CN107311339B - 一种用于处理高矿化度采油废水用于油田配聚回注的方法 - Google Patents

一种用于处理高矿化度采油废水用于油田配聚回注的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于废水处理领域，公开了一种用于处理高矿化度采油废水用于油田配聚回注的方法。具体特点为：（1）通过CO2曝气使废水中钙、镁等离子形成碳酸钙、碳酸镁等沉淀，降低废水的矿化度。相比于添加絮凝剂或助凝剂，大大降低了成本。通过CO2曝气，使气体与废水充分接触，提高了絮凝效果；（2）通过O3曝气，不仅起到杀菌作用，还可以氧化Fe2+等高还原性离子；（3）采油废水处理后，加入聚合物回注井中，可以使高矿化度废水资源化，节约成本，保护环境。

Description

一种用于处理高矿化度采油废水用于油田配聚回注的方法
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体的说，涉及一种用于处理高矿化度采油废水用于油田配聚回注的方法。
背景技术
在石油和天然气开发生产过程中，会产生大量的油田污水，主要包括采油污水、钻井污水、洗井污水和采气污水等。目前我国陆上油田开发多数进入高含水期开采，油田综合含水率在70-80%。这些大量的污水一般是经过处理，达到油田注水水质标准后，回注地层。油田污水处理和回注已成为油田开发的主题之一，这不仅可以节约宝贵的水资源，而且从根本上解决了污染问题。但未经良好处理的水回注到井中，会严重影响采油品质、采油效率和油田采出率，也会污染地下水环境。油田污水处理工艺基本以物理化学工艺为主，即采用混凝沉降、隔油、浮选等工艺，这些工艺对污水中的悬浮物、部分乳化态和溶解态化合物有一定的去除效果。但经过这些处理后，钙离子、镁离子等含量仍然很高，总硬度过高，有害细菌含量高，此类废水回注井中会严重污染油井质量。中国专利CN105000726A公开了“一种高盐采油废水处理及其循环利用方法”，该方法虽然可以减小才有废水的矿化度，但存在以下不足：需要大量絮凝剂和助凝剂，大大增加了处理成本；部分难絮凝的离子没法去除，注入井中，污染原油；回注水中含有害细菌，没有杀菌直接回注，会影响油井质量。
发明内容
鉴于以上高矿化度采油废水资源化处理的不足，本发明提供了一种用于处理高矿化度采油废水用于油田配聚回注的方法。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种用于处理高矿化度采油废水用于油田配聚回注的方法，包括如下步骤：
第1步，油田收集的高矿化度采油废水通过CO2曝气池，使废水中钙、镁等离子形成碳酸钙、碳酸镁等沉淀，降低废水的矿化度；
第2步，将第1步CO2曝气后的废水通入沉淀池，使其发生絮凝沉淀，去除沉淀物；
第3步，将第2步沉淀池处理后的水通过膜过滤处理，进一步去除颗粒状杂质；
第4步，将第3步过滤后的废水通入O3曝气池，氧化Fe2+等高还原性离子，并起到杀菌作用；
第5步，将第4步处理后的废水通过除氧剂填料柱，去除剩余氧；
第6步，将第5步处理后的废水加入聚合物，并回注井中。
进一步地，第1步中通入CO2时，在曝气池底有曝气盘或曝气头分布。
进一步地，第3步中膜过滤中使用的膜是超滤膜，更优选是陶瓷超滤膜，超滤膜的孔径范围是20～50微米。
进一步地，第4步中通入O3时，在曝气池底有曝气盘或曝气头分布；O3的投加量是200～1000ppm。
进一步地，第3步处理后的废水，通过电解、电气浮或芬顿氧化工艺，去除水中的COD。
进一步地，第5步中的除氧剂为海绵铁，可以有效地去除废水中的溶解氧。
进一步地，第6步中的聚合物是指聚丙烯酰胺驱油剂。
进一步地，在第1步中CO2曝气池中还投入疏水改性的介孔蒙脱土，投加量是废水重量的0.1～0.5wt%。
所述的疏水改性的介孔蒙脱土的制备方法包括如下步骤：
S 1，按重量份计，取10～15份的钠基膨润土与去离子水60～85份混合，再加入焦磷酸钠1.2～1.5份、乙醇5～9份，进行高速分散，再静置至少20h后，滤出上清，在离心机中离心分离，取上清；再将上清降温至-10℃以下，使结冰，再进行冰晶的升华，得到介孔蒙脱石；
S2，按重量份计，取介孔蒙脱石2～4份分散在80～90份的甲苯中，再加入3～5份的3-(异丁烯酰氧) 丙基三甲氧基硅烷（MPS），进行回流反应，反应产物离心分离，依次用乙醇、水洗涤后，真空烘干后，得到接枝改性的介孔蒙脱石；
S3，按重量份计，将接枝改性的介孔蒙脱石6～12份分散于120～150份去离子水中，再加入疏水性单体12～14份、扩链剂0.5～0.8份，引发剂0.8～1.2份，在氮气气氛下，进行聚合反应，反应结束后，离心分离出粒子，依次用乙醇、水洗涤后，真空烘干后，得到疏水改性的介孔蒙脱土。
步骤S 1中，离心机上清凝胶微粒在冰晶诱导下实现自组装, 形成具有特定堆积结构和表面形貌的固体材料，将冰晶升华之后，可以得到介孔蒙脱石。
步骤S2步中，回流反应的温度是120～130℃，反应时间是4～6h。
步骤S3步中，疏水性单体选自甲基丙烯酸长链烷基酯，更优选是甲基丙烯酸十二酯。
步骤S3步中，所述的扩链剂选自l,4-丁二醇、新戊二醇、乙二醇、一缩二乙二醇、甘油、顺丁烯二酸酐、三羟甲基丙烷、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或二羟甲基丙酸中的一种或几种的混合物。；所述的引发剂选自过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵中的一种；聚合反应的温度是65～70份，反应时间是4～8h。
有益效果
（1）通过CO2曝气使废水中钙、镁等离子形成碳酸钙、碳酸镁等沉淀，降低废水的矿化度。相比于添加絮凝剂助凝剂，大大降低了成本。通过CO2曝气，使气体与废水充分接触，提高了絮凝效果；
（2）通过在CO2曝气时将CO2压入疏水改性的介孔蒙脱石中，利用蒙脱石的离子交换性，使盐水中的钙、镁更迅速地在界面上与水中的钙镁离子进行反应，同时，蒙脱石具有介孔和疏水特性，可以使生成的沉淀以及水中的乳状油微粒集聚，避免乳状油堵塞过滤膜的膜孔，提高膜通量。
（3）通过O3曝气，不仅起到杀菌作用，还可以氧化Fe2+等高还原性离子。
（4）采油废水处理后，加入聚合物回注井中，起到废水资源化效果，节约了成本，保护了环境。
附图说明
图1是实施例1流程图；
图2是实施例2流程图。
具体实施方式
以下实施例中，处理的油田废水水质如下表所示：
Figure 207451DEST_PATH_IMAGE001
实施例1
（1）将某油田高矿化度采油污水通过CO2曝气池，使废水中钙、镁等离子形成碳酸钙、碳酸镁等沉淀，降低废水的矿化度；
（2）将步骤（1）CO2曝气后的废水通入沉淀池，使碳酸钙、碳酸镁等沉淀；
（3）将步骤（2）沉淀池处理后的水通过管式陶瓷超滤膜过滤处理，膜孔径50微米，膜面流速是3m/s，压力0.2Mpa，料液温度是30℃，进一步去除颗粒状杂质；
（4）将步骤（3）过滤后的废水通入O3曝气池，O3加入量是400ppm，停留时间是40min，氧化Fe2+等高还原性离子，并起到杀菌作用；
（5）将步骤（4）处理后的废水通过除氧剂填料柱，去除剩余氧；
（6）将步骤（5）处理后的废水加入聚合物，并回注井中。
实施例2
（1）将某油田高矿化度采油废水通过CO2曝气池，使废水中钙、镁等离子形成碳酸钙、碳酸镁等沉淀，降低废水的矿化度；
（2）将步骤（1）CO2曝气后的废水通入沉淀池，使碳酸钙、碳酸镁等沉淀；
（3）将步骤（2）沉淀池处理后的水通过管式陶瓷超滤膜过滤处理，膜孔径50微米，膜面流速是3m/s，压力0.2Mpa，料液温度是30℃，进一步去除颗粒状杂质；
（4）将步骤（3）处理后的废水通过芬顿反应去除水中的COD；芬顿反应中，Fe2+和H2O2浓度分别为500 mg/L和40mg/L，体系pH值为4，反应温度为30℃，反应时间为60min；
（5）将步骤（4）过滤后的废水通入O3曝气池，O3加入量是400ppm，停留时间是40min，氧化Fe2+等高还原性离子，并起到杀菌作用；
（6）将步骤（5）处理后的废水通过除氧剂填料柱，去除剩余氧；
（7）将步骤（6）处理后的废水加入聚合物，并回注井中。
实施例3
（1）将某油田高矿化度采油污水通过CO2曝气池，同时在污水中加入疏水改性的介孔蒙脱土，蒙脱土的加入量是污水重量的0.2wt%，使废水中钙、镁等离子形成碳酸钙、碳酸镁等沉淀，降低废水的矿化度；
（2）将步骤（1）CO2曝气后的废水通入沉淀池，使碳酸钙、碳酸镁等沉淀；
（3）将步骤（2）沉淀池处理后的水通过管式陶瓷超滤膜过滤处理，膜孔径50微米，膜面流速是3m/s，压力0.2Mpa，料液温度是30℃，进一步去除颗粒状杂质；
（4）将步骤（3）过滤后的废水通入O3曝气池，O3加入量是400ppm，停留时间是40min，氧化Fe2+等高还原性离子，并起到杀菌作用；
（5）将步骤（4）处理后的废水通过除氧剂填料柱，去除剩余氧；
（6）将步骤（5）处理后的废水加入聚合物，并回注井中。
所述的疏水改性的介孔蒙脱土的制备方法包括如下步骤：
S 1，按重量份计，取15份的钠基膨润土与去离子水85份混合，再加入焦磷酸钠1.5份、乙醇5份，进行高速分散，再静置20h后，滤出上清，在离心机中离心分离，取上清；再将上清降温至-15℃，使结冰，再进行冰晶的升华，得到介孔蒙脱石；
S2，按重量份计，取介孔蒙脱石2份分散在90份的甲苯中，再加入3份的3-(异丁烯酰氧) 丙基三甲氧基硅烷（MPS），进行回流反应，回流反应的温度是130℃，反应时间是6h，反应产物离心分离，依次用乙醇、水洗涤后，真空烘干后，得到接枝改性的介孔蒙脱石；
S3，按重量份计，将接枝改性的介孔蒙脱石6份分散于150份去离子水中，再加入甲基丙烯酸十二酯14份、乙二醇0.8份，过硫酸钠1.2份，在氮气气氛下，进行聚合反应，聚合反应的温度是65份，反应时间是4h，反应结束后，离心分离出粒子，依次用乙醇、水洗涤后，真空烘干后，得到疏水改性的介孔蒙脱土。
对照例1
与实施例3的区别在于：介孔蒙脱土的制备中，未采用结冰、升华的方式处理，而是直接将离心上清喷雾干燥得到蒙脱土。
（1）将某油田高矿化度采油污水通过CO2曝气池，同时在污水中加入疏水改性的蒙脱土，蒙脱土的加入量是污水重量的0.2wt%，使废水中钙、镁等离子形成碳酸钙、碳酸镁等沉淀，降低废水的矿化度；
（2）将步骤（1）CO2曝气后的废水通入沉淀池，使碳酸钙、碳酸镁等沉淀；
（3）将步骤（2）沉淀池处理后的水通过管式陶瓷超滤膜过滤处理，膜孔径50微米，膜面流速是3m/s，压力0.2Mpa，料液温度是30℃，进一步去除颗粒状杂质；
（4）将步骤（3）过滤后的废水通入O3曝气池，O3加入量是400ppm，停留时间是40min，氧化Fe2+等高还原性离子，并起到杀菌作用；
（5）将步骤（4）处理后的废水通过除氧剂填料柱，去除剩余氧；
（6）将步骤（5）处理后的废水加入聚合物，并回注井中。
所述的疏水改性的介孔蒙脱土的制备方法包括如下步骤：
S 1，按重量份计，取15份的钠基膨润土与去离子水85份混合，再加入焦磷酸钠1.5份、乙醇5份，进行高速分散，再静置20h后，滤出上清，在离心机中离心分离，取上清进行喷雾干燥，得到介孔蒙脱石；
S2，按重量份计，取蒙脱石2份分散在90份的甲苯中，再加入3份的3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷（MPS），进行回流反应，回流反应的温度是130℃，反应时间是6h，反应产物离心分离，依次用乙醇、水洗涤后，真空烘干后，得到接枝改性的蒙脱石；
S3，按重量份计，将接枝改性的蒙脱石6份分散于150份去离子水中，再加入甲基丙烯酸十二酯14份、乙二醇0.8份，过硫酸钠1.2份，在氮气气氛下，进行聚合反应，聚合反应的温度是65份，反应时间是4h，反应结束后，离心分离出粒子，依次用乙醇、水洗涤后，真空烘干后，得到疏水改性的蒙脱土。
对照例2
与实施例3的区别是：未对介孔蒙脱石进行疏水化改性。
（1）将某油田高矿化度采油污水通过CO2曝气池，同时在污水中加入改性的介孔蒙脱土，蒙脱土的加入量是污水重量的0.2wt%，使废水中钙、镁等离子形成碳酸钙、碳酸镁等沉淀，降低废水的矿化度；
（2）将步骤（1）CO2曝气后的废水通入沉淀池，使碳酸钙、碳酸镁等沉淀；
（3）将步骤（2）沉淀池处理后的水通过管式陶瓷超滤膜过滤处理，膜孔径50微米，膜面流速是3m/s，压力0.2Mpa，料液温度是30℃，进一步去除颗粒状杂质；
（4）将步骤（3）过滤后的废水通入O3曝气池，O3加入量是400ppm，停留时间是40min，氧化Fe2+等高还原性离子，并起到杀菌作用；
（5）将步骤（4）处理后的废水通过除氧剂填料柱，去除剩余氧；
（6）将步骤（5）处理后的废水加入聚合物，并回注井中。
所述的改性的介孔蒙脱土的制备方法包括如下步骤：
S 1，按重量份计，取15份的钠基膨润土与去离子水85份混合，再加入焦磷酸钠1.5份、乙醇5份，进行高速分散，再静置20h后，滤出上清，在离心机中离心分离，取上清；再将上清降温至-15℃，使结冰，再进行冰晶的升华，得到介孔蒙脱石；
S2，按重量份计，取介孔蒙脱石2份分散在90份的甲苯中，再加入3份的3-(异丁烯酰氧) 丙基三甲氧基硅烷（MPS），进行回流反应，回流反应的温度是130℃，反应时间是6h，反应产物离心分离，依次用乙醇、水洗涤后，真空烘干后，得到接枝改性的介孔蒙脱石；
S3，按重量份计，将接枝改性的介孔蒙脱石6份分散于150份去离子水中，再加入乙二醇0.8份，过硫酸钠1.2份，在氮气气氛下，进行聚合反应，聚合反应的温度是65份，反应时间是4h，反应结束后，离心分离出粒子，依次用乙醇、水洗涤后，真空烘干后，得到改性的介孔蒙脱土。
去除剩余氧后的废水的水质和陶瓷膜的运行稳定通量如下表所示：
Figure 987188DEST_PATH_IMAGE002
从表可以看出，本发明提供的处理方法可以有效地使高矿化度的油品采出水的钙镁离子去除，同时也可以有效地去除水中的还原性铁盐和COD；实施例3相对于实施例1可以看出，加入了疏水改性的介孔蒙脱石，可以有效地利用其表面的离子交换特性提高沉淀反应效率，使镁钙去除率得到提高；通过实施例3和对照例2相比可以看出，通过冰晶处理可以使蒙脱土生成介孔结构，提高沉淀反应效果，使钙镁的沉淀反应提高；通过实施例3和对照例3可以看出，通过对蒙脱土进行疏水改性，可以污水中的乳状油滴发生凝结，形成较大的颗粒，进而可以防止超滤膜孔被堵塞，提高超滤膜的稳定运行通量。
以上所述，仅是本发明的典型实施例，本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案对本发明加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于处理高矿化度采油废水用于油田配聚回注的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第1步，油田收集的高矿化度采油废水通过CO2曝气池，使废水中钙、镁离子形成碳酸钙、碳酸镁沉淀，降低废水的矿化度；
第2步，将第1步CO2曝气后的废水通入沉淀池，使其发生絮凝沉淀，去除沉淀物；
第3步，将第2步沉淀池处理后的水通过膜过滤处理，进一步去除颗粒状杂质；
第4步，将第3步过滤后的废水通入O3曝气池，氧化Fe2+高还原性离子，并起到杀菌作用；
第5步，将第4步处理后的废水通过除氧剂填料柱，去除剩余氧；
第6步，将第5步处理后的废水加入聚合物，并回注井中；
在第1步中CO2曝气池中还投入疏水改性的介孔蒙脱土，投加量是废水重量的0.1～0.5wt%；
所述的疏水改性的介孔蒙脱土的制备方法包括如下步骤：
S 1，按重量份计，取10～15份的钠基膨润土与去离子水60～85份混合，再加入焦磷酸钠1.2～1.5份、乙醇5～9份，进行高速分散，再静置至少20h后，滤出上清，在离心机中离心分离，取上清；再将上清降温至-10℃以下，使结冰，再进行冰晶的升华，得到介孔蒙脱石；
S2，按重量份计，取介孔蒙脱石2～4份分散在80～90份的甲苯中，再加入3～5份的3-(异丁烯酰氧) 丙基三甲氧基硅烷（MPS），进行回流反应，反应产物离心分离，依次用乙醇、水洗涤后，真空烘干后，得到接枝改性的介孔蒙脱石；
S3，按重量份计，将接枝改性的介孔蒙脱石6～12份分散于120～150份去离子水中，再加入疏水性单体12～14份、扩链剂0.5～0.8份，引发剂0.8～1.2份，在氮气气氛下，进行聚合反应，反应结束后，离心分离出粒子，依次用乙醇、水洗涤后，真空烘干后，得到疏水改性的介孔蒙脱土。
2.根据权利要求1所述的用于处理高矿化度采油废水用于油田配聚回注的方法，其特征在于，第1步中通入CO2时，在曝气池底有曝气盘或曝气头分布。
3.根据权利要求1所述的用于处理高矿化度采油废水用于油田配聚回注的方法，其特征在于，第3步中膜过滤中使用的膜是超滤膜，超滤膜的孔径范围是20～50微米。
4.根据权利要求1所述的用于处理高矿化度采油废水用于油田配聚回注的方法，其特征在于，第4步中通入O3时，在曝气池底有曝气盘或曝气头分布；O3的投加量是200～1000ppm。
5.根据权利要求1所述的用于处理高矿化度采油废水用于油田配聚回注的方法，其特征在于，第3步处理后的废水，通过电解、电气浮或芬顿氧化工艺，去除水中的COD。
6.根据权利要求1所述的用于处理高矿化度采油废水用于油田配聚回注的方法，其特征在于，第5步中的除氧剂为海绵铁，可以有效地去除废水中的溶解氧。
7.根据权利要求1所述的用于处理高矿化度采油废水用于油田配聚回注的方法，其特征在于，第6步中的聚合物是指聚丙烯酰胺驱油剂。
8.根据权利要求1所述的用于处理高矿化度采油废水用于油田配聚回注的方法，其特征在于，步骤S2步中，回流反应的温度是120～130℃，反应时间是4～6h；步骤S3步中，疏水性单体选自甲基丙烯酸长链烷基酯；步骤S3步中，所述的扩链剂选自l,4-丁二醇、新戊二醇、乙二醇、一缩二乙二醇、甘油、顺丁烯二酸酐、三羟甲基丙烷、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或二羟甲基丙酸中的一种或几种的混合物；
所述的引发剂选自过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵中的一种；聚合反应的温度是65～70份，反应时间是4～8h。
9.根据权利要求3所述的用于处理高矿化度采油废水用于油田配聚回注的方法，其特征在于，所述第3步中的超滤膜是陶瓷超滤膜。
10.根据权利要求8所述的用于处理高矿化度采油废水用于油田配聚回注的方法，其特征在于，所述步骤S3 步中的甲基丙烯酸长链烷基酯为甲基丙烯酸十二酯。
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