CN102585793A - 一种基于膜软化技术制备驱油聚合物溶液的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油田开发技术领域，涉及一种基于膜软化技术制备驱油聚合物溶液的方法，将海水或苦咸水通过多介质过滤器去除固体悬浮颗粒物，得过滤水；再将过滤水经过超滤膜分离装置去除水中的有机物、胶体和悬浮物，得到超滤产水，再将超滤产水在纳滤膜分离装置中经过纳滤得到二价离子、矿化度和有机物含量均低的纳滤软化水；将纳滤软化水经过阳离子交换树脂软化后，出水经微滤膜过滤后得到离子交换软化水作为配聚用水配制高分子量的聚丙烯酰胺溶液为驱油聚合物溶液；其工艺原理可靠，操作简便，能耗小，成本低，便于推广和应用，具有显著的经济效益、环境效益和广阔的应用前景。

Description

一种基于膜软化技术制备驱油聚合物溶液的方法

技术领域：

本发明涉及一种基于膜软化技术制备驱油聚合物溶液的方法，特别是一种基于膜软化技术进行海水软化并用于配制海上油田或沿海陆地油田开发的驱油用的聚合物溶液的方法，属于油田开发技术领域。

背景技术：

纳滤膜技术是介于反渗透膜技术和超滤膜技术之间的一种新型操作压力驱动膜分离技术。纳滤膜表面通常荷负电，能通过静电作用阻碍多价离子的渗透，这是纳滤膜在很低操作压力下仍具有较高脱盐性能的重要原因，也决定了其独特的选择分离性能，即有效去除溶液中二价、多价离子和分子量大于200道尔顿的有机物质，对一价离子的截留率远低于二价和多价离子，纳滤分离与反渗透膜相比，具有优先去除多价离子、膜通量高、操作压力低、节能等优势。纳滤软化海水技术在油田注水开发中的应用，美国马拉公石油公司Plummer于1988年申请的美国专利US4723603A1公开了一种“Preventingplugging by insoluble salts in a hydrocarbon-bearingformation”，提出采用纳滤去除海水中易结垢的二价的硫酸根离子，将该软化水用于二次采油过程中油井的注入水，避免了注入海水中的SO₄ ^2-与油层中的高浓度Ba²⁺反应生成沉淀，从而避免了油层中粘土的毛细通道堵塞和由此造成的原油产量下降。美国GE公司于2004年申请的专利US2004007358(A1)，公开了一种采用带有三层结构的卷式半渗透纳滤膜，去除海水中易结垢的二价硫酸根离子，将纳滤软化海水作为注水的技术。以上专利均针对注水采油，即二次采油阶段。目前，陆上油田大多已进入三次采油阶段。聚合物驱油开发是一种主要的三次采油技术，该方法需要合适的聚合物用于驱油，对配制聚合物溶液的水质的硬度和矿化度等都有较高的要求；配聚用的清水多为淡水，由于水资源的日益缺乏，寻找合适的配聚用水是油田开发的当务之急；中国专利申请号200910016067.3(苏保卫，中国海洋大学)公开了一种用纳滤膜进行海水软化和采出水的深度处理，并通过清污混注，降低油田采油集输系统与地层结垢的方法。中国专利申请200710113282.6公开了一种将海水或苦咸水用于油田注水及配聚过程的方法，利用纳滤或反渗透膜降低矿化度和有机物含量并除去微量油等，将最终的透过水作为产品水与高分子量水溶性聚合物配制为聚合物溶液，后将该聚合物溶液注入油层驱油；由于纳滤膜处理的体系为海水体系，具有较高的矿化度，用现有商品化纳滤膜一般对矿化度的去除率不是很高，而且对钙镁离子的去除率一般最多只有百分之七八十，产水往往达不到海上油田配聚用水需求，造成配制的聚合物溶液的粘度较低，聚合物干粉的使用量增大，成本增加。同时，海上油田的部分采出水因聚合物含量超标而大大增加了处理难度，处理水往往达不到注水要求而只能处理后达标外排，但较高的聚合物浓度也大大增加了处理难度，往往难以达到排放标准；为了降低纳滤产水的硬度，往往采用更高截留率的膜或采取降低水回收率的方式，前者为达到相同产水量就需要提高操作压力，往往超过纳滤膜的使用上限，并且需要消耗较高的能量。后者则对膜元件的数量要求增大，增大了装置的投资成本和运行成本，并且增大了膜组件的占地面积，这对于面积有限的海上采油平台是难以接受的，从而大大限制了纳滤软化技术在海上采油平台的应用。因此，无论是陆上油田还是海上油田注聚开发的关键环节之一就是开发新的水源，供给配制聚合物用水，降低配聚用水的矿化度和硬度，有效地解决聚合物粘度下降的问题，并降低成本，确保油田稳定生产，提高采油过程的经济效益，并降低后处理成本，减少环境污染。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种基于纳滤海水膜软化技术配制驱油聚合物溶液的方法，针对海水或苦咸水的纳滤软化生产配制聚合物溶液的用水，降低用水的硬度和矿化度，达到配聚用水要求并降低成本；利用纳滤膜分离技术和离子交换法的两级式耦合软化方式，使用离子交换树脂降低纳滤软化水的硬度，达到配聚用水要求。

为了实现上述目的，本发明的工艺步骤包括：

(1)、将海水或苦咸水通过多介质过滤器或叠片式过滤器去除粒径为50微米以上的固体悬浮颗粒物，得过滤水；

(2)、再将过滤水经过超滤膜分离装置去除水中的有机物、胶体和悬浮物，得到超滤产水，超滤产水的污泥密度指数(SDI)≤3.0；

(3)、再将超滤产水在纳滤膜分离装置中经过纳滤得到二价离子、矿化度和有机物含量均较低的纳滤透过水或纳滤软化水；

(4)、将纳滤软化水经过阳离子交换树脂进一步软化后，出水经微滤膜过滤后得到离子交换软化水；

(5)、将离子交换软化水作为配聚用水，或将纳滤软化水和离子交换软化水以1∶9～9∶1的体积比例混合的混合软化水作为配聚用水；

(6)、用离子交换软化水或混合软化水的配聚用水配制高分子量的聚丙烯酰胺溶液，作为驱油聚合物溶液。

本发明所述的苦咸水包括地层清水，其含盐量为1000-40000mg/L。

本发明所述的超滤膜分离装置采用耐高温的中空纤维式超滤膜组件或陶瓷超滤膜组件，截留分子量为1-16万道尔顿，操作温度为2-80℃，操作压力为0.04-0.5MPa。

本发明所述的纳滤膜分离装置采用耐高温的卷式或中空纤维纳滤膜组件，操作温度为2-80℃，操作压力为0.5-4.5MPa，纳滤的产水回收率为20-80％。

本发明所述阳离子交换树脂可采用商品化的强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，纳滤软化水和离子交换软化水的混合软化水中钙镁离子总量小于200mg/L。

本发明所述的驱油用聚丙烯酰胺的分子量为2000万～4000万道尔顿，配制的聚合物溶液粘度超过30mPa.s，即达到配制聚合物用水的要求，聚合物用量浓度小于2000mg/L。

本发明所采用耦合式膜软化技术，与现有技术相比具有以下优点：一是使用较疏松的纳滤膜，产水量提高，降低纳滤膜的操作压力和成本，得到的纳滤产水的矿化度更接近地层水的矿化度；二是将纳滤产水部分与离子交换产水混合达到优化供水，供水量大且更灵活；三是产水具有很低的硬度，提高配制聚合物溶液的粘度和稳定性，降低配制聚合物溶液所需要的聚合物使用量，降低配聚成本，配聚时间缩短，节约生产时间，生产效率高；四是延长离子交换柱的使用寿命，纳滤膜去除海水中的大部分钙镁离子，减轻离子交换柱的工作负荷，延长离子交换柱的使用时间，减轻运行负担；五是由于聚合物干粉的使用量降低，采出水中聚合物浓度降低，从而降低处理难度，减轻采出水处理成本；六是降低离子交换的再生频率和由此所需要的酸碱盐等化学品用量，降低离子交换柱的运行成本，减少再生废液的排放量，环境污染小；其总体工艺原理可靠，操作简便，能耗小，成本低，便于推广和应用，具有显著的经济效益、环境效益和广阔的应用前景。

附图说明：

图1为本发明的工作流程结构原理示意框图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步阐述。

实施例1：

本实施例选择原水为海水，其具体工艺步骤为：

第一步，原水1通过自清洗过滤器2去除粒径为50微米以上的固体悬浮颗粒物；

第二步，过滤水经过超滤膜分离装置3，超滤膜装置3采用耐高温的中空纤维式超滤膜组件，截留分子量为3万道尔顿，操作温度为20℃，操作压力为0.1MPa，去除水中的有机物、胶体、悬浮物等，使超滤产水的污泥密度指数(SDI)降到3.0以下；

第三步，超滤产水经过纳滤膜分离装置4，纳滤膜分离装置采用耐高温的卷式纳滤膜组件NF200，操作温度为20℃，操作压力为2.OMPa，得到二价离子、矿化度和有机物含量均较低的纳滤透过水，即纳滤软化水；

第四步，将纳滤软化水经过001×7型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂5进一步软化，出水经微滤装置6过滤，此即为离子交换软化水；

第五步，将离子交换软化水作为配聚用水，直接进入配聚装置7；

第六步，高分子量水溶性聚丙烯酰胺的分子量为2800万道尔顿，配制的聚合物溶液浓度是1200mg/L；本实施例的结果列于表1。

实施例2：

本实施例选择原水为地层清水，其具体工艺步骤为：

按照实施例1的步骤，其中不同点说明如下：

第二步，超滤膜的截留分子量为8万，操作温度为45℃，操作压力为0.12MPa；

第四步，纳滤膜分离装置操作温度为45℃，操作压力为2.5MPa；

第六步，配制的聚合物溶液浓度是800mg/L；其结果列于表1。

实施例3：

本实施例选择原水为苦咸水，按照实施例1的步骤，其中不同点说明如下：

第二步，超滤膜采用陶瓷膜，截留分子量为8万，操作温度为15℃，操作压力为0.10MPa；

第四步，纳滤膜分离装置操作温度为15℃，操作压力为2.8MPa；

第六步，高分子量聚丙烯酰胺的分子量为2500万，配制的聚合物溶液浓度是1000mg/L；其结果列于表1。

实施例4：

本实施例的选择原水为海水，第一至第四步按照实施例1的步骤，其中不同点说明如下：

第二步，超滤膜的截留分子量为5万，操作温度为22℃，操作压力为0.08MPa；

第四步，纳滤膜分离装置操作温度为22℃，操作压力为2.8MPa；

第五步，将纳滤软化水和离子交换软化水根据以2∶1的比例混合，使水质达到配聚用水指标后，进入配聚装置7；

第六步，配制的聚合物溶液浓度是1500mg/L；其结果列于表1。

实施例5：

本实施例选择原水为地层清水，按照实施例4的步骤，其中不同点说明如下：

第二步，超滤膜采用陶瓷膜，截留分子量为5万，操作温度为40℃，操作压力为0.10MPa；

第四步，纳滤膜分离装置操作温度为40℃，操作压力为2.8MPa；

第五步，将纳滤软化水和离子交换软化水根据以1∶5的比例混合使水质达到配聚用水指标后，进入配聚装置7；

第六步，高分子量聚丙烯酰胺的分子量为2500万，配制的聚合物溶液浓度是1200mg/L；其结果列于表1。

实施例6：

本实施例选择原水为苦咸水，按照实施例4的步骤，其中不同点说明如下：

第二步，超滤膜的截留分子量为2万，操作温度为18℃，操作压力为0.15MPa；

第四步，纳滤膜分离装置操作温度为18℃，操作压力为2.2MPa；

第五步，将纳滤软化水和离子交换软化水根据以3∶1的比例混合使水质达到配聚用水指标后，进入配聚装置7；

第六步，高分子量聚丙烯酰胺的分子量为2400万，配制的聚合物溶液浓度是1000mg/L；其结果列于表1。

表1为实施例1-6处理后的水质指标

Claims (6)

1.一种基于膜软化技术制备驱油聚合物溶液的方法，其特征在于工艺步骤包括：

(1)、将海水或苦咸水通过多介质过滤器或叠片式过滤器去除粒径为50微米以上的固体悬浮颗粒物，得过滤水；

(2)、再将过滤水经过超滤膜分离装置去除水中的有机物、胶体和悬浮物，得到超滤产水，超滤产水的污泥密度指数(SDI)≤3.0；

(3)、再将超滤产水在纳滤膜分离装置中经过纳滤得到二价离子、矿化度和有机物含量均较低的纳滤透过水或纳滤软化水；

(4)、将纳滤软化水经过阳离子交换树脂进一步软化后，出水经微滤膜过滤后得到离子交换软化水；

(5)、将离子交换软化水作为配聚用水，或将纳滤软化水和离子交换软化水以1∶9～9∶1的体积比例混合的混合软化水作为配聚用水；

(6)、用离子交换软化水或混合软化水的配聚用水配制高分子量的聚丙烯酰胺溶液，作为驱油聚合物溶液。

2.根据权利要求1所述的基于膜软化技术制备驱油聚合物溶液的方法，其特征在于所述的苦咸水包括地层清水，其含盐量为1000-40000mg/L。

3.根据权利要求1所述的基于膜软化技术制备驱油聚合物溶液的方法，其特征在于所述的超滤膜分离装置采用耐高温的中空纤维式超滤膜组件或陶瓷超滤膜组件，截留分子量为1-16万道尔顿，操作温度为2-80℃，操作压力为0.04-0.5MPa。

4.根据权利要求1所述的基于膜软化技术制备驱油聚合物溶液的方法，其特征在于所述的纳滤膜分离装置采用耐高温的卷式或中空纤维纳滤膜组件，操作温度为2-80℃，操作压力为0.5-4.5MPa，纳滤的产水回收率为20-80％。

5.根据权利要求1所述的基于膜软化技术制备驱油聚合物溶液的方法，其特征在于所述阳离子交换树脂可采用商品化的强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，纳滤软化水和离子交换软化水的混合软化水中钙镁离子总量小于200mg/L。

6.根据权利要求1所述的基于膜软化技术制备驱油聚合物溶液的方法，其特征在于所述的驱油用聚丙烯酰胺的分子量为2000万～4000万道尔顿，配制的聚合物溶液粘度超过30mPa.s，即达到配制聚合物用水的要求，聚合物用量浓度小于2000mg/L。

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