CN102942282B - 一种油田注水和注聚用水的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油田开发技术领域，涉及一种油田注水和注聚用水的制备方法，先将海水经过电解制氯装置杀菌杀藻和过滤后经过一级预热器和二级预热器换热，再将海水输送至超滤装置过滤得超滤产水；一部分超滤产水经过高压泵输送进入纳滤装置，剩余部分超滤产水进入能量回收装置，与纳滤装置的浓水进行能量交换后输送进入纳滤装置；然后将纳滤产水通过换热器与采出水换热；将纳滤产水脱氧后直接作为注入水进入注水系统，或进入配聚装置，并加入聚丙烯酰胺配制成聚合物母液，最后将聚合物母液稀释后注入地下驱油；其操作简便，成本低，能耗少，氧腐蚀速率低，有利于注水开发和聚合物驱油技术的推广。

Description

一种油田注水和注聚用水的制备方法

技术领域：

本发明属于油田开发技术领域，涉及一种基于纳滤海水软化技术进行海水软化、基于膜脱气技术进行脱氧，生产用于海上油田注水和配制驱油聚合物溶液用水的方法，特别是一种油田注水和注聚用水的制备方法。

背景技术：

我国陆上油田大多采用注水或注聚合物驱油的方式，采出污水处理所提供的水量往往难以满足回注水的水量要求，因此需要采取其它水源作为补充水，一般采用清水（河水或打水源井抽取浅层地下水）作补充注水，注水开发和聚合物驱油也是海上油田开发一项重要的提高采收率举措，这两种提高采收率方式均需要合适的水源，特别是聚合物驱技术对配制聚合物溶液用水的硬度和矿化度等都有较高的要求；但海上油田开发目前面临的挑战之一就是淡水资源缺乏，常用的水源是通过打水源井提取地层清水获取的，但是，打水源井的成本一般较高，且水量一般不易保证；用高盐高硬度的海水直接作为注水则与地层水不配伍，会与地层粘土和地层水发生作用，导致结垢和粘土运移等，造成严重的油井和地层堵塞；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，若使用耐盐聚合物则成本相对较高，且聚合物用量大，因此，海上油田注水开发和聚合物驱油开发的技术关键之一是寻找能与地层水配伍的大量水源作为注入水或作为配制聚合物溶液用水。

目前，纳滤海水软化技术在油田注水开发中的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)；中国专利ZL200910016067.3（本申请者）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；在纳滤技术用于注聚开发方面，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，这种方法存在旋流器无法去除低密度颗物的固有缺点。以上专利均没有考虑注入水或配聚用水的脱氧问题，无论是注水还是配聚驱油，都要求含氧量不能超过0.1mg/L,否则易造成采油管线严重腐蚀，腐蚀问题是海上油田开发存在的主要问题之一。目前多采用热力或超重力除氧的方式，需要消耗较多的能量。配聚溶液中的氧的存在还易造成聚合物的氧化和断链，造成聚合物降解和粘度下降，降低驱油效果。此外，在膜应用过程中，水温每下降一度，膜通量下降3%左右，因此，冬季膜通量大幅度下降，仅为25度时的一半或三分之一左右，而油田注水开发和注聚开发所需的水量不会因此改变，为确保冬季正常提供足够的水量就需要膜装置具有非常宽的操作弹性，这对于膜过程的设计与运行是非常困难的。一般只能采用增大膜面积的方式，从而大大增加占地面积，这对于海上采油平台及海上浮式采油储油轮（PFSO）的有限空间来说是代价很高的。因此，海上油田注水和注聚开发的关键环节之一是确保提供与地层水和储层配伍的注入水和配制聚合物溶液用水，并确保所需要的水量，才能维持油田稳定生产，并降低后处理成本，提高采油过程的经济效益。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，针对海上油田注水开发和配聚驱油中存在的问题，并针对海上采油平台及海上浮式采油储油轮（PFSO）的有限空间，寻求设计提供一种油田注水开发和注聚开发用水的制备方法，采用前处理、预热、超滤、纳滤、膜法脱气的紧凑式集成膜法处理工艺技术，为海上油田注水开发和注聚开发提供所需要的软化水，降低结垢趋势和腐蚀速率，提高配聚驱油效果，提高采收率。

为了实现上述目的，本发明的主体工艺步骤包括：

（1）、将海水采用常规的电解制氯装置进行杀菌杀藻；

（2）、将步骤（1）得到的海水经过叠片式自清洗过滤器去除粒径为50μm以上的悬浮颗粒物和藻类，得过滤海水；

（3）、将过滤海水经过一级预热器与纳滤浓水进行逆流流动换热，吸收纳滤浓水的热量，将原水温度提高3～10℃，回收热量之后的纳滤浓水直接排放，得预热后的过滤海水；

（4）、将预热后的过滤海水经过二级预热器与采出水进行逆流流动换热，进一步提高海水温度至25～35℃，并通过流量阀门控制海水温度不超过40℃；

（5）、用低压泵将步骤（4）得到的海水输送至超滤装置，去除过滤水中的微量悬浮物质、大分子有机物、残留油分、藻类和细菌，得到的超滤产水SDI小于3.0，浊度小于0.1NTU；超滤浓水直接至一级预热器加热海水，将热量传递给海水后，超滤浓水直接排放；

（6）、40%-60%的超滤产水经过高压泵输送进入纳滤装置制得纳滤产水，剩余部分超滤产水进入能量回收装置，与纳滤装置的浓水进行能量交换后，再由增压泵输送进入纳滤装置，能量交换之后的纳滤浓水直接至一级预热器加热海水，将热量传递给海水后，纳滤浓水直接排放；

（7）、将纳滤产水通过钛板式换热器继续与来自油田的采出水换热至40～50℃；

（8）、采用疏水性中空纤维脱气膜装置脱除步骤（7）得到的纳滤产水中的氧气，使纳滤产水中的氧含量降至0.1mg/L以下，得脱氧后的纳滤产水；

（9）、将步骤（8）得到的脱氧后的纳滤产水直接作为注入水进入注水系统；或进入配聚装置，并加入分子量为2000万～4500万的聚丙烯酰胺，配制成聚合物浓度为3000～10000mg/L的聚合物母液；在稀释混合器中加入纳滤产水将聚合物母液中聚合物的含量稀释至500～2500mg/L，溶液粘度为20～80mPa.s后，通过注聚系统注入地下驱油。

本发明所述的换热器为耐腐蚀的钛板式换热器，传热系数为2000～6000kW/m².K。

本发明所述的超滤装置采用耐污染、低截留分子量的中空纤维式超滤膜组件，其超滤膜组件采用亲水化改性聚砜（PS）、聚丙烯（PP）或聚偏氟乙烯（PVDF）材质，能够耐海上采油平台附近海水和地层清水中微量油的污染；超滤膜的截留分子量越小，对有机物的去除率越大，其产水越有利于纳滤膜的运行；超滤膜组件的截留分子量范围为2万～10万道尔顿，操作压力范围为0.03～0.3MPa。

本发明所述的纳滤装置使用的纳滤膜在用于注水开发时，选择对二价阳离子的截留率范围在70%以下的纳滤膜组件；或用于配制聚合物溶液，选择对二价阳离子的截留率范围大于90%的纳滤膜组件，使纳滤膜产水中二价阳离子的总含量降低至200mg/L以下。

本发明所述的中空纤维脱气膜装置采用抽真空脱气的脱氧模式，根据具体的脱氧要求选择采用一级脱气或两级脱气的方式，其使用的脱气膜采用聚丙烯（PP）、聚偏氟乙烯（PVDF）膜或聚四氟乙烯（PTFE）膜的中空纤维式膜组件，膜的微孔孔径为0.01～0.2μm。

本发明采用耐腐蚀、高效率的钛板式换热器将海水与油田采出水进行换热，传热系数在2000～6000kW/m².K之间，传热速率高，换热器的占地面积小；由于采出水的水温一般可以达到50℃以上，而且采出水量很大，采出水的能量可以充分利用；由于通过换热可将超滤膜和纳滤膜的进水温度保持在20℃以上，可大幅度提高超滤膜和纳滤膜的通量，从而确保冬季海上油田开发所需的水量和采油系统的正常运行；较高的膜通量可大幅度降低膜元件的使用数量，从而可大幅度降低膜系统的占地面积，这对于海上平台来说至关重要；水温的提高，也有利于聚合物的溶解，从而可以大幅度提高配聚效率；疏水性中空纤维脱气膜组件中的膜丝装填密度大，可提供的气液传质比表面积大，大大提高传质速率，因此较之超重力脱氧和热力脱氧等脱氧方式，脱氧效率有很大的提高,膜脱气装置的脱气效率可高达99%，大幅度降低水中的氧含量，出水二氧化碳和氧气浓度可小于100ppb,能够达到注水标准所规定的进水含氧量要求，并大幅度降低了输油管线的腐蚀速率，具有巨大的经济效益；脱气后的纳滤软化水中含氧量极低，可大大减少细菌的滋生；配聚溶液的含氧量大幅度下降，也可以进一步降低在长期聚合物驱采过程中在较高的地层温度下的聚合物的氧化降解速率，及由此带来的聚合物粘度的下降，从而有效地提高了驱油波及率和驱油效率；含氧量下降所带来的粘度增加，可以减少配制聚合物溶液所需要的聚合物干粉使用量，即降低配聚成本；同时，由于聚合物的浓度降低，配聚时间缩短，提高了生产效率；由于纳滤膜去除了大部分有机物，纳滤产水水质非常好，以纳滤产水作为膜脱气装置的进水，可使脱气膜不易污染，脱气效率保持稳定。

本发明与现有技术相比，操作简便，能耗低，通过能量的有效利用，可使膜系统的进水温度常年基本维持在20～35℃之间，膜通量基本不受季节和气温变化的影响，适合冬季运行，装置占地面积小，成本低，氧腐蚀速率低，有利于注水开发和聚合物驱油技术的推广和提高油田开发效率与采收率，可以有效地减少海上油田对淡水的依赖性，确保油田稳定生产，经济效益、社会效益和环境效益显著。

附图说明：

图1为本发明的工艺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、一级预热器4、二级预热器5、超滤装置6、高压泵7、纳滤装置8、换热器9、脱气膜装置10、配聚装置11、稀释混合器12、注聚系统或注水系统13、超滤浓水14、能量回收装置15、增压泵16、纳滤浓水17、聚丙烯酰胺18、脱氧后的纳滤产水或处理后的采出水或地层清水19、除油后的采出水20、换热后的采出水21和换热后的超滤浓水与纳滤浓水的混合水22。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步描述。

实施例1：

本实施例的海水水温为2℃，具体步骤为：

第一步，将海水1经过电解制氯装置2杀菌杀藻；

第二步，采用规格50μm的自清洗过滤器3，去除海水中粒径为50μm以上的悬浮颗粒物和部分藻类，得过滤海水；

第三步，过滤海水进入钛板式一级预热器4，与纳滤浓水和超滤浓水进行逆流流动换热，回收纳滤浓水的热量，将海水温度提高到8℃，回收热量之后的纳滤浓水直接排放；

第四步，预热后的海水进入钛板式二级预热器5，与采出水进行逆流流动换热，进一步提高海水温度至22℃。

第五步，海水进入超滤装置6，得到超滤产水；其中超滤装置采用PVDF超滤膜，截留分子量为50000道尔顿，超滤装置的水回收率为90%；超滤产水SDI为2.80，浊度平均为0.08NTU；超滤浓水14与纳滤浓水17汇合后，进入到一级预热器4，将热量传递给原水后，混合浓水排放；

第六步，50%的超滤产水直接由高压泵7输送进入纳滤装置8，其余超滤产水进入能量回收装置15，与纳滤浓水17交换能量，提高压力后，再由增压泵16输送进入纳滤装置8；纳滤膜采用对二价阳离子具有90%以上截留率的纳滤膜元件，纳滤产水的硫酸根含量为120mg/L，钙镁离子含量总和为160mg/L，矿化度为9500mg/L；能量回收装置采用PEI公司的PX型能量回收器；交换能量之后的纳滤浓水17返回到一级预热器4，将热量传递给原水后，纳滤浓水17排放；

第七步，纳滤产水进入加热器9与除油后的采出水20换热，被加热到50℃；采出水则进入到二级预热器5继续换热。

第八步，加热后的纳滤产水进入脱气膜装置10脱除纳滤产水中的氧气，在脱气膜装置10采用如聚丙烯（PP）膜，一级脱气方式，水走壳程，气体走管程，用真空泵抽真空脱气，脱氧后纳滤产水中的含氧量为0.1mg/L；

第九步，脱氧后的纳滤产水进入配聚装置11，加入分子量为2800万左右的聚丙烯酰胺18，聚合物浓度为60000mg/L，经陈化后制成聚合物母液；聚合物母液进入稀释混合器12，加入纳滤软化海水19将溶液中聚合物的含量稀释为1500mg/L，通过注聚系统13注入地下驱油。

实施例2：

本实施例的海水水温为22℃；按照实施例1的步骤，其中不同点说明如下：

第三步，可取消。

第四步，海水进入钛板式二级预热器5，与采出水进行逆流流动换热，进一步提高原水温度至32℃；

第五步，海水进入超滤装置6，超滤装置采用PP超滤膜，截留分子量为80000道尔顿，得到超滤产水；超滤装置的水回收率为93%。超滤产水平均SDI为3.0，浊度平均为0.1NTU；

第六步，45%的超滤产水直接由高压泵7输送进入纳滤装置8，其余超滤产水进入能量回收装置15纳滤产水的硫酸根含量为90mg/L，钙镁离子含量总合为80mg/L，矿化度为7500mg/L；

第七步，纳滤产水进入加热器9与除油后的采出水20换热，被加热到46℃；采出水则进入到二级预热器5继续换热。

第八步；加热后的纳滤软化水进入脱气膜装置10脱除纳滤产水中的氧气，脱气膜采用聚偏氟乙烯（PVDF）膜，水走壳程和气体走管程，用真空泵抽真空脱氧，脱氧后纳滤软化水中的含氧量为0.08mg/L。

第九步，脱气后的纳滤产水进入配聚装置11，加入分子量为2500万左右的聚丙烯酰胺17，聚合物浓度为50000mg/L，经陈化后制成聚合物母液；聚合物母液进入稀释混合器12，加入地层清水19将溶液中聚合物的含量稀释为1200mg/L，通过注聚系统13注入地下驱油。

实施例3：

本实施例的海水水温3℃，按照实施例1的步骤，其中不同点说明如下：

第三步，海水经一级预热器4后，温度提高到8℃；

第四步，海水经二级预热器5后，温度升高到28℃；

第五步，超滤膜采用聚醚砜超滤膜，截留分子量为20000道尔顿，超滤装置6的操作压力为0.08MPa；

第六步，纳滤膜采用对二价阳离子截留率小于60%的膜元件，纳滤产水中硫酸根含量为68mg/L，钙镁离子含量总和为400mg/L，矿化度为16020mg/L；

第七步，纳滤产水进入脱气膜装置10，脱气膜采用聚偏氟乙烯（PVDF）膜，脱氧后纳滤软化水中的含氧量为0.091mg/L；

第八步，脱氧后的纳滤软化水直接进入注水系统13。

实施例4：

本实施例的海水水温为22℃，按照实施例1的步骤，其中不同点说明如下：

第三步，可取消。

第四步，原水经二级预热器5后，温度升高到2℃；

第五步，超滤膜采用聚醚砜超滤膜，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95%；

第六步，纳滤装置8的纳滤膜采用对二价阳离子截留率小于60%的膜元件，纳滤产水中硫酸根含量为120mg/L，钙镁离子含量总和为480mg/L，矿化度为12020mg/L；

第七步，纳滤产水进入脱气膜装置10，脱气膜采用聚偏氟乙烯（PVDF）膜，脱气后纳滤软化水中的含氧量为0.1mg/L；

第八步，脱氧后的纳滤软化水直接进入注水系统13。

本实施例在图1所述的系统中实现，其使用的装置和部件均为已有技术设备。

Claims (1)

1.一种注聚用水的制备方法，其特征在于，主体工艺步骤包括：

第一步，将水温为2℃的海水经过电解制氯装置杀菌杀藻；

第二步，采用规格50μm的自清洗过滤器，去除海水中粒径为50μm以上的悬浮颗粒物和部分藻类，得过滤海水；

第三步，过滤海水进入钛板式一级预热器，与纳滤浓水和超滤浓水进行逆流流动换热，回收纳滤浓水的热量，将海水温度提高到8℃，回收热量之后的纳滤浓水直接排放；

第四步，预热后的海水进入钛板式二级预热器，与采出水进行逆流流动换热，进一步提高海水温度至22℃；

第五步，海水进入超滤装置，得到超滤产水；其中超滤装置采用PVDF超滤膜，截留分子量为50000道尔顿，超滤装置的水回收率为90%；超滤产水SDI为2.80，浊度平均为0.08NTU；超滤浓水与纳滤浓水汇合后，进入到一级预热器，将热量传递给原水后，混合浓水排放；

第六步，50%的超滤产水直接由高压泵输送进入纳滤装置，其余超滤产水进入能量回收装置，与纳滤浓水交换能量，提高压力后，再由增压泵输送进入纳滤装置；纳滤膜采用对二价阳离子具有90%以上截留率的纳滤膜元件，纳滤产水的硫酸根含量为120mg/L，钙镁离子含量总和为160mg/L，矿化度为9500mg/L；能量回收装置采用PEI公司的PX型能量回收器；交换能量之后的纳滤浓水返回到一级预热器，将热量传递给原水后，纳滤浓水排放；

第七步，纳滤产水进入加热器与除油后的采出水换热，被加热到50℃；采出水则进入到二级预热器继续换热；

第八步，加热后的纳滤产水进入脱气膜装置脱除纳滤产水中的氧气，在脱气膜装置采用聚丙烯膜，一级脱气方式，水走壳程，气体走管程，用真空泵抽真空脱气，脱氧后纳滤产水中的含氧量为0.1mg/L；

第九步，脱氧后的纳滤产水进入配聚装置，加入分子量为2800万的聚丙烯酰胺，聚合物浓度为60000mg/L，经陈化后制成聚合物母液；聚合物母液进入稀释混合器，加入纳滤软化海水将溶液中聚合物的含量稀释为1500mg/L，通过注聚系统注入地下驱油。