CN108503013B - 一种油田回注水无药剂杀菌工艺方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种油田回注水无药剂杀菌工艺方法及其装置，充分利用海上和陆地油田回注水中既存的物质(矿化度)采用电化学高级氧化技术制取高浓度氧化性杀菌物质，并实现了最简单的杀菌工艺方法及其装置的应用，无需添加杀菌剂的污水资源化利用创新技术，是属于石油天然气工业中的油田回注水杀菌处理技术。它公示了在油田回注水主管道上取出一部分污水经过高级氧化装置制取的高浓度的氧化性杀菌物质后通过设备出口流入主管道，并与主管道内原水混合，彻底杀灭水中的硫酸盐还原菌(SRB)、腐生菌(TGB)和铁细菌(FB)等细菌并持续至远端的简单工艺。高级氧化设备是由反应器、冷却器、智能电控制器和传感器组成的一体化装置。

Description

一种油田回注水无药剂杀菌工艺方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种油田回注水无药剂杀菌工艺方法及其装置，从而实现污水资源化利用，是属于石油天然气工业中的油田回注水杀菌处理技术。
背景技术
在国际石油天然气工业领域，其各国原油开采已进入2次注水驱油或3次注化学药剂驱油的方法，即往地层有规划分时分区域注入定量的二元聚合物或三元化合物，已此来加大采油效果提高原油采收率，目前收益较明显，但同时也增加了采油成本和回注水处理的难度；如何保障采收率稳步增长和注水系统设备正常工作的关键就是往地层注好水、注足水。众所周知所谓的注好水就是要清除回注水中油、悬浮物和SRB等细菌，达到地质要求的注水水质指标，其中油和悬浮物的含量是可控和可见的，唯独SRB等细菌是沿途繁殖快速增长肉眼不可见，即使从注水井口往地层还有几千米，如果细菌进入地层高温区就会死亡，其大量细菌尸体堵塞石油岩心，直接影响原油的采收率，同时注水量减小能耗增大。
然而目前油田含聚合物回注水处理杀菌一直没有好的技术，是一个空白。存在的问题比较严重，其表现为常用的化学药剂投加量太大，细菌抗药性很强，还需经常筛选不断更换新药剂，增加了杀菌成本和对环境的污染；之后又采用紫外线物理加上化学药剂组合杀菌方法，力争减少用药量实践证明效果不明显，原因是含聚合物污水中水体浑浊不清澈，紫外线杀菌设备内的灯管常被水中的聚合油污物污染后紫外线光被遮挡，失去杀菌能力，因此多个注水区块已停止加杀菌剂，注水井口细菌含量超标，造成注水水质不达标，是当前迫切需要解决的问题。要彻底解决这个大难题，不能向以前那样只关注成熟技术或产品，我们的思路很清晰，就是要开发回注水杀菌工艺方法和杀菌，技术，目标是井口无菌达标安全环保为前提，在创新杀菌工艺方法和杀菌产品技术时，首先注重考核控制两个成本：其一是投资成本，它包括3个方面：①占地面积，②原材料及基础建设，它包括库房、操作值班房、工艺管网及设备间的基建投资，③主设备及工艺管网阀门自动化仪表等其它辅助材料投资，以前的化学法杀菌技术落后，占地面积和基建投资大，成本高。新的杀菌工艺方法及技术能否减少或取缔部分基建投资(如减去原材料库房和操作值班房以及减小管网设备间等)，使综合投资成本同比下降40％-60％％，这是关键之一；其二就是运行成本，它包括3个部分：①原材料药剂成本，②人工成本，③设备运行及维护成本。同理新的技术是否能减少或取消部分运行成本(如不使用原材料药剂和减少员工人数等)，使运行成本同比下降40％-60％，这是关键之二，中国发明专利，时间2009.08.12，专利号CN101712502A，名称为压力式污水电化学反应处理装置(胜利油田胜利工程设计咨询有限公司)，该技术用于油田回注水杀菌，但也存在诸多问题，最为特出的是杀菌氧化性物质产生量太低，这与电解反应器结构设计、电极有效面积、电极材质以及电场力强度等相关联，因此需要把全部污水进入反应器，造成设备体积大制造成本高，同时占地面积大油田基建投资及运行费用高，难以推广；中国发明专利，时间2013.06.12，专利号CN102372386B，名称为电化学氧化协同紫外线和超声波技术的油田灭菌方法，该发明也是用于油田回注水一项杀菌技术，同样存在诸多问题，最为主要的还是电解反应器和电极设计有缺陷，从污水中制取的氧化性杀菌物质量少浓度低，为了解决这个不足，发明者又增加了超声波空化和紫外线照射等协同杀菌技术，因此存在设备复杂制造成本高，同样基建投资和运行费用增大，难以推广。
发明内容
在石油天然气工业开发生产过程中产生大量的废水需要杀菌回注地层循环利用，根据国内外现有的杀菌工艺方法和杀菌技术不能降低生产成本以及满足对环境的要求，因此本发明是一种油田回注水无药剂杀菌工艺方法及其装置，充分利用海上和陆地油田回注水中既存的物质(矿化度)采用电化学高级氧化技术制取高浓度氧化性杀菌物质，并实现了最简单的杀菌工艺方法及其装置的应用，无需添加杀菌剂的污水资源化利用创新技术。
采油回注水杀菌工艺流程示意图见图1，高级氧化杀菌装置原理结构示意图见图2，
图1中，油田采油回注水杀菌工艺流程示意图由高级氧化杀菌装置1、回注水主管道2、水量控制阀3、来水总流量计4、装置进水流量计5、增压泵6、装置进水流量调节阀7、出水控制阀8、管道混合器9、杀菌物质浓度检测器10，回注管线终点11所组成，其工艺流程简述如下：
由回注水主管道2来的带压密闭含SRB(硫酸盐还原菌)等细菌的污水通过安装在主管道上的控制阀3流量计4和管道混合器9输送至回注水终点管道11的回注水主流程，在主流程水量由控制阀3和总流量计4来实现总水量控制，与此同时在回注水主管道上(管道混合器9前端)取出部分回注水通过流量计5、增压泵6、进水调节阀7流经高级氧化杀菌装置1，通过高级氧化杀菌装置1制取出高浓度氧化性杀菌物质(以余氯为主)再通过装置出口和控制阀8进入主管道上的管道混合器9与原回注水混合，迅速杀灭SRB等细菌，杀菌率100％，直至终点11。为了保障杀菌效果不受水量和水质的波动影响，通过安装在回注水主管道上安装的混合后杀菌物质浓度检测传感器10，对混合后的杀菌物质的浓度进行实时检测，及时来控制调整高级氧化杀菌装置1内部反应器所需的电量，使回注水中的杀菌物质浓度保持不变。
图2是高级氧化杀菌装置中的反应器原理结构示意图，它是整个杀菌工艺流程中的高级氧化杀菌装置中的核心设备，其工作原理及结构组成简述如下：
图2中高级氧化杀菌装置中的反应器进水口1，出水口2，排气口3，排渣口4，电极正5，电极负6和装置反应器壳体7组成。其工作原理简述如下：
由图2可知：一个独特结构设计并由快离子电极组成的密闭反应器中，快离子电极是核心部件，它是一种新研制的非金属导电功能陶瓷材料，该材料是选用其三维骨架型晶体结构，并在晶体空隙中参杂了多种活泼离子物质，经高温数遍烧结而成，活性强、耐腐蚀不氧化，顾命名为快离子功能电极，当污水通过设备进水口1流入由正负电极组成的电化学反应密闭区，正电极5和负电极6在电场力的作用下对污水进行电化学反应，并在两电极上得到不同的生成产物，同时污水中的正负离子在两电极之间做快速迁移运动而产生离子电流，(正离子向负电极6方向运动，负离子向正电极5方向运动)，在此间接过程中发生一系列电化学高级氧化反应，设备内水流从下至上流动，生成的氧化性活性基杀菌物质浓度逐步增大，如羟基自由基(HO.)原子氧(O.)双氧水(H2O2)次氯酸根(CLO-)次氯酸(HCLO)臭氧(O3)氯气(Cl2)....等等，当有效氯浓度达到设计指标后通过设备上部的出水口2输出，返回到原水主管道2上的混合器9，与原水混合后迅速杀灭SRB等细菌，在反应过程中产生的少量气体通过反应器顶部排气口3排出，反应器内部定期清洗，并通过底部的排渣口4排出废渣。
氧化性活性基杀菌物质基本反应方程式
1、直接反应生成的产物：
●H2O+2e＝OH-+H2↑(负电极)：
●2CL-+2e＝CL2↑(正电极)
2、间接反应生成的产物：
●CL2↑+2OH-＝CLO-+CL-+H2O(次氯酸根CLO-)
●CLO-+H2O＝HCLO+OH-(次氯酸HCLO)
●HCLO＝H++CLO-(次氯酸根CLO-)
●H2O＝H2↑+O2↑(氧气O2)
●O2↑＝2O.(氧原子O.)(原子氧O.)
●O2↑+2H2O+e-＝2H2O2(双氧水H2O2)
●O.+O2↑＝O3↑(臭氧O3)
●O3↑+H2O＝O2↑+2HO.(羟基自由基HO.)
●CL2↑+H2O＝HCLO+HCL(次氯酸HCLO)
附图说明
见图1油田回注水杀菌工艺流程示意图
图1中，油田回注水杀菌工艺流程示意图由高级氧化杀菌装置1、回注水主管道2、水量控制阀3、来水总流量计4、装置反应器进水流量计5、增压泵6、装置进水流量调节阀7、出水控制阀8、管道混合器9、杀菌物质浓度检测器10、回注管线终点11所组成，其工艺流程简述如下：
由回注水主管道2来的带压密闭污水(水中含有大量的SRB等细菌)通过安装在主管道上的控制阀3流量计4和管道混合器9输送至回注水终点管道11的回注水主流程，在主流程水量由控制阀3和总流量计4来实现总水量控制，与此同时在回注水主管道上(管道混合器9前端)取出部分回注水通过流量计5、增压泵6、进水调节阀7流经高级氧化杀菌装置1，通过高级氧化杀菌装置1制取出高浓度氧化性杀菌物质(以余氯为主)再通过装置出口和控制阀8进入主管道上的管道混合器9与原回注水混合，迅速杀灭水中的SRB等细菌，杀菌率100％，直至终点11。为了保障杀菌效果不受水量和水质的波动影响，通过安装在回注水主管道上安装的混合后杀菌物质浓度检测传感器10，对混合后的杀菌物质的浓度进行实时检测，及时来控制调整高级氧化杀菌装置1内部反应器所需的电量，使回注水中的杀菌物质浓度保持不变。
见图2反应器原理结构示意图
图2是高级氧化杀菌装置中的反应器原理结构示意图，它是整个杀菌工艺流程中的高级氧化杀菌装置中的核心设备，其工作原理结构组成简述如下：
图2中高级氧化杀菌装置中的反应器进水口1，出水口2，排气口3，排渣口4，电极正5，电极负6和装置反应器壳体7组成。其工作原理简述如下：
由图2可知：一个独特结构设计并由快离子电极组成的密闭反应器中，快离子电极是核心部件，它是一种新型的非金属导电功能陶瓷材料，该材料是选用其三维骨架型晶体结构，并在晶体空隙中参杂了多种活泼离子物质，经高温数遍烧结而成，活性强、耐腐蚀不氧化，顾命名为快离子功能电极，当污水通过设备进水口1流入由正负电极组成的电化学反应密闭区，正电极5和负电极6在电场力的作用下对污水进行电化学反应，并在两电极上得到不同的生成产物，同时污水中的正负离子在两电之间做快速迁移运动而产生离子电流，(正离子向负电极6方向运动，负离子向正电极5向运动)，在此间接过程中发生一系列电化学高级氧化反应，设备内水流从下至上流动，生成的氧化性活性基杀菌物质浓度逐步增大，如羟基自由基(HO.)原子氧(O.)双氧水(H2O2)次氯酸根(CLO-)次氯酸(HCLO)臭氧(O3)氯气(Cl2)....等等，当有效氯浓度达到设计指标后通过设备上部的出水口2输出，返回到原水主管道2上的混合器9，与原水混合后迅速杀灭SRB等细菌，在反应过程中产生的少量气体通过反应器顶部排气口3排出，反应器内部定期清洗，并通过底部的排渣口4排出废渣。
具体实施方式
创新的一种油田回注水无药剂杀菌工艺方法及其装置，可用于油田含聚合物回注水持续杀菌，杀菌率100％。电驱动设备操作简单结实，原料取自污水本身，不添加任何化学药剂，无需建造物料仓库和加药工艺设备设施，工艺简单占地面积小，自控无需人工值守，安全环保。
1、中国某油田高含聚合物回注水杀菌处理站，试验总水量1500m3/d，输送远端距离2500m，PH值8.5，管道水压0.46MPa，水中硫酸盐还原菌(SRB)含量25000个/ml，腐生菌(TGB)含量1000个/ml，铁细菌(FB)含量20个/ml，矿化度5500mg/l，含油100mg/l，含聚合物580mg/l，实施过程简述：首先取回注水主管道2上8％的原水通过流量计5、增压泵6、调节阀7增压调节后进入高级氧化杀菌装置1中的反应器，制取的高浓度氧化性杀菌物质由反应器出口经过管道进入安装在主管道2上的管道混合器9并与主管道中的原水混合，迅速杀灭SRB等细菌并持续至远端11。采用余氯检测试剂分时取样检测，末端浓度在0.3mg/l，(细菌在0.05mg/l下都不能成活)，同时对管道没有腐蚀影响，为了考验设备连续杀菌的稳定性和可靠性，采取每天取样检测，连续10天远端细菌最高含量4个/ml，(注水标准SRB等细菌含量≤100个/ml)完全满足注水水质要求，具体数据见表1。
表1某油田高含聚合物回注水杀菌处理站
Figure BSA0000161706020000051
2、中国某油田三元回注水杀菌处理站，试验总水量500m3/d，输送距离2000m，PH值8.9，管道水压0.48MPa，水中硫酸盐还原菌(SRB)含量45000个/ml，腐生菌(TGB)含量100个/ml，铁细菌(FB)含量10个/ml，矿化度6500mg/l，含油1000mg/l，含聚合物890mg/l，含表面活性剂90mg/l，含碱3000mg/l，实施过程简述：首先取回注水主管道2上20％的原水通过流量计5、增压泵6、调节阀7增压调节后进入高级氧化杀菌装置1中的反应器，制取的高浓度氧化性杀菌物质由反应器出口经过管道进入安装在主管道2上的管道混合器9并与主管道中的原水混合，迅速杀灭SRB等细菌并持续至远端11。采用余氯检测试剂分时取样检测，末端浓度在0.1mg/l，细菌在0.05mg/l下都不能成活，同时对管道没有腐蚀影响，为了考验设备连续杀菌的稳定性和可靠性，采取每天取样检测，连续10天远端细菌最高含量5个/ml，(注水标准SRB等细菌含量≤100个/ml)完全满足注水水质要求，具体数据见表2。
表2某油田三元回注水杀菌处理站
Figure BSA0000161706020000052
3、中国某油田低聚合物回注水杀菌处理站，试验总水量2000m3/d，输送距离5000m，PH值7.5，管道水压0.46MPa，水中硫酸盐还原菌(SRB)含量3000个/ml，腐生菌(TGB)含量200个/ml，铁细菌(FB)含量0个/ml，矿化度7500mg/l，含油10mg/l，含聚合物80mg/l，实施过程简述：首先取至回注水主管道2上3％的原水通过流量计5、增压泵6、调节阀7增压调节后进入高级氧化杀菌装置1中的反应器，制取的高浓度氧化性杀菌物质由反应器出口经过管道进入安装在主管道2上的管道混合器9并与主管道中的原水混合，迅速杀灭SRB等细菌并持续至远端11。采用余氯检测试剂分时取样检测，末端浓度在0.15mg/l，细菌在0.05mg/l下都不能成活，同时对管道没有腐蚀影响，为了考验设备连续杀菌的稳定性和可靠性，采取每天取样检测，连续10天远端细菌最高含量2个/ml，(注水标准SRB等细菌含量≤100个/ml)完全满足注水水质要求，具体数据见表3。
表3某油田低聚合物回注水杀菌处理站
Figure BSA0000161706020000061

Claims (4)

1.一种油田回注水无药剂杀菌装置，其特征在于，所述油田回注水无药剂杀菌装置由高级氧化杀菌装置、回注水主管道、水量控制阀、来水总流量计、装置进水流量计、增压泵、装置进水流量调节阀、出水控制阀、管道混合器、杀菌物质浓度检测器，回注管线终点所组成；
所述高级氧化杀菌装置是由反应器、冷却器、智能电源控制器和传感器组成的一体化装置，其中反应器是由快离子电极组成的密闭反应器，所述快离子电极是一种非金属导电功能陶瓷材料，该材料是选用三维骨架型晶体结构，并在晶体空隙中掺杂了多种活泼离子物质，经高温数遍烧结而成，并且所述反应器由进水口，出水口，排气口，排渣口，电极正，电极负和装置反应器壳体组成；
利用所述油田回注水无药剂杀菌装置进行杀菌的工艺方法如下：
由回注水主管道来的带压密闭污水通过安装在主管道上的水量控制阀、来水总流量计和管道混合器输送至回注管线终点的回注水主流程，在主流程水量由水量控制阀和来水总流量计来实现总水量控制，与此同时在管道混合器前端取出部分回注水通过装置进水流量计、增压泵、装置进水流量调节阀流经高级氧化杀菌装置，通过高级氧化杀菌装置制取出高浓度氧化性杀菌物质再通过装置出口和出水控制阀进入回注水主管道上的管道混合器与原回注水混合，直至回注管线终点。
2.根据权利要求1所述的一种油田回注水无药剂杀菌装置，其特征在于，通过安装在回注水主管道上的杀菌物质浓度检测器对混合后的杀菌物质的浓度进行实时检测，及时来控制调整高级氧化杀菌装置内部反应器所需的电量。
3.根据权利要求1所述的一种油田回注水无药剂杀菌装置，其特征在于，在回注水主管道上取出的污水占污水总水量的1-50％。
4.根据权利要求1所述的一种油田回注水无药剂杀菌装置，其特征在于，油田回注水的总矿化度大于100mg/L。
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Address before: Room 2903, unit 1, building 510, zone 5, Wangjing Dongyuan, Chaoyang District, Beijing 100102

Applicant before: YIXIA INVENTION (BEIJING) TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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