大慶油田勘探開發(fā)研究院

利用曝氧工藝提高污水配注聚合物黏度

魏長(zhǎng)清大慶油田勘探開發(fā)研究院

隨著二類油層聚驅(qū)開發(fā)面積不斷擴(kuò)大，大量清水取代含油污水配注聚合物，清水回注量逐年增多，采注水量不平衡，含油污水剩余的矛盾日益突出，嚴(yán)重制約了油田的進(jìn)一步發(fā)展，利用含油污水配注聚合物勢(shì)在必行。針對(duì)油田污水配注聚合物黏度低的問(wèn)題，利用曝氧工藝來(lái)提高污水配注聚合物的黏度。污水在配注前曝氧，污水中還原性介質(zhì)Fe2+、S2-提前與氧反應(yīng)產(chǎn)生自由基O·，且生成的自由基由于壽命很短，來(lái)不及與聚合物反應(yīng)便已經(jīng)銷毀，因此不會(huì)導(dǎo)致聚合物降解，從而提高聚合物配注黏度?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，實(shí)施曝氧工藝后，曝氧站的含氧量顯著增加，由未曝氧前的0.02 mg/L增加到0.9～1.0 mg/L，水中還原性介質(zhì)Fe2+、S2-含量降低20%左右，說(shuō)明曝氧工藝起到了隔氧、消耗還原性介質(zhì)的效果。

曝氧工藝；含氧量；井口黏度；污水配注

引言

大慶油田已開發(fā)出可用含油污水稀釋的超高相對(duì)分子質(zhì)量聚合物，并已在一類聚驅(qū)油層區(qū)塊推廣應(yīng)用，緩解了含油污水回注的矛盾。但由于超高分聚合物相對(duì)分子質(zhì)量大、黏度高，只適應(yīng)于高滲透油層，無(wú)法應(yīng)用于二、三類油層。隨著二類油層聚驅(qū)開發(fā)面積不斷擴(kuò)大，大量清水取代含油污水配注聚合物，清水回注量逐年增多，采注水量不平衡，含油污水剩余的矛盾日益突出，嚴(yán)重制約了油田的進(jìn)一步發(fā)展[1]，利用含油污水配注中相對(duì)分子質(zhì)量聚合物勢(shì)在必行。但由于含油污水成分復(fù)雜，使配注混合后的中相對(duì)分子質(zhì)量聚合物溶液的井口黏度很難達(dá)到開發(fā)指標(biāo)要求，從而影響開發(fā)效果。針對(duì)含油污水配注中相對(duì)分子質(zhì)量聚合物溶液不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，主要有兩個(gè)解決途徑[2]：①研發(fā)抗鹽型中相對(duì)分子質(zhì)量聚合物；②新建污水處理工藝，使含油污水能夠滿足配注中相對(duì)分子質(zhì)量聚合物的要求。由于前者研發(fā)周期較長(zhǎng)，因此尋找一種簡(jiǎn)單實(shí)用的處理工藝迫在眉睫。

1曝氧工藝原理及流程

1.1 基本原理

含油污水中含有大量的物質(zhì)，如原油、懸浮物、菌類、Fe2+、S2-等，這些物質(zhì)將影響聚合物配注黏度，其中影響最大的是Fe2+、S2-等還原性物質(zhì)[3-4]，因?yàn)檫@些物質(zhì)一旦接觸到氧氣或氧化劑，會(huì)迅速與還原性介質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生自由基O·，破壞聚合物分子鏈，從而導(dǎo)致聚合物降解，使聚合物黏度降低。

深度污水曝氧工藝提高配注聚合物黏度的原理是：污水在配注前曝氧，污水中還原性介質(zhì)Fe2+、S2-提前與氧反應(yīng)產(chǎn)生自由基O·，且生成的自由基由于壽命很短，來(lái)不及與聚合物反應(yīng)便已經(jīng)銷毀，因此不會(huì)導(dǎo)致聚合物降解，從而可提高聚合物配注黏度。

1.2 工藝流程

深度污水曝氧工藝是將來(lái)水經(jīng)過(guò)加壓泵加壓，高壓噴出的水通過(guò)射流器噴嘴產(chǎn)生射流，經(jīng)過(guò)擴(kuò)散管進(jìn)口處的喉管時(shí)在氣水混合室內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，將空氣由通向大氣的導(dǎo)管吸入，經(jīng)與水充分混合后，空氣與水的混合液從射流器噴出，形成射流和混合攪拌區(qū)，對(duì)水體充氧曝氣，提高水中含氧量，進(jìn)而提高配注聚合物溶液黏度，其工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 深度污水曝氧工藝流程

目前已在北十六、北十七注水站安裝了深度污水曝氧工藝。北十六注水站設(shè)計(jì)能力1.32×104m3/d，實(shí)際供水量0.9×104m3/d；北十七注水站設(shè)計(jì)能力1.68×104m3/d，實(shí)際供水量0.68×104m3/d。

2現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果

2.1 含氧量增加

曝氧工藝實(shí)施后最直接的效果就是曝氧前、后污水中含氧量發(fā)生了變化。跟蹤了北十六、北十七曝氧站的曝氧效果，對(duì)兩個(gè)站進(jìn)行了含氧量的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，包括曝氧前、曝氧后、注水泵進(jìn)口3個(gè)取樣點(diǎn)。北十六、北十七曝氧站污水含氧量分別見(jiàn)表1、表2。

表1 北十六曝氧站污水含氧量

表2 北十七曝氧站污水含氧量

從表1、表2可以看出：曝氧站來(lái)水含氧量為0.02 mg/L左右，曝氧后含氧量為0.9～1.0 mg/L，注水泵進(jìn)口含氧量比較穩(wěn)定，為0.8～0.9 mg/L，說(shuō)明曝氧工藝的曝氧效果比較理想，能夠滿足曝氧站設(shè)計(jì)參數(shù)要求。

2.2 水中還原性物質(zhì)含量降低

曝氧前、后的污水水質(zhì)也發(fā)生了變化，對(duì)曝氧站的水質(zhì)進(jìn)行了取樣化驗(yàn)，包括含油量、懸浮物含量、Fe2+、S2-、菌類以及礦化度等。由曝氧前、后水質(zhì)取樣分析可以看出：曝氧站曝氧前后水中含油量及懸浮物含量變化不大，并且含油及懸浮物在注水泵進(jìn)口有所下降。分析原因認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)是污水在儲(chǔ)罐內(nèi)進(jìn)行了短時(shí)間的沉降，使含油量及懸浮物含量有所下降；礦化度、菌類在3個(gè)取樣點(diǎn)均沒(méi)有明顯變化；水中Fe2+含量在曝氧后、注水泵進(jìn)口有很大程度的降低，在曝氧后降低約21%，在注水泵進(jìn)口降低約47%；水中S2-含量在曝氧后、注水泵進(jìn)口有很大程度的降低，在曝氧后降低約23%，在注水泵進(jìn)口降低約91%。這說(shuō)明還原性介質(zhì)Fe2+、S2-與氧反應(yīng)后被大量消耗掉。

2.3 井口黏度提高

由于采用了曝氧工藝，污水在配注前充分與氧氣接觸，污水中的還原性介質(zhì)Fe2+、S2-與氧反應(yīng)被大量消耗掉，降低了污水中雜質(zhì)對(duì)聚合物的降解作用，從而大大提高了污水配注聚合物溶液的井口黏度。表3為北十七注水站注入井口黏度對(duì)比。

從表3可以看出：使用未曝氧污水進(jìn)行配注時(shí)，井口黏度基本在15 mPa·s以下；污水進(jìn)行曝氧后單井井口黏度有一定的提高，平均黏度達(dá)到30 mPa·s左右；使用清水配注聚合物時(shí)，井口黏度平均值能夠達(dá)到46 mPa·s以上。與清水配注聚合物相比，曝氧污水配注聚合物井口黏度還是相對(duì)較低。

表3 北十七注水站注入井口黏度對(duì)比

2.4 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

將清水配注聚合物與曝氧污水配注聚合物所需費(fèi)用進(jìn)行了對(duì)比：清水配注時(shí)，每天注入母液2 334 m3，需要聚合物干粉11 670 kg，每天注入清水5 252 m3，所需費(fèi)用共計(jì)25.83萬(wàn)元；曝氧污水配注時(shí)，單井需提高注入濃度才能滿足地質(zhì)要求，每天注入母液增加312m3，需要聚合物干粉13230kg，每天注入污水5 252 m3，所需費(fèi)用共計(jì)26.95萬(wàn)元。因此，使用曝氧污水配注與使用清水配注相比，每天費(fèi)用高出1.12萬(wàn)元。

3結(jié)論

（1）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，實(shí)施曝氧工藝后，曝氧站的含氧量顯著增加，由未曝氧前的0.02 mg/L左右增加到0.9～1.0 mg/L；水中還原性介質(zhì)Fe2+、S2-含量降低20%左右，說(shuō)明曝氧工藝起到了隔氧、消耗還原性介質(zhì)的效果。

（2）使用未曝氧污水進(jìn)行配注時(shí)，井口黏度基本在15 mPa·s以下，而使用污水進(jìn)行曝氧后，單井井口平均黏度達(dá)到30 mPa·s左右。

（3）盡管采用曝氧污水配注聚合物比用清水配注聚合物費(fèi)用每天高出1.12萬(wàn)元，但能夠節(jié)約清水，減少污水外排，保護(hù)環(huán)境。

[1]郭旭．薩北開發(fā)區(qū)污水綜合利用適應(yīng)性及實(shí)施效果[J]．中外能源，2011，16（1）：116-119．

[2]姚惠，張中健．含油污水配注聚合物應(yīng)用研究[J]．油氣田地面工程，2007，26（5）：3-4．

[3]陳斌，吳曉燕，王姍姍，等．Fe2+對(duì)聚合物的影響及其處理方法研究[J]．石油與天然氣化工，2014，43（2）：169-173．

[4]唐恒志，張健，王金本，等．綏中36-1油田注入水水質(zhì)對(duì)疏水締合聚合物溶液黏度的影響[J]．中國(guó)海上油氣，2007，19（6）：390-393.

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.8.039

2015-05-09