油田采出水回注技術(shù)課件

油田采出水回注技術(shù)內(nèi)容1、油田采出水的特征

1.1油田含油污水來源、特性

1.2油田采出水回注標準2、油田采出水回注處理工藝

2.1油田含油污水回注處理工藝

2.2含聚合物污水回注處理工藝3、藥劑處理技術(shù)

3.1油田采注水的凈化處理

3.2

油田采注水的防垢技術(shù)

3.3油田采注水的除鐵技術(shù)

3.4油田采注水的防膨技術(shù)

3.5油田采注水的殺菌技術(shù)

3.6注水采注水的緩蝕技術(shù)1油田采出水的特征1.1油田含油污水來源、特性注水是補充地層能量，保持油層能量平衡，維持油田長期高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的有效方法。是油田開發(fā)的一種十分重要的開采方式，是低滲透油藏開發(fā)技術(shù)的主要方式。

注入水的水源主要是地面淡水、地下淺層水及采出原油的同時采出的油層水。目前注入油層的水大部分來自從開采原油中脫出的水，大體已經(jīng)占了全國注水總量的80%左右。污水未經(jīng)處理時含有大量的懸浮固體、乳化原油、細菌等有害物質(zhì)。油層注入了未經(jīng)處理的污水，油層也會受到傷害。這種傷害主要體現(xiàn)在大量繁殖的細菌、機械雜質(zhì)以及鐵的沉淀物堵塞油層，引起注水壓力上升，注水量下降，影響水驅(qū)替原油的效率。因此,采出水經(jīng)處理后回注成為減少環(huán)境污染,保障油田可持續(xù)開發(fā),提高油田經(jīng)濟效益的一個重要途徑。油田含油污水一般具有以下特點:

①含油量高。一般采油污水含有1000～2000mg/L的原油,有些含油量可達5000mg/L以上。其中90%以上為懸浮態(tài)油,漂浮在污水表面,或以微小油珠形態(tài)懸浮于水中,油珠粒徑在10～150μm,另有5%～8%油為乳化態(tài)油,以極小微粒油珠狀態(tài)穩(wěn)定地形成乳化液,最后有1～20mg/L的油在水中是以溶解態(tài)存在的;②含有懸浮固體顆粒。顆粒粒徑一般為1～100μm,主要包括粘土顆粒、粉砂和細砂等;③有機難降解物質(zhì)的含量高,含細菌較多;④礦化度高,含有重金屬物質(zhì);⑤水溫高(40～80℃),易受酸堿污水的影響,pH值變化大。目前,由于各油田或區(qū)塊采出水的物理和化學性質(zhì)差異較大,油藏空隙結(jié)構(gòu)和喉道直徑不同,相應的滲透率也不同,因此對注水水質(zhì)的要求也不相同。1.2油田采出水回注標準

油田回注水水質(zhì)標準根據(jù)油層性質(zhì)不同，應有不同的注水水質(zhì)標準，但概括起來注水水質(zhì)應滿足以下幾點:①注入水中應盡量少含懸浮雜質(zhì)，其含量和顆粒粒徑應不對注水井滲透端面和油層產(chǎn)生堵塞。②注入水質(zhì)不因溫度壓力等的改變而產(chǎn)生結(jié)垢、沉淀現(xiàn)象也不能因地層水或地表水相混合時產(chǎn)生結(jié)垢或沉淀。③注入水質(zhì)對注水設(shè)備不產(chǎn)生腐蝕。④注入水中的細菌繁殖不能產(chǎn)生新的懸浮雜質(zhì)更不能影響注水系統(tǒng)正常工作⑤注入水質(zhì)應防止油層粘土膨脹。

目前各油田所執(zhí)行的低滲透油田回注水水質(zhì)標準為1995年中國石油天然氣總公司頒布的行業(yè)標準《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(SY/T5329—1994)，其中規(guī)定滲透率<0.10μm2為低滲透油藏，回注水水質(zhì)要求滿足A級指標。

油田回注水水質(zhì)控制指標見表1。2、油田采出水回注處理工藝

油田含油污水回注處理工藝與油田含油污水中所含雜質(zhì)的種類及性質(zhì)、油層性質(zhì)、原油性質(zhì)等有密切的關(guān)系,根據(jù)油田含油污水的粘稠性質(zhì)可將油田含油污水回注處理工藝大體分為常規(guī)含油污水回注處理工藝、含聚合物驅(qū)污水回注處理工藝,并介紹目前它們在油田中廣泛應用的工藝流程。2.1油田含油污水回注處理工藝2.1.1油田常規(guī)含油污水回注處理工藝

國內(nèi)各油田最初大部分都采用“自然除油→混凝除油→過濾除油的“三段式”常規(guī)處理流程。該流程適應性強,在污水含油量變化幅度較大時,一般都能滿足回注所需的水質(zhì)要求,但是這種處理流程所需要的構(gòu)筑物比較多。例如大慶杏十六污水站、大港羊一污水站、華北霸一聯(lián)等均采用此種處理工藝。2.1.2用于回注中、低滲透層油層的工藝流程

(1)混凝除油-精細過濾流程當采出水中油珠粒徑較小時,可采用混凝除油加精細過濾段流程,見下圖。目前大慶的龍聯(lián)污水站,大港馬西污水站、華北岔北聯(lián)、中原文東油田等均采用這種工藝流程。自然除油罐混凝除油罐核桃殼過濾器雙濾料過濾器或改性纖維球（束）過濾器油區(qū)來水回注水

(2)水力旋流-精細過濾流程當油水密度差大于0.05g/cm、乳化程度較低時可采用水力旋流加精細過濾段流程，見下圖。該工藝已運用于大港南三站、塔中四聯(lián)合站、吉林新北采油廠聯(lián)合站、新木采油廠聯(lián)合站、彩南污水站、新疆東河塘聯(lián)合站等。自然除油罐水力旋流器壓力除油罐核桃殼過濾器雙濾料過濾器或改性纖維素球過濾器來水回注水精細過濾段三段常規(guī)流程(3)氣浮浮選-精細過濾流程

當油水密度差較小、乳化程度嚴重時,一般選用氣浮浮選處理加精細過濾段流程,見下圖。采用這種工藝流程的有遼河油田曙一聯(lián)、洼一聯(lián)、曙五聯(lián)、歡三聯(lián)、歡四聯(lián)、興一聯(lián)、錦一聯(lián)、新疆油田紅淺聯(lián)合站、大慶油田中七聯(lián)、中十六聯(lián)、南六聯(lián)、溫米污水站、大港南一污水站、冀東油田柳一聯(lián)合站等。

三段常規(guī)流程自然除油罐

氣浮選機核桃殼過濾器改性纖維球過濾器或雙濾料過濾器來水

回注水

精細過濾段

通過對三種工藝流程的對比與分析,可知：這三種工藝的最大區(qū)別在于三段常規(guī)流程中所采用的個別處理技術(shù)不同，后續(xù)的精細過濾段幾乎沒有大的區(qū)別。①混凝除油-精細過濾流程采用混凝除油，該法在許多油田被廣泛采用，其處理效果好壞受絮凝劑種類、水力條件等因素的影響。②水力旋流-精細過濾流程采用了水力旋流器,該設(shè)備去除最小油滴尺寸在5～10μm,含油廢水處理后其出水油的質(zhì)量濃度一般在15～40mg/L,該流程的優(yōu)點是技術(shù)可靠、占地少,缺點是設(shè)備昂貴且壓降大,通常與下游的脫氣器一起使用。

③氣浮浮選-精細過濾流程采用氣浮選，氣浮選去除的最小油滴尺寸在2～10μm，氣浮后出水油的質(zhì)量濃度一般在20mg/L，懸浮固體的質(zhì)量濃度在20mg/L左右，該流程優(yōu)點在于其有效且相對簡單，停留時間長，能有效去除小油滴，缺點是設(shè)備大且重，運行需要穩(wěn)定的條件，運行易受沖擊，一般用于一級處理的下游。

過濾器對進水水質(zhì)有較高的要求,如果預處理達不到要求,過濾器將很難發(fā)揮其應有的作用

精細過濾前的預處理技術(shù)是精細過濾器能否充分發(fā)揮其作用的關(guān)鍵。2.1.3含聚合物污水回注處理工藝當前聚合物驅(qū)采油技術(shù)已經(jīng)大規(guī)模推廣，但是隨著聚合物驅(qū)溶液的加入，導致油、水分離和含油廢水處理的難度加大；而且利用常規(guī)水驅(qū)含油污水處理工藝難以達到回注原地層的水質(zhì)要求，因而開發(fā)含聚合物污水回注處理工藝目前是各大油田研究的熱點。據(jù)文獻報道，中科院大連化物所承擔的大港油田含聚污水回注項目已成功驗收。同樣，在大慶油田，目前成功地開發(fā)了以“水力旋流器加雙向過濾器為主體”的水處理工藝，有效解決了含聚污水的處理問題，目前已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并得到推廣應用。2.2膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)是近20年迅速發(fā)展起來的一種高新技術(shù)，它是利用膜的選擇透過性進行分離和提純的技術(shù)，過程的推動力主要是膜兩側(cè)的壓差。膜從溶液中分離溶解的成分是依據(jù)溶質(zhì)的尺寸、荷電、形狀及與膜表面間的分子相互作用而決定的。用于油水分離的膜有反滲透膜、鈉濾膜、超濾膜、微濾膜和電滲析膜。

用膜分離技術(shù)處理含油污水，關(guān)鍵在于膜的選擇：（1）若油水體系中的油是以浮油和分散油為主，則一般選擇孔徑在10～100μm之間的微濾膜。（2）若油是穩(wěn)定的乳化油和溶解油，則須采用親水或親油的超濾膜分離，一則是因為超濾膜孔徑遠小于10μm，二則是超細的膜孔有利于破乳或有利于油滴聚結(jié).

優(yōu)點：分離過程是一種純物理過程，無相變化，節(jié)能、體積小、透過流量和水質(zhì)較穩(wěn)定，不隨進水中油分濃度波動而變化，作為一種有效的分離手段，結(jié)果都可以達到油田的各種特殊要求。問題：初期投資成本高，膜易污染，清洗再生工作困難，成功地解決了這些問題，膜分離技術(shù)在含油污水處理中的應用將會越發(fā)廣泛。當然單一的膜分離技術(shù)還難以解決油田含油污水處理過程中形形色色的問題，在應用過程中我們要將膜分離技術(shù)與其他處理技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢和協(xié)同效應，才能達到最佳處理效果和最佳經(jīng)濟效益。3、藥劑處理技術(shù)

油田含油污水的水質(zhì)處理包括分離和凈化，要達到回注地層時還必須采取緩蝕、阻垢、殺菌、除鐵、防膨等手段，以保護注水設(shè)備和管線的運行安全及避免對地層造成的傷害。自然除油罐混凝除油過濾器采出水回注水除氧劑阻垢劑

回注緩蝕劑粘土穩(wěn)定劑

除油劑混凝劑除鐵劑殺菌劑

油田污水常規(guī)處理工藝流程如下圖：3.1油田采注水的凈化處理

對于不易沉降的懸浮物固體顆粒、少量的油，借助混凝劑對采出水中膠體粒子靜電中和、吸附、架橋等作用使膠體粒子脫穩(wěn)而發(fā)生混凝沉降的化學方法是油田縮短分離時間、提高分離效果的一個重要途徑。目前應用較為廣泛的混凝劑主要有無機高分子絮凝劑和有機高分子絮凝劑。

(1)無機高分子絮凝劑主要有聚鋁類高分子絮凝劑，如聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合磷酸鋁等；聚鐵類高分子絮凝劑，如聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚合磷酸鐵等；聚硅酸金屬鹽類。這類絮凝劑具有沉降速度快，適用范圍廣等特點，其中聚鋁類高分子絮凝劑是目前應用最廣泛的絮凝劑。

(2)有機高分子絮凝劑包括人工合成類和天然改性聚合物類。人工合成類目前研究和應用最廣泛的是聚丙烯酰胺及改性產(chǎn)品，我國聚丙烯酰胺的用量占人工合成高分子絮凝劑總量的86%。天然改性聚合物類絮凝劑由于可生物降解，發(fā)展前景較好，但目前市場應用較少。

(3)微生物絮凝劑可稱為第三代絮凝劑。它是利用生物技術(shù)，從微生物或其分泌物提取、純化而獲得的一種安全、高效、能自然降解的新型水處理劑，它克服無機高分子和合成有機高分子絮凝劑本身固有的缺陷，最終實現(xiàn)無污染排放。微生物絮凝劑具有高效、安全、不污染環(huán)境的優(yōu)點。NOC-1是利用紅平紅球菌研制成功的生物絮凝劑，它是目前發(fā)現(xiàn)的最佳微生物絮凝劑，我國微生物絮凝劑的制品尚未見報導。

由于油田各區(qū)塊采出水含油和機械雜質(zhì)種類與量差異較大，現(xiàn)場絮凝劑的選型應采取取用現(xiàn)場污水通過絮凝攪拌實驗裝置對絮凝劑進行篩選，選擇出最佳的絮凝劑類型并確定最經(jīng)濟的用量。3.2

油田采注水的防垢技術(shù)

油田采注水礦化度較高，易造成采油過程中注水在地面的集輸管線及注水井井底的結(jié)垢問題，嚴重影響了油田的正常生產(chǎn)。

壓力變化、溫度的升高、水的PH值以及水中溶解氣體的變化等因素都可能導致結(jié)垢。結(jié)垢的類型主要有CaCO3垢、CaSO4垢、BaSO4和SrSO4垢等。控制油田水結(jié)垢的方法是控制水中的成垢離子、調(diào)整油田水的酸堿度以及降低引起結(jié)垢的溶解氣體的含量，最常用也是最有效的方法是采取化學的方法通過投加阻垢劑來控制油田水的結(jié)垢。

阻垢劑的作用機理主要是阻垢劑把能產(chǎn)生沉淀的金屬離子變成可溶性的螯合物或絡(luò)合物離子，從而抑制陽離子與陰離子的結(jié)合產(chǎn)生沉淀；在形成晶體垢的過程中，高分子聚合物進入晶體結(jié)構(gòu)，破壞晶體的正常增長。

目前油田所采用的阻垢劑主要有無機磷酸鹽、有機磷酸鹽、聚羧酸鹽及一些共聚物，這些阻垢劑單劑或復配后的混合藥劑在油田注水防止結(jié)垢方面發(fā)揮著極其重要的作用，近年來由于環(huán)保的要求，開發(fā)具有無毒的和良好的生物降解的高效阻垢劑等已成為阻垢劑發(fā)展的一大方向。這主要集中在聚合物和共聚物上。由于油田水水量大、水質(zhì)差，不同區(qū)塊的水質(zhì)差異大，同一區(qū)塊不同開采時期也有差異，應通過實驗對防垢劑進行性能評價，篩選出針對不同結(jié)垢區(qū)塊的高效防垢劑。

目前在阻垢劑方面存在以下問題：

(1)阻垢劑的評價方法較多，有中石油的《油田用防垢劑性能評定方法》SY/T5673-93以及各個生產(chǎn)廠商自己的評價方法，采用不同的方法評價，阻垢劑的阻垢率是不一樣的，因此說談論阻垢率高低的絕對值是沒有意義的，阻垢劑的評價必須建立在統(tǒng)一標準的基礎(chǔ)上，阻垢率才有可比性。(2)阻垢劑的選擇缺乏針對性，沒有考慮具體的水質(zhì)情況，同樣是結(jié)的是CaCO3垢，但差異也很大，可能鈣鎂離子濃度很高、堿度較小，酸堿度的輕微變化都有可能導致沉淀的產(chǎn)生；也有可能鈣鎂離子濃度不高，但堿度比較高，這兩種水的處理是有區(qū)別的，需要充分考慮現(xiàn)場的水質(zhì)現(xiàn)狀,通過實驗室的強化配水與現(xiàn)場水相結(jié)合的方式來優(yōu)選適合于某一區(qū)塊的阻垢劑。3.3油田采注水的除鐵技術(shù)

注入水中鐵含量過高，會加劇注水管線的腐蝕；降低阻垢劑的阻垢性能；Fe2+還會與水中的S2-結(jié)合產(chǎn)生FeS沉淀，堵塞地層。因此油田注水水質(zhì)對鐵離子有嚴格的控制。油田一般采用的除鐵方法為氧化沉淀法除鐵，即用氧化劑將水中的Fe2+氧化成Fe3+，而Fe3+在注水所處的酸堿度下會發(fā)生沉淀Fe(OH)3,再通過絮凝過濾從而達到除鐵的目的。目前油田所用的除鐵劑主要是次氯酸鈉，這種氧化沉淀的處理方法存在以下弊端：氧化劑不足，會產(chǎn)生上述的危害；氧化劑過剩，會對后續(xù)的注水管線產(chǎn)生腐蝕的隱患。

為了消除鐵離子的危害，又不引起氧化劑過多的隱患，我們提出以下方法：（1）、尋找或合成一種螯合劑，它與鐵離子能結(jié)合成一種比較穩(wěn)定的螯合物，它在地層條件下比較好的穩(wěn)定性而不沉淀，不與注水中的其他陽離子離子作用，即對鐵離子具有選擇性。（2）、利用膜分離技術(shù)對鐵離子進行選擇性的分離?？山柚诰€檢測儀對鐵離子進行檢測。3.4油田采注水的防膨技術(shù)

由于巖石油氣層敏感性礦物含量較高，表現(xiàn)出強的水敏、酸敏特征，遇水后就會出現(xiàn)水化膨脹和顆粒的運移，堵塞油氣層，降低了油氣層的滲透率，對儲層造成極大的傷害。在注水前加入粘土穩(wěn)定劑可以減輕或消除這種傷害。粘土穩(wěn)定劑的作用機理是通過粘土穩(wěn)定劑中和粘土晶片表面的電荷，壓縮粘土晶層間的雙電層電位來抑制粘土的水化膨脹，通過在粘土顆粒表面上的多點吸附和橋接作用來阻止粘土顆粒的運移。

注水防膨中使用的粘土穩(wěn)定劑主要有兩大類：一類是無機鹽如CaCl2、KCl等，KCl是目前最常用的粘土穩(wěn)定劑，這類產(chǎn)品一般不會堵塞空隙空間通道，適用性強，但有效期短，缺乏穩(wěn)定的持久性。另一類是有機陽離子高分子聚合物如TDC-15，PAF-1，DS-151等，這類產(chǎn)品能牢固地吸附在粘土顆粒表面，阻止它們進行任何的膨脹和運移，作用具有保護的持久性。有機陽離子聚合物是目前應用最廣泛的粘土穩(wěn)定劑。3.5油田采注水的殺菌技術(shù)

在適宜的環(huán)境條件下，大多數(shù)細菌都可以在油田污水中生長繁殖,對油田危害最大的是硫酸還原菌(SRB)、腐生菌(TGB)和鐵細菌(FB)。硫酸鹽還原菌、鐵細菌和腐生菌在生長、繁殖、代謝過程中可引起注水管線及其他金屬材料的嚴重腐蝕，并堵塞管道，損害油層，引起注水量、石油產(chǎn)量、油氣質(zhì)量的下降，造成極大的經(jīng)濟損失。世界各國都致力于細菌處理的研究，有清洗注水管線、改變注水流程、紫外線照射及化學處理的方式，由于化學處理方式具有經(jīng)濟、方便、見效快等特點，已成為油田處理細菌的主要處理手段。

我國注水殺菌劑的研究起步于60年代，廣泛使用從80年代初期開始。目前用于含油注水的殺菌劑主要有1227、1231、SQ8、WC-85等，其中最多的是1227及其復配物，根據(jù)我國大多數(shù)油田所使用殺菌劑的殺菌作用基團和機理，殺菌劑可分為：（1）季胺鹽類，這類殺菌劑具有高效、低毒、不易受PH值變化的影響、化學性能穩(wěn)定、使用方便，還對殺菌活性組分具有增效作用，對粘泥具有很強的剝離作用，可以殺死生長在粘泥下方的硫酸鹽還原菌，但缺點是長期使用易產(chǎn)生抗藥性。盡管國內(nèi)的許多主要研究機構(gòu)對新型殺菌劑進行了進一步的研究開發(fā)，但面對油田水復雜的處理環(huán)境，這方面的研究還沒有大的突破，國內(nèi)使用的殺菌劑主要還是以季胺鹽為主；(2)、季膦鹽是國外80年代后期推出的一種新型殺菌劑，更是一種高效、廣譜、低藥量、低發(fā)泡、低毒、強污泥剝離作用的殺菌劑，季膦鹽類殺菌劑的開發(fā)和研制被稱為近十年來殺菌劑研究的最新進展之一，但目前國內(nèi)還沒有具體的應用；

(3)、有機醛類，苯甲醛、甲醛、丙烯醛；

(4)、含氰類化合物，這類殺菌劑殺菌效果高，但毒性大，水溶性差，使用時需加入一些表面活性劑以增加溶解性能；

(5)、雜環(huán)化合物