影响注入水水质稳定的因素,研究出适合各油田的良好的水质稳定剂。

[参考文献]

[1]Quantek.Coalescing Plate Separators[R ].P O BOX33210,Tulsa.

O K 74153USA.19861

[2]张宝田,刘福明1浮选技术在含油污水中的应用[J ]1注水及水

处理,1992,(2):110～1131

[3]田军1油田采出水深度处理技术[J ]1华北石油设计,1998,(4):

9～131

[4]刘念曾1压力溶气浮选的新设计[J ]1石油化工环境保护,1999,

(4):641

[5]高光才1含油污水处理技术及设备[J ]1中国海上油气(工程),

1999,11(4):39～421

[6]高鹏1离心分离在油气工业的应用日渐广泛[J ]1中国海上油气

(工程),1999,11(4):29～331

[7]Amold K https://www.360docs.net/doc/f314926762.html,bining production water treating devices boosts ef 2

ficiency[J ]1Offshore ,1998,58(1):68～701

[8]赵炜1应用井下油水分离系统避免油井过早被迫停产[J ]1国外

石油机械,1999,10(6):56～57,611

[9]丁永寿1精细过滤技术在吐哈油田的应用[J ]1华北石油设计,

1997,(4):8～121

[10]田军,谢阳1油气田采出水深度处理和利用技术[J ]1油气田地

面工程,1998,17(6):28～311

[11]徐英,李发永1用聚砜和磺化聚砜膜超滤处理含油污水的研究

[J ].石油大学学报(自然科学版),1997,21(2):67～691[12]徐英,李发永1超滤膜处理含油污水后污垢的清洗[J ]1石油大

学学报(自然科学版),1997,21(4):70～731

[13]王永1膜法处理油田采出水的进展[J ]1膜科学与技术,1998,

18(2):6～111

[14]孙宝江,付静1三次采油生产中含油污水超声波分离实验[J ]1

石油大学学报,1999,23(5):115～1161

[15]高宝玉,岳钦艳,等1聚硅氯化铝混凝剂的混凝效果研究[J ]1

中国给水排水,1999,15(12):14～171

[16]尹华,彭辉,等1天然高分子改性阳离子絮凝剂合成及其性能

与机理的研究[J ]1重庆环境科学,1999,21(6):30～321

[17]杨怀玉,祝英钊,等1IMC 系列缓蚀剂研究及在我国油田的应

用[J ]1油田化学,1999,16(3):273～2771

[18]李永刚,肖锦1水处理剂阻垢性质研究[J ]1工业水处理,1994,

14(6):17～191

[19]聂臻,姚占力,等1油田注水用杀菌剂在我国的应用及发展

[J ].石油与天然气化工,1999,28(4):304～3071

[20]吴新国,吴新民1油田注水用非氧化型杀菌剂[J ]1钻采工艺,

1997,20(2):66～691

[21]万玉纲1油田注水中细菌危害及对策评述[J ]1化工时刊,

1998,12(6):11～131

[22]何正国,王修垣1油藏中硫酸盐还原菌引起的腐蚀诊断及其生

物学防治[J ]1油田化学,1999,16(4):390～3921

[23]尹华,肖锦1多功能水处理剂研究进展[J ]1工业水处理,1995,

15(2):1～41

[24]周兰芳,傅绍斌,等1油田污水的水质改性技术研究[J ]1水处

理技术,1999,25(3):183～1861

[作者简介]张金波(1975-　

),男,1997年毕业于江汉石油学院石油工程系,1999年在读江汉石油学院99级研究生。

[收稿日期]2000-07-02

?会议通知?

2000年中国水处理工业回顾与展望研讨会预通知

二十多年来,我国水处理工业从无到有,在水处理科技工作者的共同努力下取得了长足进步和发展,值此中国化工学会工业水处理专业委员会成立廿周年之际,决定于今年11月20日～23日在武夷山市召开“2000年中国水处理工业回顾与展望研讨会暨中国化工学会工业水处理专业委员会成立廿周年纪念大会”。旨在通过会议回顾和检阅近1/4世纪以来我国水处理工业所取得的成绩,面向21世纪展望未来。欢迎各界人士届时出席会议。

联系电话/传真:(022)26512113 网址:http ://https://www.360docs.net/doc/f314926762.html, E -mail :msc @https://www.360docs.net/doc/f314926762.html,

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8—专论与综述 工业水处理2000-10,20(10)