CN110872159B - 一种油田聚合物驱全污水配聚处理工艺 - Google Patents

Abstract

一种油田聚合物驱全污水配聚处理工艺，本发明提供一种在聚合物三次采油油田利用采出污水进行处理后配制聚合物母液和稀释注入的方法，也就是实现全污水配制聚合物的污水处理方法。该方法通过对污水进行氧化处理，除去其中强还原性成份，然后向水中加入具有缓蚀和抑制硫酸盐还原菌繁殖作用的水质稳定剂，抑制还原性物质的反弹。氧化处理以空气或氧气、臭氧为氧化剂，通过曝气进行处理。该方法适合于矿化度小于20000毫克/升的油田采出水配制聚合物的处理。

Description

一种油田聚合物驱全污水配聚处理工艺

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种用于聚合物驱三次采油油田的污水处理方法，可实现完全用油田采出的污水进行高粘性聚合物的配制。

背景技术

聚合物驱工艺是目前国内油田应用最为广泛的，继注水开发后提高采收率的措施之一，属于三次采油范畴。其原理在于通过向注入水中加入某种高分子聚合物，提高注入液的粘度，继而提高驱油效果。基于此原理，在油田地面注入系统保持注入液足够的粘度是聚合物驱工艺成败的关键。超高分子量聚丙烯酰胺是目前增粘效果最好的聚合物，在油田三次采油中被普遍应用。然而，聚丙烯酰胺溶液的粘度受到多种因素的影响，其中配制聚合物用水的水质为影响粘度的最重要因素，因为水中的很多成份会导致聚合物迅速降解。因此，配制用水越纯净越好。油田采出水的成份远比一般地面水复杂，对聚合物有害的成份种类多，含量高。实践证明，一般油田采出水配制聚合物，相同浓度下的溶液粘度不及一般清水（地表水或浅层地下水）配制的十分之一。因此，一般聚合物驱三次采油油田都需要采用清水来配制聚合物，或者至少用清水配制聚合物母液，再用采出水稀释成注入液，这就导致淡水资源的巨大浪费和采出污水的剩余，严重影响原油生产的综合效益并增加了环境污染。并且，即使部分使用采出污水稀释聚合物，仍会导致粘度大幅下降，需要提高聚合物用量，结果导致采油成本上升。因此，如何对采出水进行处理，尽可能消除其中对聚合物的有害成份，使之能够被经济地用于聚合物配制，彻底取代清水，实现全污水配制聚合物，就成为三次采油油田面临的重要技术问题。

针对这一问题，通常认为污水中导致聚合物降解的主要成份是金属阳离子，污水的矿化度越高，配制聚合物粘度越低。一般认为即使采用清水配制聚合物母液，污水仅作稀释用，也仅适用于矿化度（即盐含量）在7000毫克/升以下的污水。要想实现全污水配制聚合物，或者将更高矿化度污水用于稀释清水母液，都必须对污水进行除盐处理。当前聚合物驱油田污水处理方案以盐的去除为主，比如采用“双膜法”除盐，几乎完全去除污水中的矿物质和其它大部分有害成份，处理后的水质甚至优于一般清水，因而配制聚合物的效果很好。但是，由于油田采出水的矿化度（盐含量）一般都很高，至少有数千毫克/升，有的高达20万毫克/升，并且油、悬浮固体、COD等污染物指标高，对双膜法危害很大，这使得污水除盐成本非常高，综合成本远高于清水配制。另外，去除盐份只能在聚合物注入地下之前保持高粘度，当注入地层后又必然与地层所含盐份接触而失效。因而这种方法未能得到大规模应用。总的来说，目前还没有一种经济可行的实现全污水配制聚合物的处理方法。

因此，开发出一种针对污水中矿化度以外的其它影响聚合物粘度的因素进行处理，可以在中低矿化度油田实现全污水配制聚合物的工艺，同时实现处理后水质的稳定性和环境上的友好性，是当前三次采油技术中亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种聚合物三次采油油田采出水配制聚合物的处理工艺，可以在中低矿化度油田实现全污水配制聚合物，克服采出废水污染、清水使用浪费、污水配制方法除盐成本高等技术难题。通过研究得知，油田采出水中对聚合物危害最大的成份不仅有金属阳离子，硫化物等还原性物质也是导致聚合物降解的重要因素，甚至是主要因素，其中，采出水金属阳离子的影响即使在地面通过除盐予以消除，回注地层后因与地层和地层水接触，还会基本返回到原有水平，仍会使聚合物迅速降解而失去驱油作用，因而失去了对其进行处理的意义；此外，硫化物等还原性物质主要来自地面系统的微生物繁殖、钢铁腐蚀等作用，去除和控制更加可行，且处理后保粘效果明显、持久（无地层回返问题）。

本发明所述处理工艺，首先采用氧化技术彻底去除污水中的硫化氢、亚铁离子及其它还原性物质，再采用水质稳定剂控制它们的再生成，采用缓蚀剂等技术控制腐蚀，减少亚铁离子的产生，必要时采用母液粘度稳定剂，最终达到地面注入系统全程控制聚合物化学降解，提高注入液粘度的目的。实践证明，采用该处理工艺后全污水配聚适用的污水矿化度可以达到20000毫克/升。

其中，还原性物质氧化去除步骤采用空气、氧气或臭氧为氧化剂，在常压或加压、常温或加热的条件下向污水曝气。曝气装置中充填固态催化剂以提高氧化效率，加深氧化深度。该工艺步骤的特点是效率高、成本低，对污水配制聚合物的处理具有良好的经济、技术适应性。同时，当污水水质较好时也可以采用简单的单纯曝气处理工艺。

氧化后污水水质的稳定主要采用三种方法。一是使用与聚合物具有良好配伍性的杀菌剂；二是采用超细蒽醌抑制硫酸盐还原菌的繁殖和硫化氢的反弹；三是使用咪唑啉类化学缓蚀剂抑制钢铁腐蚀，减少Fe²⁺的生成，四是采用硫脲类物质对聚合物进行稳定。

本发明的油田聚合物驱全污水配聚处理方法，其特征在于：首先对污水进行氧化处理，除去其中的强还原性成份，然后向水中加入具有缓蚀、杀菌、抑制硫酸盐还原菌繁殖和聚合物稳定作用的水质稳定剂，抑制还原性物质的反弹和聚合物的降解。

根据本发明所述的油田聚合物驱全污水配聚处理方法，所述的污水矿化度不高于20000毫克/升。

根据本发明所述的油田聚合物驱全污水配聚处理方法，所述的氧化处理的氧化剂为空气、氧气或臭氧。

根据本发明所述的油田聚合物驱全污水配聚处理方法，所述的氧化处理的方式为曝气处理。

根据本发明所述的油田聚合物驱全污水配聚处理方法，所述的氧化处理的曝气设备为曝气装置，进一步优选为压力式微纳米曝气污水氧化处理装置、高速率工业污水曝气氧化处理装置或固态催化曝气氧化装置。

根据本发明所述的油田聚合物驱全污水配聚处理方法，所述的水质稳定剂由亚硝酸盐缓蚀杀菌剂、蒽醌、咪唑啉和硫脲等组成。各组分的比例根据水质特点通过试验确定，一般折算成污水的加药浓度为亚硝酸盐缓蚀杀菌剂20-150mg/L, 蒽醌2-20 mg/L,咪唑啉10-80 mg/L, 硫脲10-100mg/L。

根据本发明所述的油田聚合物驱全污水配聚处理方法，加入水质稳定剂后的稳定时间为2-4小时。

采用本发明所述的油田聚合物驱全污水配聚处理方法，相对于现有技术，可以实现对于矿化度在7000毫克/升以上的全污水聚配处理，拓展污水聚配处理范围，避免油田开采中的清水消耗，以及所需的污水处理步骤，在实现环境友好性的同时大幅降低开采成本；同时，减少常规污水配聚技术中必要的除盐处理步骤，在降低开采成本同时提升配聚产物的粘度稳定性，实现全污水配聚技术大规模适用的可行性，能够满足大部分油田对于聚合物驱的使用要求，显著提升油田开发收益，具有广阔的适用前景和可观的经济价值。

附图说明

图1为本发明实施例1中油田聚合物驱全污水配聚处理方法的工艺流程图。

图2为本发明实施例2中油田聚合物驱全污水配聚处理方法的工艺流程图。

图3为本发明实施例3中油田聚合物驱全污水配聚处理方法的工艺流程图。

图4为本发明实施例4中油田聚合物驱全污水配聚处理方法的工艺流程图。

图5为本发明实施例5中油田聚合物驱全污水配聚处理方法的工艺流程图。

其中，1-1—空气压缩机，1-2—压力式微纳米曝气污水氧化处理装置，1-3—加药装置，1-4—稳定罐，2-1—风机，2-2—高速率工业污水曝气氧化处理装置，2-3—加药装置，2-4—稳定罐，3-1—风机，3-2—固态催化曝气氧化塔，3-3—加药装置，3-4—稳定罐，4-1—臭氧发生器，4-2—曝气塔，4-3—加药装置，4-4—稳定罐，5-1—制氧机或氧气罐，5-2—固态催化曝气氧化塔，5-3—加药装置，5-4—稳定罐。

具体实施方式

以下为对本发明技术方案的具体说明。

对比例1

现有实现全污水配制聚合物的技术途径是先对污水进行氧化，再除去污水中的溶解性无机矿物质，采用的具体处理方法是超声波高级氧化（AOP）+“双膜法”工艺。具体过程为：污水首先经过常规处理至符合注水水质标准，再进入超声波高级氧化（AOP）装置，除去还原性成份，然后进入保安过滤器滤除污水中可能造成超滤器异常堵塞和污染的悬浮物质，再进入超滤器，滤除可能对反渗透装置造成异常堵塞和污染的悬浮物质。超滤出水进入反渗透装置进行除盐处理。最后，向反渗透出水添加甲醛和硫脲进行稳定，即可用于配制聚合物。该工艺中，超滤和反渗透设备对进水水质要求非常严格，不仅不溶性的悬浮物质会造成两者的严重堵塞，还有许多溶解性成份可能在膜表面结垢，细菌的繁殖也会造成膜堵塞，COD超过40mg/L时也会对反渗透膜造成严重伤害。因此，该工艺流程中还必须有膜系统反洗再生和杀菌、防垢措施（添加杀菌剂和阻垢剂）。

实施例1

实施例1以空气为氧化剂，采用现有技术中“压力式微纳米曝气污水氧化处理装置”（ZL201320644303.8）进行氧化处理。处理后污水加入具有缓蚀和抑制硫酸盐还原菌繁殖作用的复合稳定剂。该稳定剂主要由亚硝酸盐缓蚀杀菌剂、蒽醌、咪唑啉和硫脲等组成。工艺流程见说明书附图1.

空气经过空气压缩机1-1升压后与待处理污水同时进入压力式微纳米曝气污水氧化处理装置1-2进行氧化处理。处理后污水通过加药装置1-3加入复合稳定剂，再进入稳定罐1-4进行稳定，以除去剩余的空气，并与稳定剂充分混合反应。稳定时间一般2-4小时即可。稳定后污水即可去聚合物配注系统用于配制聚合物母液和稀释注入。

实施例2

实施例2以空气为氧化剂，采用高速率工业污水曝气氧化处理装置（ZL201310669010.X）进行氧化处理。处理后污水加入具有缓蚀和抑制硫酸盐还原菌繁殖作用的复合稳定剂。该稳定剂主要由亚硝酸盐缓蚀杀菌剂、蒽醌、咪唑啉和硫脲等组成。工艺流程见说明书附图2.

空气经风机2-1升压后与待处理污水同时进入高速率工业污水曝气氧化处理装置2-2进行氧化处理。处理后污水通过加药装置2-3加入复合稳定剂，再进入稳定罐2-4进行稳定，以除去剩余的空气，并与稳定剂充分混合反应。稳定时间一般2-4小时即可。稳定后污水即可去聚合物配注系统用于配制聚合物母液和稀释注入。

实施例3

实施例3以空气为氧化剂，采用固态催化曝气氧化塔进行氧化处理。处理后污水加入具有缓蚀和抑制硫酸盐还原菌繁殖作用的复合稳定剂。该稳定剂主要由亚硝酸盐缓蚀杀菌剂、蒽醌、咪唑啉和硫脲等组成。所述固态催化曝气氧化塔是一内部装填有固态氧化催化剂的塔形设备。工艺流程见说明书附图3.

空气经过风机3-1升压后与待处理污水同时进入固态催化曝气氧化塔3-2进行氧化处理。处理后污水通过加药装置3-3加入复合稳定剂，再进入稳定罐3-4进行稳定，以除去剩余的空气，并与稳定剂充分混合反应。稳定时间一般2-4小时即可。稳定后污水即可去聚合物配注系统用于配制聚合物母液和稀释注入。

实施例4

实施例4以臭氧为氧化剂，采用曝气塔进行氧化处理。处理后污水加入具有缓蚀和抑制硫酸盐还原菌繁殖作用的复合稳定剂。该稳定剂主要由亚硝酸盐缓蚀杀菌剂、蒽醌、咪唑啉和硫脲等组成。所述曝气塔是一能够使臭氧气体和待处理污水在体内进行充分接触的塔形设备。工艺流程见说明书附图4.

来自臭氧发生器4-1的臭氧气体与待处理污水同时进入曝气塔4-2进行氧化处理。处理后污水通过加药装置4-3加入复合稳定剂，再进入稳定罐4-4进行稳定，以除去剩余的气体，并与稳定剂充分混合反应。稳定时间一般2-4小时即可。稳定后污水即可去聚合物配注系统用于配制聚合物母液和稀释注入。

实施例5

实施例5以纯氧气为氧化剂，采用固态催化曝气氧化塔进行氧化处理。处理后污水加入具有缓蚀和抑制硫酸盐还原菌繁殖作用的复合稳定剂。该稳定剂主要由亚硝酸盐缓蚀杀菌剂、蒽醌、咪唑啉和硫脲等组成。所述固态催化曝气氧化塔是一内部装填有固态氧化催化剂的塔形设备。工艺流程见说明书附图5.

来自制氧机或氧气罐5-1的纯氧与待处理污水同时进入固态催化曝气氧化塔5-2进行氧化处理。处理后污水通过加药装置5-3加入复合稳定剂，再进入稳定罐5-4进行稳定，以除去剩余的氧气，并与稳定剂充分混合反应。稳定时间一般2-4小时即可。稳定后污水即可去聚合物配注系统用于配制聚合物母液和稀释注入。

表1.本发明实施例1-5与现有技术制备配聚污水各项指标比较

（以原水矿化度10000mg/L，处理量5000m³/d的污水配聚工程为例）

通过以上表格可看出，利用本发明方法处理油田污水实现全污水配制聚合物，相对于现有技术具有工程投资小，运行成本低的优点。

需要指出的是，以上实施例均为有益于对本发明的技术特征、目的和有益效果更加清楚的理解，对本发明技术方案的详细说明，但不能被理解为对本发明所要保护范围的限制，基于本发明构思进行的变化、改进，应理解为属于本发明所要保护的范围内。

Claims (7)

1.一种油田聚合物驱全污水配聚处理方法，其特征在于：首先对污水进行氧化处理，除去其中的强还原性成分，所述氧化处理的氧化剂为空气、氧气或臭氧，然后向水中加入具有缓蚀和抑制硫酸盐还原菌繁殖作用的水质稳定剂，抑制还原性物质的反弹，稳定后污水进入聚合物配注系统用于配制聚合物母液和稀释注入，所述水质稳定剂主要由亚硝酸盐缓蚀杀菌剂、蒽醌、咪唑啉和硫脲组成。

2.根据权利要求1所述的油田聚合物驱全污水配聚处理方法，所述的污水矿化度不高于20000毫克/升。

3.根据权利要求1所述的油田聚合物驱全污水配聚处理方法，所述的氧化处理方式为曝气处理。

4.根据权利要求1所述的油田聚合物驱全污水配聚处理方法，所述的氧化处理的曝气设备为压力式微纳米曝气污水氧化处理装置、高速率工业污水曝气氧化处理装置或固态催化曝气氧化装置。

5.根据权利要求1所述的油田聚合物驱全污水配聚处理方法，所述的水质稳定剂的加药浓度为：亚硝酸盐20-150mg/L，蒽醌2-20 mg/L，咪唑啉10-80 mg/L, 硫脲10-100mg/L。

6.根据权利要求1所述的油田聚合物驱全污水配聚处理方法，其中加入具有缓蚀和抑制硫酸盐还原菌繁殖作用的水质稳定剂后进入稳定罐进行稳定，除去剩余的空气，与稳定剂充分混合反应。

7.根据权利要求1所述的油田聚合物驱全污水配聚处理方法，其中加入水质稳定剂后的稳定时间为2-4小时。

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