CN110885166A - 一种用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂及其使用方法 - Google Patents

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李华昌
何海
孙天礼
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胡新佳
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唐均
钟嘉
张�林
欧阳宇恒
龚小平
庄园
庄绍成
邹毅
冯光勇
郭威
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Abstract

本发明公开了一种用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂及其使用方法，属于气田中气井开采用材料技术领域。以质量份数计，包括如下原料组分：脱硫剂8～10份、破乳剂40～50份、阻燃剂3～4份、pH调节剂10～15份及水150～200份；该处理剂在本使用方法中，实现油泥的破乳，以及油、水及泥的安全高效分离，以解决此类油泥对高含硫气田高效生产运行的制约问题。

Description

一种用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种处理剂及其使用方法，具体涉及一种用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂及其使用方法，属于气田中气井开采用材料技术领域。
背景技术
高含硫气田产出的原料气和气田水中含有大量硫化氢，硫化氢对集输管线具有强烈的腐蚀性，因此，高含硫气田在生产过程中，必须通过连续加注缓蚀剂，以及管线内壁进行缓蚀剂涂膜的方式对管线进行防腐保护，为保证防腐效果，优选油溶型缓蚀剂。但由于油溶型缓蚀剂与气田水充分接触后，发生乳化反应而形成油泥，该油泥具备以下特征：
（1）膏状粘度高、流动性低，切力大；
（2）硫含量高，主要包括单质硫及有机硫化物；
（3）成分复杂，含油类物质多，外表面疏水；
（4）油泥内包裹吸附岩屑、单质硫等固体微粒；
（5）油泥多以油包水的方式稳定存在，固体微粒存在于内部水，并相极难通过物理压滤的方式进行分离。
在现有技术中，油泥主要通过污水收集系统进入污水处理站，由于其压滤效率低，粘度高且易堵塞压滤设备，一直是制约高含硫气田高效生产运行的重大瓶颈。目前国内外针对高含硫气田因酸气对管线缓蚀剂防腐产生的油泥尚无成熟的处理剂或方法。就目前一般油泥处理方法而言，主要有物化法处理和生物法处理两大类措施：
物化法处理方法，主要通过调质后机械分离、化学固化法、化学氧化法、高温燃烧法、高温裂解法、萃取法等措施使油泥发生理化性质的改变，达到减量或消除的目的，具有反应速度快、处理效果明显等优点。其中，高温燃烧和裂解、化学氧化法处理效果好，但工艺设备要求和运行费用偏高，集中处理存在危废运输风险；调质后机械分离或萃取的方法，运用较为广泛，能够将含油污泥改变理化性质后进行减量，但处理药剂针对性、适用对象局限，市场上普适性较好的成熟药剂针对性有效成分含量低，处理时药剂用量大，运行成本极高，不能满足高含硫气田长期高效生产需要。
生物法处理方法，通过工程措施，利用微生物催化方法，降解或去除有机污染物。但由于受生物特性的限制，特定的微生物只能够降解特定的化合物类型，化合物形态一旦变化就难以被原有的微生物酶系降解，通常情况下微生物活性易受温度和其他环境条件影响，反应条件相对苛刻，处理速度较物化处理方法更缓慢，亦无法满足含硫气田的连续生产运行。
国知局于2014年05月21日公开一种公开号为CN103803764A，专利名称为“一种含油污泥破乳剂及其制备方法”的发明文献，对含油率较高的油泥适用性较强，主要使用脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠、月桂醇醚磷酸酯钾、苯乙烯以及酸性较强的无机酸或有机酸。反应时，首先将油泥与水在混合罐中混合均匀，然后加入破乳剂进行搅拌，破乳后的混合物在油泥分离装置中进行油、水、泥的分离，混合反应时间为20～110min，温度为70～90℃。该发明专利破乳效果好，制备方法简便且成本低，主要应用于罐底油泥、浮渣和活性污泥的无害化处理，回油利用率较高，绿色环保。
国知局于2017年11月03日公开一种公开号为CN107311429A，专利名称为“一种油泥的处理工艺”的发明文献，通过油泥与废酸混合后，加入硫酸亚铁固体和石灰，将几乎不能直接压滤处理的油泥转变物理性质后进行压滤，实现固液分离。该发明工艺简单、工序流程少、处理效果快，利用废酸处理油泥，以废治废的方式不仅减少了成本，更减少了二次废水产生的量。
在上述专利文献中，公开的油泥处理剂或工艺，都需要添加大量的无机酸或有机酸，且对温度、热量需求较高。然而，对高含硫气田而言，一方面含油污泥中含有大量的硫化物，与在酸性条件下会重新生成剧毒、恶臭硫化氢气体，不仅无法与现有的污水处理工艺匹配，更严重威胁到气田污水处理过程中的生产安全；另一方面，不论物理加热或投加石灰加热，都会导致系统温度上升，对于需要防爆的气田生产现场，也必将带来新的安全隐患。
发明内容
本发明旨在为克服现有技术缺陷，发明人通过对高含硫气田的缓蚀剂防腐过程中产生油泥、破乳机理及油泥内重要组分等进行分析，而提出了一种用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂及其使用方法，实现油泥的破乳，以及油、水及泥等成分的安全高效分离，以解决此类油泥对高含硫气田高效生产运行的制约问题。
为了实现上述技术目的，提出如下的技术方案：
一种用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂，以质量份数计，包括如下原料组分：
脱硫剂 8～10份
破乳剂 40～50份
阻燃剂 3～4份
pH调节剂 10～15份
水 150～200份。
优选的，以质量份数计，包括如下原料组分：
脱硫剂 9份
破乳剂 45份
阻燃剂 3份
pH调节剂 13份
水 180份。
优选的，所述脱硫剂为氯化锌、双氧水或次氯酸钠，主要除去油泥中的硫化氢及其它硫化物。脱硫剂为氯化锌，通过沉淀反应除去S2-；脱硫剂为双氧水，通过氧化还原反应除去S2-而生成S4+。
优选的，所述破乳剂为小分子醇类，如：乙醇、甲醇及乙二醇，其作用是通过极性基团攻击油水界面膜，改变膜表面张力，在一定能量注入的情况下破坏油泥的油包水结构，达到破乳目的，实现油、水及泥的分离。
优选的，所述阻燃剂的主要成分为高沸点多元醇聚合物，如：聚乙二醇，其作用是对易燃、易挥发的小分子破乳剂进行保护，保障含硫气田生产安全。
优选的，所述pH调节剂为常用碱与强碱弱酸盐，如：碳酸钠、氢氧化钠及氧化钙，其作用是调节反应过程中溶液的pH值，避免在酸性条件下污泥中硫化物形成剧毒、易燃、易爆硫化氢气体，同时可促进破乳和破乳后油、水及泥等的分离效果。
所述水主要作为脱硫剂和pH调节剂的溶剂。
一种用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂的使用方法，包括如下步骤：
A． 以质量份数计，分别称取除硫剂和水，并将除硫剂加入至水中，溶解，得除硫剂溶液，备用；
B． 以质量份数计，分别称取破乳剂和阻燃剂混合均匀，得混合剂，备用；
C．以质量份数计，取pH调节剂，并将pH调节剂加入至水中，溶解，得pH调节剂溶液，备用；
D．向待处理的含硫油泥中加入步骤A中所得除硫剂溶液，利用曝气装置进行混合反应；
E．再向经步骤D处理后的含硫油泥中加入步骤B中所得混合剂和步骤C中所得pH调节剂溶液，调节混合剂破乳、阻燃的pH环境；
F．利用循环泵与曝气装置，让油泥与混合剂进行充分混合反应；
G．于经步骤F后的含硫油泥中取样，静置观察，待油、水及泥完全分离，即判定处理完成。
优选的，在步骤A中，所述除硫剂溶液为质量浓度10～15wt.%的水溶液。
优选的，在步骤B中，所述破乳剂与阻燃剂质量比为10:1～12:1。
优选的，在步骤C中，所述pH调节剂溶液为质量浓度10～20wt.%的水溶液。
优选的，在步骤D中，所述曝气混合过程的反应时间为1～2h。
优选的，在步骤E中，所述pH为8～9。
优选的，在步骤F中，所述循环与曝气的混合反应时间为6～8h。
本技术方案的有益效果如下：
1）本发明克服了现有技术缺陷，针对性地对高含硫气田中含硫油泥并实现了破乳和油、水、泥成分的安全高效分离，解决此类油泥对高含硫气田高效生产运行的制约问题；
2）本发明现场实施步骤简单，且也适用于目前所使用的含硫污水处理工艺；同时，本发明使用的处理剂配方及配制方法简单，处理剂市场价格低，高效地实现了高含硫气田生产过程中污泥危废的减量工作，环保效果明显；
3）本发明在实验室内小试和现场中试验成功后，投入某高含硫气田种生产使用，得出其为气田中含硫含油污泥处理的唯一有效手段。本发明所提供的使用方法与处理剂，于2017年在某气田全面检维修的过程中发挥出显著作用，短时间内紧急处理浓度极高的含硫油泥约150方；
4）在本发明中，在某高含硫气田中使用本处理剂而对含硫油泥进行处理，单次处理量80～100方，配置处理剂到破乳分离完成，累计耗时约20h。在此过程中：①全程未检测到易燃易爆剧毒的硫化氢气体，极大降低了含硫油泥处理过程中的安全生产风险；②实现破乳后分离，并通过压滤产生的压力，将污泥体积降低至原有含硫油泥体积的1/6～1/5，按照目前某高含硫气田中含硫含油污泥处理费用的最低标准计算，可降低4500元/t，经济效益显著；③在实际的运用过程中，油泥的及时处理，为污水站水处理系统提供了缓冲空间，解决了因无法有效处理油泥，而积压这一长期困扰气田管线正常开展防腐工作的难题；④从分离后在上清液与压滤回流水中取样化验，得出其中硫化物＜10mg/L，对污水处理工艺无任何负面影响；
5）本发明主要应用于高含硫气田的集输管线防腐过程中产生的含硫油泥处理，同时也可应用于其它涉硫环境或工艺中产生油泥的处理。
随着油气田开发的发展和深入，国内外越来越多的高含硫气田相继发现并投入开发利用。在开发过程中，集输管线防腐是涉及到最本质安全的重要环节，但性能较好的油基缓蚀剂势必会与气田水乳化形成油泥，不仅给生产运行、环境保护带来一系列问题，更使生产成本陡增。本发明填补了无法高效安全处理高含硫气田含硫油泥的技术空缺，通过对油泥形成机理及破乳机理研究，优选出小分子破乳剂，并结合油气田生产工艺进行了配方优化，使用方法简单，处理剂市场价格低，对高含硫气田含硫油泥实现了破乳和油、水、泥的安全高效分离，解决了此类油泥对高含硫气田生产、安全以及成本控制的制约。本发明在某高含硫气田应用的基础上，可推广至普光气田、川西海相气田、龙岗气田等国内类似气田，实用价值和意义巨大；
6）本发明充分结合高含硫气田油泥成分，以及目前国内外高含硫气田普遍使用的污泥处理工艺，能够安全地实现气田生产过程中缓蚀剂防腐产生油泥的高效处理。本发明主要使用市场价格较低的小分子有机物作为破乳剂，加入脱硫剂、阻燃剂和碳酸钠，控制pH值在8～9之间，通过常规曝气装置使之与油泥充分反应后，通过重力分异完成油、水、泥的有效分离。
具体实施方式
下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本发明目的技术方案，需要说明的是，本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。
实施例1
一种用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂，以质量份数计，包括如下原料组分：
脱硫剂 8份
破乳剂 40份
阻燃剂 3份
pH调节剂 10份
水 150份。
所述脱硫剂为氯化锌，主要除去油泥中的硫化氢及其它硫化物。
所述破乳剂为乙醇，其作用是通过极性基团攻击油水界面膜，改变膜表面张力，在一定能量注入的情况下破坏油泥的油包水结构，达到破乳目的，实现油、水及泥等的分离。
所述阻燃剂为聚乙二醇，其作用是对易燃、易挥发的小分子破乳剂进行保护，保障含硫气田生产安全。
所述pH调节剂为碳酸钠，其作用是调节反应过程中溶液的pH值，避免在酸性条件下污泥中硫化物形成剧毒、易燃、易爆硫化氢气体，同时可促进破乳和破乳后油、水及泥等的分离效果。
所述水主要作为脱硫剂和pH调节剂的溶剂。
实施例2
一种用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂，以质量份数计，包括如下原料组分：
脱硫剂 10份
破乳剂 50份
阻燃剂 4份
pH调节剂 15份
水 200份。
所述脱硫剂为双氧水。
所述破乳剂为甲醇。
所述阻燃剂为聚乙二醇。
所述pH调节剂为氢氧化钠。
实施例3
一种用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂，以质量份数计，包括如下原料组分：
脱硫剂 9份
破乳剂 45份
阻燃剂 34份
pH调节剂 13份
水 180份。
所述脱硫剂为沉淀型除硫剂。
所述破乳剂为小分子醇类。
所述阻燃剂的主要成分为高沸点多元醇聚合物。
所述pH调节剂为强碱弱酸盐。
所述水主要作为脱硫剂和pH调节剂的溶剂。
实施例4
一种用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂，以质量份数计，包括如下原料组分：
脱硫剂 10份
破乳剂 40份
阻燃剂 4份
pH调节剂 11份
水 160份。
所述脱硫剂为沉淀型除硫剂，如：次氯酸钠，主要除去油泥中的硫化氢及其它硫化物。
所述破乳剂为小分子醇类，如：乙二醇，其作用是通过极性基团攻击油水界面膜，改变膜表面张力，在一定能量注入的情况下破坏油泥的油包水结构，达到破乳目的，实现油、水及泥等的分离。
所述阻燃剂的主要成分为高沸点多元醇聚合物，如：聚乙二醇，其作用是对易燃、易挥发的小分子破乳剂进行保护，保障含硫气田生产安全。
所述pH调节剂为强碱弱酸盐，如：氧化钙，其作用是调节反应过程中溶液的pH值，避免在酸性条件下污泥中硫化物形成剧毒、易燃、易爆硫化氢气体，同时可促进破乳和破乳后油、水及泥等的分离效果。
所述水主要作为脱硫剂和pH调节剂的溶剂。
实施例5
一种用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂，以质量份数计，包括如下原料组分：
脱硫剂 8份
破乳剂 50份
阻燃剂 3份
pH调节剂 14份
水 190份。
所述脱硫剂为氯化锌。
所述破乳剂为乙醇。
所述阻燃剂为聚乙二醇。
所述pH调节剂为碳酸钠。
实施例6
在实施例1-5的基础上：
一种用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂的使用方法，包括如下步骤：
A． 以质量份数计，分别称取除硫剂和水，并将除硫剂加入至水中，溶解，得除硫剂溶液，备用；
B． 以质量份数计，分别称取破乳剂和阻燃剂混合均匀，得混合剂，备用；
C．以质量份数计，取pH调节剂，并将pH调节剂加入至水中，溶解，得pH调节剂溶液，备用；
D．向待处理的含硫油泥中加入步骤A中所得除硫剂溶液，利用曝气装置进行混合反应；
E．再向经步骤D处理后的含硫油泥中加入步骤B中所得混合剂和步骤C中所得pH调节剂溶液，调节混合剂破乳、阻燃的pH环境；
F．利用循环泵与曝气装置，让油泥与混合剂进行充分混合反应；
G．于经步骤F后的含硫油泥中取样，静置观察，待油、水及泥完全分离，即判定处理完成。
实施例7
在实施例6的基础上：
在步骤A中，所述除硫剂溶液为质量浓度10wt.%的水溶液。
在步骤B中，所述破乳剂与阻燃剂质量比为10:1。
在步骤C中，所述pH调节剂溶液为质量浓度10wt.%的水溶液。
在步骤D中，所述曝气混合过程的反应时间为1h。
在步骤E中，所述pH为8。
在步骤F中，所述循环与曝气的混合反应时间为6h。
实施例8
在实施例6的基础上：
在步骤A中，所述除硫剂溶液为质量浓度15wt.%的水溶液。
在步骤B中，所述破乳剂与阻燃剂质量比为12:1。
在步骤C中，所述pH调节剂溶液为质量浓度20wt.%的水溶液。
在步骤D中，所述曝气混合过程的反应时间为2h。
在步骤E中，所述pH为9。
在步骤F中，所述循环与曝气的混合反应时间为8h。
实施例9
在实施例6的基础上：
在步骤A中，所述除硫剂溶液为质量浓度12wt.%的水溶液。
在步骤B中，所述破乳剂与阻燃剂质量比为11:1。
在步骤C中，所述pH调节剂溶液为质量浓度15wt.%的水溶液。
在步骤D中，所述曝气混合过程的反应时间为1.5h。
在步骤E中，所述pH控制在8.5之间。
在步骤F中，所述循环与曝气的混合反应时间为7h。
实施例10
在实施例6的基础上：
在步骤A中，所述除硫剂溶液为质量浓度14wt.%的水溶液。
在步骤B中，所述破乳剂与阻燃剂质量比为12:1。
在步骤C中，所述pH调节剂溶液为质量浓度14wt.%的水溶液。
在步骤D中，所述曝气混合过程的反应时间为1.8h。
在步骤E中，所述pH为8。
在步骤F中，所述循环与曝气的混合反应时间为8h。
实施例11
一种用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂，以质量计，包括如下原料组分：
脱硫剂 1000kg；
破乳剂 4000kg；
阻燃剂 400kg；
pH调节剂 1000kg；
并使用水作组分溶剂。
实施例12
一种用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂，以质量计，包括如下原料组分：
脱硫剂 1000kg；
破乳剂 5000kg；
阻燃剂 400kg；
pH调节剂 1250kg；
并使用水作组分溶剂。
应用例
在实施例11-12基础上：
两次实施于元坝气田29井污水处理站3号池内油泥，按油泥深度（液位）计算油泥量约80立方。
一、现场应用效果如下：
加入氯化锌除硫剂溶液并利用曝气装置反应1.5h；
将配置完成的阻燃乙醇混合剂和碳酸钠溶液加入污泥池中，并通过循环泵与曝气装置，测试pH值为8.4；
混合反应接近1h后，油泥性质即出现明显变化；
9h后取样静置，油、水、泥完全分离，同时测试上清液中硫化物＜10mg/L；
停止循环泵与曝气装置，污泥池内油脂类物上浮于表面，泥处于底部，水处于中间部位。
结果表明：本应用有效地实现了高含硫气田含油污泥的处理。
二、现场应用效果如下：
加入氯化锌除硫剂溶液并利用曝气装置反应1.5h；
将配置完成的阻燃乙醇混合剂和碳酸钠溶液加入污泥池中，并通过循环泵与曝气装置，测试pH值为8.9；
混合反应接近1h后，油泥性质即出现明显变化；
6h后取样静置，油、水、泥完全分离，同时测试上清液中硫化物＜10mg/L；
停止循环泵与曝气装置，污泥池内油脂类物上浮于表面，泥处于底部，水处于中间部位。
结果表明：本应用有效地实现了高含硫气田含油污泥的处理。

Claims (10)

1.一种用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂，其特征在于，以质量份数计，包括如下原料组分：
脱硫剂 8～10份
破乳剂 40～50份
阻燃剂 3～4份
pH调节剂 10～15份
水 150～200份。
2.根据权利要求1所述的用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂，其特征在于，以质量份数计，包括如下原料组分：
脱硫剂 9份
破乳剂 45份
阻燃剂 3份
pH调节剂 13份
水 180份。
3.根据权利要求1所述的用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂，其特征在于，所述脱硫剂为氯化锌、双氧水或次氯酸钠。
4.根据权利要求1所述的用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂，其特征在于，所述破乳剂为乙醇、甲醇或乙二醇。
5.根据权利要求1所述的用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂，其特征在于，所述阻燃剂包括聚乙二醇。
6.根据权利要求1所述的用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂，其特征在于，所述pH调节剂为碳酸钠、氢氧化钠或氧化钙。
7.一种根据权利要求1-6中任意一项所述的用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂的使用方法，包括如下步骤：
A．按配比分别称取除硫剂和水，并将除硫剂加入至水中，溶解，得质量浓度为10～15wt.%的除硫剂溶液，备用；
B．以破乳剂与阻燃剂质量比为10:1～12:1，分别称取破乳剂和阻燃剂，混合均匀，得混合剂，备用；
C．按配比分别称取pH调节剂和水，并将pH调节剂加入至水中，溶解，得质量浓度为10～20wt.%的pH调节剂溶液，备用；
D．向待处理的含硫油泥中加入步骤A中所得除硫剂溶液，利用曝气装置进行混合反应；
E．再向经步骤D处理后的含硫油泥中加入步骤B中所得混合剂和步骤C中所得pH调节剂溶液；
F．利用循环泵与曝气装置，让油泥与混合剂进行充分混合反应；
G．于经步骤F后的含硫油泥中取样，静置观察，待油、水及泥完全分离，即判定处理完成。
8.根据权利要求7所述的用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂的使用方法，其特征在于，在步骤D中，所述曝气混合过程的反应时间为1～2h。
9.根据权利要求7所述的用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂的使用方法，其特征在于，在步骤E中，所述pH为8～9。
10.根据权利要求7所述的用于高含硫气田中含硫油泥的处理剂的使用方法，其特征在于，在步骤F中，所述循环与曝气的混合反应时间为6～8h。
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