CN111499039A - 一种油田采出液回注处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油气田污水处理技术领域，具体涉及一种油田采出液回注处理工艺。所述工艺包括在油田采出液中加入净化剂，经过沉降、过滤，在过滤过程中或过滤后的滤液中投加缓蚀阻垢杀菌剂，最终得到符合注水水质标准的回注水，实现采出液的循环再利用。所述工艺中使用的缓蚀阻垢杀菌剂的有效成分由甜菜碱型两性表面活性剂、十六烷基二甲基（2‑亚硫酸）乙基铵和木质素衍生物按照重量比2‑10∶1‑5∶1‑50组成。本发明通过絮凝、沉降、过滤以及回注水质控制相结合的方式，在实现油田采出液水质净化的同时，使其满足油田回注水质要求，解决了注水系统管道经常出现的阻塞和腐蚀问题，实现油田污水的循环利用。
Description
技术领域
本发明属于油气田污水处理技术领域，具体涉及一种油田采出液回注处理工艺。
背景技术
油田注水开发是保持油藏地层压力和提高采收率的有效手段，为充分利用污水、减少清水用量，避免污水腐蚀注水系统设备、管网，堵塞和损害储层，国内西部油田为满足大量注水要求，多采用清污混注方式开发油藏。此种方式处理的采出液既含有油污水又含有浅层清水，水质差异大，混合回注时两种水质相遇可能发生化学沉淀反应，导致沉积物堵塞伤害储层，降低油藏渗透率，并使注水系统结垢和腐蚀因素复杂化。沉积垢的类型主要有无机垢、生物膜垢等，这些沉积垢脱落易堵塞油藏储层，最终形成“结垢-腐蚀”、“腐蚀-结垢”互为因果关系的恶性循环，导致污水处理和注水两个系统的设备、管网、井筒出现结垢和腐蚀，地层堵塞现象日趋严重，导致油藏采收率下降、原油产量逐年递减。
针对采出液现有处理工艺存在的水质超标和回注系统设备腐蚀结垢等问题，目前有一些针对油田采出液污水处理的装置或方法。专利CN 201099648Y公开了一种低渗透油田回注用采油污水处理装置，包括气浮-生物-超滤-纳滤等单元处理工艺及设备，使用该工艺及装置处理采出液即含油污水可以实现水质达到低渗油田注水水质标准。但是该装置使用工艺复杂，生物降解处理时间过长，超滤和微滤膜及配套设备运行过程清洗频繁、维护复杂，不仅导致运行费用较高，而且不适合大型油田超大处理量(日处理量不低于万方)含油污水的净化处理及稳定回注。专利CN101367564公开了一种低渗油田采油污水的回注达标深度处理方法，其中所述采用的方法为混凝-气浮-石英砂粗滤-微滤-超滤组合工艺及设备，该方法通过采用混凝、气浮的预处理，然后综合利用石英砂粗滤与微滤及超滤膜的精密过滤，实现了悬浮物的深度去除、悬浮颗粒中值直径稳定达标。但该方法中精密过滤采用微滤和超滤膜设备，依然存在过滤膜和膜分离设备的预处理要求严格、运行过程清洗频繁和维护复杂的缺陷，导致运行费用过高，不适用于大型低渗油田采出液大规模回注处理，性价比较低。
目前尚无规模化处理低渗油田采出液，并使其满足回注水质要求的水质净化与水质稳定控制方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种油田采出液回注处理工艺，通过絮凝、沉降、过滤以及回注水质控制相结合的方式，在实现油田采出液水质净化的同时，使其满足回注水质要求，解决了注水系统管道经常出现的阻塞和腐蚀问题，实现油田污水的循环利用。
为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种油田采出液回注处理工艺，所述工艺包括在油田采出液中加入净化剂，经过沉降、过滤，在过滤过程中或过滤后的滤液中投加缓蚀阻垢杀菌剂，最终得到符合注水水质标准的回注水，实现采出液的循环再利用。
优选的，所述净化剂包括混凝剂、助凝剂和pH调节剂；混凝剂的添加量为1.5-3.0L/m3；助凝剂的添加量为5-20L/m3；pH调节剂的添加量为1.0-1.3L/m3；
所述混凝剂为质量分数5-20％的聚合氯化铝、聚合硅酸铝铁中一种或两种任意比例混合溶液；
所述助凝剂为质量分数0.01-0.5％的阴离子聚丙烯酰胺或阳离子聚丙烯酰胺中一种或两种任意比例混合溶液；
所述pH调节剂为质量分数10-20％的碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾中一种或两种以上任意比例混合溶液。
优选的，所述过滤中使用弹性过滤器进行过滤；进一步的，所述弹性过滤器为袋式过滤器或滤芯式过滤器。
优选的，所述过滤包括粗滤和精滤；粗滤的过滤精度为25-50μm；精滤的滤芯过滤精度为1-5μm。
优选的，所述缓蚀阻垢杀菌剂由杀菌剂组分与缓蚀剂组分组成；缓蚀阻垢杀菌剂在油气田回注水中的添加浓度为30～500mg/L。
优选的，所述缓蚀阻垢杀菌剂的有效成分由甜菜碱型两性表面活性剂、十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵和木质素衍生物按照重量比2-10∶1-5∶1-50组成；
所述甜菜碱型两性表面活性剂为癸烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱、十二烷基二甲基甜菜碱、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱、十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱、十四烷基酰胺丙基羟丙基磺基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱和月桂酰胺丙基甜菜碱中的任一种；所述木质素衍生物为木质素磺酸钠或碱性木质素中任一种。
本发明的有益效果为：
1)本发明采用不同过滤精度的弹性滤袋和滤芯组成金属钢质精密过滤设备，既避免过滤精度低导致的滤后水质不满足回注水要求的问题，又能克服微滤、超滤和微滤膜设备在运行中存在的维护复杂和费用高的缺陷，过滤效率高，设备稳定性好；
2)在进行过滤的同时投加多功能缓蚀阻垢杀菌剂，实现注水水质中悬浮物、平均腐蚀率和菌类等主控指标长期稳定达标，有效地解决低渗油田注水系统水质难以稳定控制的技术难题。
3)本发明将油田采出液净化与回注水质控制相结合，处理效率高，能有效延长回注水循环管路的使用时限，适用于大型油田，尤其是低渗油田采出液的工业化处理，尤易于推广利用。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。本发明所用试剂和材料均为普通市售，或本领域技术人员通过公开途径可以获得。
本发明对低渗油田采出液处理和回注水质稳定控制效果进行评价时，参照《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》(SY/T5329-2012)、《油田用杀菌剂》(Q/SY49-2007)、《油田采出水处理用缓蚀剂性能指标及评价方法》(SY/T5273-2014)、《油田水处理用缓蚀阻垢剂技术要求》(Q/SY126-2007)和《油田水分析方法》(SY/T5523-2016)。
实施例1
油气田常用的非氧化型杀菌剂主要有双氯酚、戊二醛、异噻唑啉酮、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基二甲基苄基溴化铵、十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵等。为了对比不同杀菌剂的杀菌效果，及其对管路的腐蚀效果，发明人先针对不同的杀菌剂进行对比测试，具体测试结果见表1，其中以不添加杀菌剂为空白对照，上述测试均平行进行3次，测试结果取平均值。
表1不同杀菌剂的杀菌效果对比及对A3碳钢的平均腐蚀率
从杀菌性能来看，在投加质量分数均为30mg/L条件下，十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、十二烷基胍硫酸盐和十二烷基二甲基甜菜碱对硫酸盐还原菌(SRB)、铁细菌(IB)和腐生菌(TGB)的杀菌效果相对较好。而从缓蚀性能来看，双十烷基二甲基氯化铵、十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、和十二烷基二甲基甜菜碱对A3碳钢的平均腐蚀率相对较低，说明这三种杀菌剂具有一定的缓蚀性能，但是其平均腐蚀率仍不符合《油田采出水处理用缓蚀剂性能指标及评价方法》(SY/T5273-2014)规定的0.076mm/a。
发明人将上述杀菌和缓蚀性能较为优越的制剂进行复配组成制剂组合，并考察了其杀菌和缓蚀性能，具体测试结果见表2。
表2不同制剂组合的杀菌效果对比及对A3碳钢的平均腐蚀率
上述十二烷基二甲基甜菜碱与十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、十二烷基胍硫酸盐和双十烷基二甲基氯化铵按重量比为1﹕1；从表2可以看出，十二烷基二甲基甜菜碱与十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵组成的制剂组合对硫酸盐还原菌、铁细菌和腐生菌的杀菌效果大幅提高，细菌数能够满足油田对回注水水质的要求，但其对A3碳钢的平均腐蚀率仍然不符合技术要求。
为了进一步提高杀菌制剂组合的缓蚀性能，发明人将上述杀菌性能最优的制剂组合十二烷基二甲基甜菜碱和十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵与不同的缓蚀阻垢制剂进行组合；所用组分的重量配比为十二烷基二甲基甜菜碱：十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵：缓蚀阻垢剂＝2∶2∶1；在投加有效质量分数40mg/L条件下，不同制剂组合对A3碳钢的平均腐蚀率见表3。
表3不同制剂组合对A3碳钢的平均腐蚀率及缓蚀率对比
*缓蚀率定义：未加缓蚀剂A3钢片的平均腐蚀率与投加缓蚀剂后A3钢片的平均腐蚀率的差值除以未加缓蚀剂A3钢片的平均腐蚀率的比值再乘以100％，所得的数值即为缓蚀率。
从上表可以看出，加入缓蚀阻垢剂PAPE、十八胺、咪唑啉硫代磷酸酯、木质素磺酸钠和碱化木质素后，制剂组合对A3碳钢平均腐蚀率均小于0.076mm/a，符合要求；其中添加碱型木质素的制剂组合对A3碳钢的平均腐蚀率最低，为0.031mm/a，而添加木质素磺酸钠的制剂组合平均腐蚀率比前者略高，为0.033mm/a。
十二烷基二甲基甜菜碱属于甜菜碱型两性表面活性剂，所述甜菜碱型两性表面活性剂家族还有一些组分也常被用作杀菌剂，如癸烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱等；为了考察十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵与不同甜菜碱型表面活性剂或不同木质素衍生物的复配效果，发明人按照不同成分与重量配比配制缓蚀阻垢杀菌剂，将其加入某注水站的回注水中，其中不同缓蚀阻垢杀菌剂的成分配比如表4所示。
表4不同缓蚀阻垢杀菌剂的成分配比
| 实验编号 | A1 | A2 | A3 | A4 | A5 | A6 | A7 | B | C1 | C2 |
| 1 | 2 | 5 | 1 | |||||||
| 2 | 5 | 5 | 2 | |||||||
| 3 | 6 | 4 | 3 | |||||||
| 4 | 3 | 5 | 3 | |||||||
| 5 | 10 | 1 | 5 | |||||||
| 6 | 8 | 2 | 20 | |||||||
| 7 | 6 | 5 | 50 | |||||||
| 8 | 5 | 3 | 20 | |||||||
| 9 | 7 | 5 | 30 | |||||||
| 10 | 2 | 5 | 25 |
上表中，A1为癸烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱，A2为十二烷基二甲基甜菜碱，A3为十二烷基乙氧基磺基甜菜碱，A4为十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱，A5为十四烷基酰胺丙基羟丙基磺基甜菜碱，A6为椰油酰胺丙基甜菜碱，A7为月桂酰胺丙基甜菜碱；B为十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵；C1为木质素磺酸钠，C2为碱性木质素。
不同有效质量分数条件下上述缓蚀阻垢杀菌剂的阻垢率(碳酸钙)以及对采收率的影响结果见表5；杀菌效果及平均腐蚀率测定结果见表6。
表5不同缓蚀阻垢杀菌剂的阻垢率(碳酸钙)以及对采收率的影响对比
表6不同条件下投加前后回注水中细菌数量及平均腐蚀率对比
从表5可以看出，不同重量配比和不同有效质量分数条件下，上述缓蚀阻垢杀菌剂的碳酸钙除垢率均可达到85％以上，提高投加量一定程度上可提高碳酸钙除垢率。而从采收率上来看，投加缓蚀阻垢杀菌剂后的采收率均较原水驱采收率有所提高；但是，有效质量分数30～50mg/L时采收率的提高程度较低，与原水驱采收率相比仅提高0.18％-0.36％；而当有效质量分数为150～500mg/L，与原水驱采收率相比投加后采收率可提高2.03％～3.68％；这充分说明在回注水中投加上述缓蚀阻垢杀菌剂既能有效防止碳酸钙沉淀，还能提高原油采收率，进而提高生产效益。
从表6数据可以看出，上述缓蚀阻垢杀菌剂对硫酸盐还原菌、铁细菌和腐生菌的杀菌率均达到99％以上，平均腐蚀率远小于石油天然气行业标准数值0.076mm/a。
上述研究结果表明，十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、甜菜碱型表面活性剂和木质素衍生物组成的制剂能够对油田回注水中还原菌、铁细菌和腐生菌有效杀灭，并具有优异的缓蚀和除垢性能。在回注水中投加上述制剂组合不仅可以满足油田回注水的水质要求，还能提高原油水驱采收率，增加企业效益，是一种经济而高效的缓蚀阻垢杀菌剂。
实施例2
取某低渗油田经集输处理站三相分离器预处理后的采出液40m3，连续泵入到混凝-絮凝反应器中，同时在中速(150r/min)搅拌下连续投加质量分数为10％的聚合氯化铝溶液1.5L/m3；混合均匀后，加入质量分数为15％的碳酸钠溶液1.0L/m3；慢速(75r/min)搅拌下加入质量分数为0.1％的阴离子聚丙烯酰胺水溶液10L/m3，加入量以出现絮花沉淀为准；
将上述混合液体泵入到沉降分离器中进行沉降，待固液分离，上层清液泵入滤罐中进行过滤。为了保证过滤效果，该过滤过程包括两级粗滤和两级精滤。粗滤过程使用袋式粗滤罐，由304不锈钢过滤外壳、支撑滤篮和过滤袋组成，规格型号为
所用滤袋为PPR过滤袋，规格为
滤袋孔径分别选择50μm和25μm。精滤过程使用滤芯式精滤罐，由304不锈钢过滤外壳、支撑滤篮和过滤滤芯组成，规格为
所用滤芯为PP过滤棉芯，规格为
过滤孔径依次为5μm、1μm。过滤过程流速40m3/h，压力控制为0.4MPa；
在料液进行精滤的同时，在一级精滤罐进水口连续泵入质量分数为5％的实施例1缓蚀阻垢杀菌剂溶液0.6L/m3，进行水质稳定控制处理；所用缓蚀阻垢杀菌剂有效组分的重量配比为椰油酰胺丙基甜菜碱：十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵：碱性木质素＝2∶2∶1；过滤后的清水经增压注水泵连续泵入注水系统，然后通过不同注水站配水间计量泵入注水井进入地层进行注水开发。
实施例3
取某低渗油田经集输处理站三相分离器预处理后的采出液40m3，连续泵入到混凝-絮凝反应器中，同时在中速搅拌下连续泵入质量分数为10％的聚合氯化铝和阳离子聚丙烯酰胺乳液(质量比为1∶1)混合溶液3.0L/m3；混合均匀后，加入质量分数为15％的碳酸钠溶液1.3L/m3；慢速搅拌下加入质量分数为0.1％的阴离子聚丙烯酰胺水溶液10L/m3，其加入量以出现絮花沉淀为准；
将上述混合液体泵入到沉降分离器中进行沉降；待固液分离，上层清液连续泵入到装有不同精度弹性滤料的两级袋式粗滤罐(滤袋孔径依次为50μm、25μm)及两级滤芯式精滤罐(滤芯孔径依次为5μm、1μm)中进行过滤；粗滤罐和精滤罐的结构设置与实施例2相同；过滤流速为40m3/h，压力控制为0.3MPa；
在料液进行精滤的同时，在一级精滤罐进口处前端连续泵入实施例1缓蚀阻垢杀菌剂溶液(质量分数5％水溶液)1.0L/m3，进行水质稳定控制处理；所用缓蚀阻垢杀菌剂有效组分的重量配比为十二烷基二甲基甜菜碱：十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵：木质素磺酸钠＝3∶5∶3；过滤后的清水经增压注水泵连续泵入注水系统，然后通过不同注水站配水间计量泵入注水井进入地层进行注水开发。
实施例4
取某低渗油田经集输处理站三相分离器预处理后的采出液40m3，连续泵入到混凝-絮凝反应器中，同时在中速搅拌下连续泵入质量分数为10％的聚合氯化铝和阳离子聚丙烯酰胺乳液(质量比为1∶1)的混合物溶液2.0L/m3；混合均匀后，加入质量分数为15％的碳酸钠与氢氧化钠混合物(质量比为3∶2)溶液1.2L/m3，慢速搅拌下加入质量分数为0.1％的阴离子聚丙烯酰胺水溶液10L/m3，其加入量以出现絮花沉淀为准；
将上述混合液体泵入到沉降分离器中进行沉降，待固液分离，上层清液连续泵入到装有不同弹性滤料的两级袋式粗滤罐(滤袋孔径依次为50μm、25μm)及两级滤芯式精滤罐(滤芯孔径依次为5μm、1μm)中进行过滤，粗滤罐和精滤罐的结构设置与实施例2相同；过滤流速为40m3/h，压力控制为0.4MPa；
在料液进行精滤的同时，在一级精滤罐进口处前端连续泵入质量分数为5％的缓蚀阻垢杀菌剂溶液0.8L/m3，进行水质稳定处理；所用缓蚀阻垢杀菌剂有效组分的重量配比为十二烷基乙氧基磺基甜菜碱：十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵：碱性木质素＝10∶1∶5；过滤后的清水经增压注水泵连续泵入注水系统，然后通过不同注水站配水间计量泵入注水井进入地层进行注水开发。
实施例2-4对油田采出液的净化处理效果以及回注水水质控制效果测定如表7所示；所用参数标准参照中国石油天然气行业标准《碎屑岩油藏注水水质推荐标准及分析方法》SY/T5329-2012的A1级注水水质技术标准。
表7实施例2-4中油田采出液净化处理效果以及回注水水质控制效果对比
可以看出，采用实施例2-4中方法对油田采出液进行处理后，水体中悬浮固体含量、含油量、悬浮物颗粒直径中值、平均腐蚀率以及SRB、TG、IB含量均优于行业A1标准，说明经过实施例2-4方法处理后，油田采出液完全满足低渗油田回注水水质的要求，可以注入地层进行注水开发。
为了进一步揭示本发明对油田采出液的处理效果，分别在处理工艺的不同步骤取样，测定水体中的悬浮固体含量、悬浮物颗粒直径中值、SRB、TG、IB等参数。以核桃壳、石英砂为滤料的刚性过滤罐作为过滤效果对照，刚性过滤罐的过滤精度、流速和压力控制条件保持一致。不同处理条件下油田采出液中各参数测定结果见表8。
表8不同处理工艺对油田采出液的处理效果对比
说明：*刚性过滤是指采用核桃壳、石英砂和磁铁矿石等刚性滤料进行过滤处理；**弹性过滤是指采用本发明PPR滤袋、PP棉滤芯或纤维球、双层膨胀滤芯、滤膜等弹性滤料进行的过滤处理；
从上表可以看出，经过混凝-刚性过滤，采出液中悬浮固体含量、颗粒直径中值和含油量相较采出液有明显下降，但是均高于行业A1标准；而水体中细菌含量、平均腐蚀率等参数经过过滤几乎没有明显变化。经过混凝-弹性过滤后，油田采出液中的悬浮固体含量、悬浮物颗粒直径中值和含油量均显著降低，能够符合A1行业标准；但是作为回注水利用时，其对A3碳钢的平均腐蚀率为0.0786mm/a，略高于行业标准的≤0.076mm/a；另外，硫酸盐还原菌(SRB)、铁细菌(IB)和腐生菌(TGB)的含量分别达102个/ml、102个/ml、103个/ml，远高于行业标准，无法满足回注水质要求。当经过混凝-弹性过滤再进行缓蚀阻垢杀菌后，回注水中A3碳钢的平均腐蚀率下降至0.026mm/a，硫酸盐还原菌、铁细菌和腐生菌几乎检不出，完全满足了油田注水的要求。
上述结果表明，通过传统的混凝-多级刚性过滤的方法可以降低油田采出液中的石油含量和固体颗粒含量，但是对于水体的平均腐蚀率及细菌含量并无明显作用，无法满足油田，尤其是低渗油田的注水要求；而采用本发明混凝、沉降、多级弹性过滤以及回注水质控制相结合的方法，能够将油田采出液净化至回注水标准，尤其是满足低渗油田注水A1标准的要求，实现了油田采出液-回注水的循环利用，是一种经济、高效的油田污水处理方法。
Claims (6)
1.一种油田采出液回注处理工艺，其特征在于：所述工艺包括在油田采出液中加入净化剂，经过沉降、过滤，在过滤过程中或过滤后的滤液中投加缓蚀阻垢杀菌剂，最终得到符合注水水质标准的回注水，实现采出液的循环再利用。
2.如权利要求1所述油田采出液回注处理工艺，其特征在于：所述净化剂包括混凝剂、助凝剂和pH调节剂；混凝剂的添加量为1.5-3.0L/m3；助凝剂的添加量为5-20L/m3；pH调节剂的添加量为1.0-1.3L/m3；
所述混凝剂为质量分数5-20%的聚合氯化铝、聚合硅酸铝铁中一种或两种任意比例混合溶液；
所述助凝剂为质量分数0.01-0.5%的阴离子聚丙烯酰胺或阳离子聚丙烯酰胺中一种或两种任意比例混合溶液；
所述pH调节剂为质量分数10-20%的碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾中一种或两种以上任意比例混合溶液。
3.如权利要求1所述油田采出液回注处理工艺，其特征在于：所述过滤中使用弹性过滤器进行过滤。
4.如权利要求3所述油田采出液回注处理工艺，其特征在于：所述过滤包括粗滤和精滤；粗滤的过滤精度为25-50μm；精滤的滤芯过滤精度为1-5μm。
5.如权利要求1所述油田采出液回注处理工艺，其特征在于：所述缓蚀阻垢杀菌剂由杀菌剂组分与缓蚀剂组分组成；缓蚀阻垢杀菌剂在油气田回注水中的添加浓度为30～500mg/L。
6.如权利要求5所述油田采出液回注处理工艺，其特征在于：所述缓蚀阻垢杀菌剂的有效成分由甜菜碱型两性表面活性剂、十六烷基二甲基（2-亚硫酸）乙基铵和木质素衍生物按照重量比2-10∶1-5∶1-50组成；
所述甜菜碱型两性表面活性剂为癸烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱、十二烷基二甲基甜菜碱、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱、十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱、十四烷基酰胺丙基羟丙基磺基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱和月桂酰胺丙基甜菜碱中的任一种；
所述木质素衍生物为木质素磺酸钠或碱性木质素中任一种。
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