CN102701504B - 一种油田驱油用聚合物溶液的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于采油技术领域，涉及一种油田驱油用聚合物溶液的制备方法，先将海水杀菌，并去除悬浮颗粒物得过滤海水；再将过滤海水用超滤膜组件去除微量悬浮物质得超滤产水；超滤产水加压并采用纳滤膜元件生成纳滤产水和纳滤浓水；经纳滤膜元件后产生二级纳滤产水和二级纳滤浓水进入配聚装置配制聚合物母液；经稀释后注入地层驱油；其工艺简便，能耗低，环境友好，经济效益明显，便于推广应用。

Description

一种油田驱油用聚合物溶液的制备方法

技术领域：

本发明属于采油技术领域，涉及一种油田驱油用聚合物溶液的制备方法，特别是一种通过两级纳滤膜软化技术配制油田驱油用聚合物溶液的技术工艺，用于油田开采技术中提高采油量和采油效率。

背景技术：

海上油田采油平台设计寿命一般在20-30年，海上采油的时间跨度应该与海上平台的使用寿命相匹配，因此必须采用包括水驱、化学驱等在内的各种提高采收率技术，完成对可采原油贮量的开采。聚合物驱油是一种主要的化学驱油方法之一，目前已在陆上油田得到广泛应用，聚合物驱油是海上油田开发的一项重要的提高采收率举措。聚合物驱油技术对配制聚合物溶液用水的需求量大，且对水的硬度和矿化度等都有较高的要求，但目前面临的挑战是缺乏适合配聚的淡水和软化水资源，对于海上油田而言，打水源井的水质和水量往往难以满足要求，并且对深海采油，打井取水经济上不可行；如果用海水直接配聚，则因为海水的矿化度和二价离子含量很高，常规聚合物所配制的聚合物溶液粘度很低，达不到驱油效果；在用海水或地层清水配聚时常采用耐盐聚合物，但耐盐聚合物的成本相对较高，且直接使用高盐高硬度水所配制的聚合物溶液注入地层后，溶液中的高盐度会与地层粘土发生作用，导致粘土运移等，由此引起地层堵塞和压力上升。因此，海上油田聚合物驱油开发的技术关键之一是寻找尽可能保持聚合物溶液粘度，同时又不会引起地层损害的配制聚合物溶液用水。

纳滤膜技术是一种新型压力驱动膜分离技术。纳滤膜具有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，并且膜通量高、操作压力低。纳滤海水软化技术在油田注水开发中已有应用，大多以去除海水中易结垢的二价硫酸根离子后直接作为油田采油注入水为目的，如美国马拉公石油公司专利US4723603A1和美国GE公司专利US2004007358(A1)所公开的技术，均采用纳滤去除海水中易结垢的硫酸根离子，从而避免了注入海水中的硫酸根离子与油层中的高浓度二价阳离子反应生成沉淀，以及由此引起的油层中粘土的毛细通道堵塞和原油产量下降；以上专利均针对注水采油，即二次采油阶段；近年来，国内开展了纳滤技术用于配制驱油聚合物的三次采油的应用研究，中国专利申请号200910016067.3公开了一种用纳滤膜进行海水软化和采出水的深度处理，并通过清污混注或配聚驱油，降低油田采油集输系统与地层结垢的方法。中国专利申请号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，利用旋流和膜分离集成技术，降低矿化度和有机物含量等，将最终的产品水用于配制驱油聚合物溶液。现有技术均采用一级纳滤软化，由于海水体系具有较高的矿化度，采用现有商品化纳滤膜的一级纳滤软化装置的产水往往达不到油田配聚的水质需求，造成配制的聚合物溶液的粘度较低，聚合物干粉的使用量较大；并且为达到所需水量，一级纳滤过程需要采用较高的操作压力，或需要大大增加膜元件的数量等等，这些均导致成本大幅度增加。因此，海上油田注聚开发的关键环节之一就是开发合适的配制聚合物溶液用水，降低配聚用水的矿化度和硬度，有效地解决聚合物溶液粘度下降的问题，并降低注聚成本和后处理成本，提高采油过程经济效益，确保油田稳定生产。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种油田驱油用聚合物溶液的制备新工艺技术方案，采用超滤和两级纳滤的集成膜技术生产适合配聚的软化水，提高聚合物溶液的粘度。

为了实现上述目的，本发明的主体工艺步骤包括：

（1）将海水经过市售的电解制氯装置杀菌杀藻，并经过叠片式自清洗过滤器去除原水中粒径大于50～100μm的悬浮颗粒物和藻类，得到过滤海水；海水温度低时通过换热器与经除油处理的采出水换热，使过滤海水的温度升高到10℃以上；

（2）将过滤海水用低压泵输送至超滤装置，选用耐污染、截留分子量较小的超滤膜组件去除过滤海水中的微量悬浮物质、大分子有机物、残留油分、藻类和细菌，得到超滤产水；

（3）在第一级纳滤装置中，超滤产水由第一级高压泵加压，采用对二价阴离子具有高截留率、对二价阳离子具有低截留率的低压高通量纳滤膜元件，产生第一级纳滤产水和第一级纳滤浓水；第一级纳滤产水称为一级纳滤软化海水，其中的二价阴离子的总含量降低到200mg/L以下，第一级纳滤浓水简称一级纳滤浓水，直接排放；

（4）在第二级纳虑装置中，由第二级高压泵将一股一级纳滤软化海水加压，另一股一级纳滤软化海水与二级纳滤浓水通过能量回收装置交换能量，并经过增压泵增压之后，两股一级纳滤软化海水汇合后进入二级纳滤膜装置，采用对二价阳离子具有高截留率的纳滤膜元件，产生二级纳滤产水和二级纳滤浓水；二级纳滤产水又称为二级纳滤软化海水，其中二价阳离子的总含量降低到200mg/L以下；

（5）将二级纳滤产水直接进入常规的配聚装置，或将二级纳滤产水与部分一级纳滤产水混合后进入常规的配聚装置，并加入分子量为2000万～4000万的聚丙烯酰胺，配制聚合物母液；

（6）将聚合物母液经过稀释至粘度达到聚合物驱油要求后注入地层驱油。

本发明所述的海水取自表层海水或海面以下5～10米的海水；海水在冬季先经过换热器与经除油处理的采出水换热，使其温度上升为10～30℃；所述的叠片式自清洗过滤器精度范围≤150μm。

本发明所使用的超滤装置中的超滤膜采用亲水性好、耐污染的中空纤维超滤膜或陶瓷超滤膜，截留分子量范围为2～10万道尔顿,采用错流过滤方式，减少膜面污染，操作压力范围为0.03～0.3MPa。

本发明所述的一级纳滤膜的操作压力为1.0～3.0MPa，具有较高的通量，对硫酸根的截留率大于95%，对钙镁离子的截留率低于90%，对一价离子的截留率为40%以下。

本发明所述的二级纳滤膜的操作压力为2.0～4.0MPa，对钙镁离子的截留率大于90%，对硫酸根的截留率大于90%，对其它离子的截留率为40～90%；所述的二级纳滤产水的含盐量在2000～10000mg/L之间，二价阳离子的含量低于200mg/L。

本发明所述的聚合物为聚丙烯酰胺，或部分水解聚丙烯酰胺，或离子型聚丙烯酰胺，或疏水缔合水溶性聚合物，或改性聚丙烯酰胺等，聚合物的分子量2000～4000万道尔顿。

本发明所述的聚合物母液的聚合物浓度为3000～8000mg/L，聚合物母液经稀释后，其聚合物浓度降为800～2500mg/L，其溶液粘度大于油藏中原油的粘度，即达到聚合物驱油要求。

本发明所述的能量回收装置、电解制氯装置、自清洗过滤器、高压泵和换热器均为市售通用产品；能量回收装置包括PEI公司的PX型能量回收器或Pelton公司的Pelton型能量回收器等。

本发明与现有技术相比具有下列优点：采用两级纳滤过程，将二价阴离子和二价阳离子的分离分成两步进行，其中第一级纳滤采用对二价阴离子具有很高截留率，对二价阳离子截留率相对较低的纳滤膜，以分离二价阴离子为主，且具有很高的通量，可以使用额定压力较低的高压泵，操作压力较低，装置运行稳定，并降低膜污染和结垢风险；第二级采对二价阳离子具有较高截留率的纳滤膜，以分离二价阳离子为主，从而防止了分离过程中的结垢，同时因进水的TDS浓度降低，所以可适当提高操作压力，提高水回收率，并结合使用能量回收装置，有效降低能耗；采用两级纳滤可使二价离子含量大幅度降低，配制的聚合物溶液粘度满足聚合物驱的要求,并且可降低配制聚合物溶液所需要的聚合物干粉使用量；将二级纳滤产水与部分一级纳滤产水混合后进入配聚装置，可以根据地层水的水质特点和聚合物驱的粘度要求，适当调整配聚用水水质，使之满足配聚用水水质需求，并尽可能增大配聚用水水量，该方法可以大大提高配聚用水的适用性和灵活性；配聚时间短，配聚成本低，生产效率高；冬季使用换热器将海水与采出水换热，可有效地保证膜过程的正常运行，并提高产水量；其工艺操作简便，能耗低，环境友好，经济效益明显，便于推广普及应用。

附图说明：

图1为本发明的工艺过程流程结构原理示意框图，其中包括海水1、电解制氯装置2、自清洗过滤器3、换热器4、低压泵5、超滤装置6、低压泵7、保安过滤器8、第一级高压泵9、第一级纳滤装置10、第二级高压泵11、第二级纳滤装置12、配聚装置13、混合器14、聚合物溶液15、第二级纳滤浓水16、能量回收装置17、增压泵18、采出水冷却水19、高温采出水20、超滤浓水21、第一级纳滤浓水22、聚合物干粉23、处理后采出水或软化水24、降压后的第二级纳滤软化浓水25。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作详细描述。

实施例1：

本实施例的海水温度为5℃，具体步骤包括：

第一步，海水1经过电解制氯装置2杀菌杀藻，并经过规格为100μm的叠片式自清洗过滤器3去除粒径大于100μm的悬浮颗粒物和藻类等，再经过换热器4与经除油处理的采出水20换热，使过滤海水的温度提高到16℃；采出水冷却水19则直接进入回注水处理管线；

第二步，将过滤海水用低压泵5输送至超滤装置6得到超滤产水，超滤装置6采用PVDF超滤膜，截留分子量为50000道尔顿，操作压力为0.10MPa，水回收率为90%，超滤浓水21进入浓水排放管线；

第三步，超滤产水由低压泵7输送，进入保安过滤器8，再由第一级高压泵9输送进入第一级纳滤装置10，第一级采用ESNA3型纳滤膜元件，高压泵操作压力为1.8MPa，产生一级纳滤软化海水；一级纳滤浓水22进入浓水排放管线；

第四步，60%的一级纳滤软化海水由第二级高压泵11输送进入第二级纳滤装置12，其余的一级纳滤软化海水进入能量回收装置17，回收第二级纳滤浓水16的压力能，然后经增压泵18增压后与第二级高压泵11加压的一级纳滤软化海水混合后进入第二级纳滤膜装置12，第二级纳滤装置采用NF90型纳滤膜，操作压力为3.2MPa；降压后的二级纳滤浓水25进入浓水排放管线；

第五步，二级纳滤软化海水进入配聚装置13，加入分子量为2800万左右的聚丙烯酰胺干粉23，配制聚合物浓度为6000mg/L，经陈化后即作为海上油田聚合物驱油用的聚合物母液；

第六步，将聚合物母液进入稀释混合器14，加入二级纳滤软化海水24将溶液中聚合物的含量稀释为1500mg/L，得到的聚合物溶液15粘度达到53cP，满足聚合物驱油要求。

实施例2：

本实施例的海水温度为18℃，按照实施例1的步骤，其中不同点说明如下：

第一步，不使用换热器4；

第二步，超滤膜采用陶瓷超滤膜，截留分子量为20000道尔顿，超滤装置6的操作压力为0.08MPa，超滤装置的水回收率为90%；

第三步，第一级纳滤装置10的操作压力为1.8MPa，第一级纳滤采用DL型纳滤膜；

第四步，65%的一级纳滤软化海水由第二级高压泵11输送进入第二级纳滤装置12；第二级纳滤装置12的操作压力为3.2MPa；第二级纳滤装置采用ESNA1型纳滤膜，由第二级高压泵供水；

第五步，加入分子量为2400万左右的部分水解聚丙烯酰胺干粉23，配制的聚合物母液中聚合物浓度为4500mg/L；

第六步，聚合物母液中加入二级纳滤软化海水24，将溶液中聚合物的含量稀释为1200mg/L，得到的聚合物溶液15，其粘度达到43cp，满足配聚要求。

实施例3：

本实施例的海水水温为28℃，按照实施例1的步骤，其中不同点说明如下：

第一步，自清洗过滤器3的规格为80μm；不使用换热器4；

第二步，超滤膜采用聚醚砜超滤膜，截留分子量为50000道尔顿，超滤装置6的操作压力为0.10MPa，超滤装置6的水回收率为92%；

第三步，第一级纳滤装置采用DL型高性能纳滤膜，由一台高压泵供水，操作压力为2.0MPa；一级纳滤软化海水中的二价阴离子的总含量降低到100mg/L以下；

第四步，60%的一级纳滤软化海水由第二级高压泵11输送进入第二级纳滤装置12，其余一级纳滤软化海水进入能量回收装置17；然后由增压泵18增压后与第二级高压泵11加压的一级纳滤软化海水混合后输送入第二级纳滤膜装置12，第二级纳滤装置采用ESNA1型纳滤膜，由高压泵11供水，操作压力为3.2MPa，产生的二级纳滤软化海水中二价阳离子的总含量降低到200mg/L以下；

第五步，二级纳滤软化产水进入配聚装置13，加入分子量为2500万-3000万的聚丙烯酰胺干粉23，配制的聚合物母液中聚合物浓度为5500mg/L；

第六步，加入经过除油处理的采出水24将溶液中聚合物的含量稀释为1300mg/L，得到的聚合物溶液15，其粘度达到50cP，满足配聚要求。

实施例4：

本实施例的海水水温为28℃，按照实施例1的步骤，其中的不同点说明如下：

第一步，自清洗过滤器3的规格为100μm；取消换热器4；

第二步，超滤膜采用PVDF超滤膜，截留分子量为80000道尔顿，超滤装置6的操作压力为0.12MPa，超滤装置6的水回收率为92%；

第三步，第一级纳滤装置10采用DL型高性能纳滤膜，操作压力为2.4MPa。一级纳滤软化海水中的二价阴离子的总含量降低到100mg/L以下；

第四步，60%的一级纳滤软化海水由二级高压泵11输送进入第二级纳滤装置12，其余一级纳滤软化海水进入能量回收装置17；然后由增压泵18增压后输送入第二级纳滤膜装置12，第二级纳滤装置采用NF90型高性能纳滤膜，操作压力为3.6MPa；

第五步，二级纳滤软化产水进入配聚装置13，加入分子量为2800万左右的聚丙烯酰胺干粉23，配制的聚合物母液中聚合物浓度为5500mg/L；

第六步，加入纳滤软化海水24将溶液中聚合物的含量稀释为1600mg/L，得到的聚合物溶液15，其粘度达到66cP，满足配聚要求。

实施例5：

本实施例的海水水温为20℃，按照实施例4的步骤，其中的不同点说明如下：

第四步，50%的一级纳滤软化海水由二级高压泵11输送进入第二级纳滤装置12，35%的一级纳滤软化海水进入能量回收装置17；然后由增压泵18增压后输送入第二级纳滤膜装置12，第二级纳滤装置采用NF90型高性能纳滤膜，操作压力为3.6MPa；

第五步，将二级纳滤产水与15%的一级纳滤产水混合后进入配聚装置13，加入分子量为2800万左右的聚丙烯酰胺干粉23，配制的聚合物母液中聚合物浓度为5500mg/L；

第六步，加入纳滤软化海水24将溶液中聚合物的含量稀释为1600mg/L，得到的聚合物溶液15，其粘度达到50cP，满足配聚要求。

Claims (6)

1.一种油田驱油用聚合物溶液的制备方法，其特征在于工艺步骤包括：

（1）先将海水经过市售的电解制氯装置杀菌杀藻，并经过叠片式自清洗过滤器去除原水中粒径大于50～150μm的悬浮颗粒物和藻类，得到过滤海水；海水温度低时通过换热器与经除油处理的采出水换热，使过滤海水的温度升高到10℃以上；

（2）再将过滤海水用低压泵输送至超滤装置，选用超滤膜组件去除过滤海水中的微量悬浮物质、有机物、残留油分、藻类和细菌，得到超滤产水；

（3）在一级纳滤系统装置中，超滤产水由第一级高压泵加压，采用对二价阴离子具有高截留率、对二价阳离子具有低截留率的低压高通量纳滤膜元件，生成第一级纳滤产水和第一级纳滤浓水；第一级纳滤产水称为一级纳滤软化海水，其中的二价阴离子的总含量降低到200mg/L以下，第一级纳滤浓水简称一级纳滤浓水，直接排放；

（4）在二级纳滤系统装置中，由第二级高压泵将一部分一级纳滤软化海水加压，另一部分一级纳滤软化海水与二级纳滤浓水通过能量回收装置交换能量，并经过增压泵增压之后，两股纳滤软化海水混合后进入二级纳滤膜装置，采用对二价阳离子具有高截留率的纳滤膜元件，产生二级纳滤产水和二级纳滤浓水；二级纳滤产水又称为二级纳滤软化海水，其中二价阳离子的总含量降低到200mg/L以下，通过现有的能量回收装置把二级纳滤浓水的压力能回收至一级进水；

（5）将二级纳滤产水直接进入配聚装置，或与一级纳滤产水混合后进入配聚装置，并加入分子量为2000万～4000万的聚丙烯酰胺，配制聚合物母液；

（6）将聚合物母液经过稀释至粘度达到聚合物驱油要求后注入地层驱油。

2.根据权利要求1所述的油田驱油用聚合物溶液的制备方法，其特征在于所述的海水取自表层海水或海面以下5～10米的海水；海水在冬季先经过换热器与经除油处理的采出水换热，使其温度上升为10～30℃；所述的叠片式自清洗过滤器精度范围≤150μm。

3.根据权利要求1所述的油田驱油用聚合物溶液的制备方法，其特征在于所使用的超滤装置用的超滤膜采用中空纤维超滤膜或陶瓷超滤膜，截留分子量范围为2～10万道尔顿,采用错流过滤方式，减少膜面污染，操作压力范围为0.03～0.3MPa。

4.根据权利要求1所述的油田驱油用聚合物溶液的制备方法，其特征在于所述的一级纳滤膜的操作压力为1.0～3.0MPa，对硫酸根的截留率大于95%，对钙镁离子的截留率低于90%，对一价离子的截留率为40%以下。

5.根据权利要求1所述的油田驱油用聚合物溶液的制备方法，其特征在于所述的二级纳滤膜的操作压力为2.0～4.0MPa，对钙镁离子的截留率大于90%，对硫酸根的截留率大于90%，对其它离子的截留率为40～90%；所述的二级纳滤产水的含盐量为2000～10000mg/L，二价阳离子的含量低于200mg/L。

6.根据权利要求1所述的油田驱油用聚合物溶液的制备方法，其特征在于所述的聚合物为2000～4000万分子量的聚丙烯酰胺；聚合物母液中的聚合物浓度为3000～8000mg/L，聚合物母液经稀释后，其聚合物浓度降为800～2500mg/L，其溶液粘度大于油藏中原油的粘度，即为达到聚合物驱油要求。

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