含聚合物的采出液处理技术研究

Posted 2023-01-12 聚合物

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含聚合物的采出液处理技术研究
随着聚合物驱油技术的发展，含聚合物采出水的处理问题已经成为化学驱油的技术难题之一。
胜利油田三次采油储量为3.4×104t，至2006年底地面系统处理含聚合物采出液量已达25.0×104m3/d。注聚合物开发对油田地面集输系统的最大影响是油站脱出污水的含油量增大。孤岛采油厂6个联合站中的油站平均来水含油量为2028mg/L，污水站进站水质的恶化严重影响了污水处理系统的运行效果。孤岛油田的注水标准是含油量小于30mg/L，悬浮固体含量小于15mg/L。按照常规处理工艺和加药量，处理后的水不能满足注水标准的要求。
中国的大庆、河南等注聚合物较早的油区相继开展了高效药剂的研制、沉降、聚结及旋流等含聚合物采出液处理工艺研究，但在如何实现这些处理工艺长期有效运行、经济效益分析等方面还没有进行深人的矿场研究。这里着重介绍胜利油田开展的一系列含聚合物污水处理矿场试验，以及所形成的一条经济、有效的技术路线。
1存在问题
与油田常规水驱的回注污水相比，聚合物驱具有采出水粘度高、油水乳化严重、携带固体悬浮物能力强、油滴和固体颗粒上浮或下沉阻力大、对化学处理剂的吸附损耗严重等特点。目前普遍采用的“自然沉降一混凝沉降一过滤"处理工艺整体处理效率降低，已不适应含聚合物污水处理的需要。主要表现在4个方面：①污水沉降分离时间增加。通常重力沉降污水处理工艺的一次自然沉降设计时间为3一4h，二次混凝沉降时间为2一3h。大庆油区的含聚合物污水设计一次沉降时间为10.3h，二次沉降时间为5.2h，总沉降时间为15.5h，比水驱系统污水处理沉降时间高出1倍多。胜利油田仍采用常规沉降分离时间，油水分离效果变差。②净化剂投加量增大。现场应用表明，常规的聚合铝混凝剂、聚丙烯酞胺絮凝剂可以满足含聚合物污水的净化要求，但由于阴离子型聚合物的存在，严重降低了絮凝剂的使用效果，使絮凝作用变差，大大增加了药剂的用量，药剂投加量较常规采出水成倍地增加，以孤六污水站为例，注聚合物开发后，净化药剂成本增加了3一4倍。③絮凝沉淀后产生的污泥量增大。由于被处理污水中油、悬浮物含量高，药剂投加量增大，混凝反应后形成的污泥量相应增大，同时，形成的污泥含油量高，脱水困难。④污油回收品质下降，影响了电脱水器的正常生产。目前聚合铝混凝剂对含聚合物污水的净化效果较好，但投加量大，现场试验最大浓度为600mg/L，经过其分离出的污油中含有大量的金属离子，回收进人到电脱水装置，极易破坏电场，影响联合站的生产。
2矿场试验
针对上述问题，胜利油田首先在原油脱水高效破乳剂和脱水工艺上进行研究，通过开发高效破乳剂和油气水分离设备，提高原油脱水段的处理效果，降低污水站的处理负荷。同时，在污水处理上积极探索新的除油工艺，进行了不加药的聚结气浮和加药气浮技术试验，取得了较好的试验效果。
2.1聚合物驱采出液破乳综合处理剂的研制
山东大学曾经通过分子改性技术开发了新型的污水处理药剂，取得了较好的工业化应用效果。由于聚合物的存在，含聚合物采出液中易于形成更稳定的乳状液体系，其粘弹性使得油水界面膜强度增高，同样增大了采出液油水分离的难度[7-8]。针对聚合物驱采出的复杂混合乳状液，从其稳定机理和破乳机理的理论研究人手，研制了适合聚合物含量大于50mg/L的聚合物驱采出液ARK系列破乳综合处理剂，该药剂既可破坏W/O型乳状液，又可破坏O/W型乳状液。
在胜利油田孤二联合站进行了现场应用试验。在20℃下，孤二联合站原油密度为0.9658g/cm3，处理液量为17000m3/d，采出液平均聚合物含量为200mg/L。油井来液首先进人油气分离器进行气液分离。分离后的油水进分队计量装置进行分队计量，然后进一次沉降罐进行油水分离，分离的污水进人污水站，低含水原油进二次沉降罐，提升加热后进人电脱水器脱水，最后进好油罐外输。试验前采用常规破乳剂，投药量为480kg/d，一次沉降罐脱出污水含油量为3743mg/L。投加ARK破乳综合处理剂浓度为30-40mg/L，一次沉降罐脱出污水含油量降至1500mg/L以下，处理效果显著提高。连续试验1个月，处理效果稳定，原油流失量减少了25.5t/d，一年多回收原油9300t。
2.2高效聚结三相分离工艺
选择适合的聚结材料通过聚结使油珠聚并，改变原油颗粒的分布状况更易于重力分离。因此，针对含聚合物采出液乳化严重、乳状液异常稳定、油水不易分离的难题，在原油脱水处理工艺方面，研制了高效聚结三相分离器。该分离器在进口端设有预分离筒，采用螺旋流道等结构，利用旋流预分离技术，使油气实现预分离；设备内部有微涡迷宫式整流器、防砂波纹板聚结填料、斜板分离填料等，可提高油水分离效果，以期在设备内同时实现原油脱水和污水净化。来液在设备内的停留时间为30-40min。
该设备在孤二联合站进行了现场试验，油井来液直接进人三相分离器，依次对各队的来液进行处理试验。试验结果表明，对于聚合物含量小于l00mg/L的采出液，在不投加药剂的情况下，分离器分离出的原油含水率为21%一27%，分离出的污水含油量小于350mg/L；对于聚合物含量大于100mg/L的采出液，要想实现分离污水的含油量小于500mg/L必须投加药剂。为此，在药剂投加上，结合工艺设备的特点，针对不同的来液采取分队加药的方式，污水综合含油量降至522mg/L时，综合药剂成本从1.2元/t降至0.4元/t。
2.3聚结气浮处理工艺
为解决含聚合物污水处理药剂(反相破乳剂、混凝剂、絮凝剂等水质净化剂)成本高的问题，在强化原油脱水药剂和工艺的同时，形成了在不加药剂的情况下将填料聚结和加压溶气气浮相结合的聚结气浮除油技术，去除含聚合物污水中的原油。污水经过亲油聚结填料时，材料表面的聚结性能使分散小油珠聚并，并借助气浮形成的微小气泡携带油珠上浮、分离。
试验装置内部由预处理槽、一次处理槽、二次处理槽和出水缓冲槽等4个部分组成。第1个槽为预处理槽，主要功能是针对含油污水含油量高的情况(5000一10000mg/L)，进行必要的预处理，内部不设填料。第2、第3个槽分别为为一、二次气浮槽，内部设有除油填料，并结合溶气气浮进一步分离油珠和悬浮物。第4个槽为出水缓冲槽，通过2次加压气浮后的水进人出水缓冲槽，进一步沉淀输出。聚结气浮段的停留时间为20一30min，循环水量为20%一30%，气液混合比分10：10。
矿场试验处理量为15m3/h，油站来水直接进人试验装置，在整个运行过程中不投加化学药剂，当来水含油量为1980一3720mg/L时，出水含油量小于30mg/L，产生的浮油含水率较低，与孤二联合站的原油按比例混合后，不影响原油电脱，可直接回收到原油处理系统。
该工艺对污水中的悬浮物去除效果较差，出水悬浮固体含量为50mg/L左右；聚合物基本不去除，仍保留在水中。按照现行的注水水质要求，仍须进一步净化处理。
2.4加药气浮处理工艺
为确保含聚合物污水中悬浮固体浓度达到回注水指标，开展了加药气浮工艺处理含聚合物污水的试验。该技术的关键设备是斜板溶气气浮(CDAF)装置，其特点是：①配有高效管式混合器，实现药剂的高效混合；②在气浮设备内设置的斜板，可以使絮体在斜板内部上浮的过程中发生二次絮凝反应，同时借助斜板提高分离效果。
通过现场筛选，该工艺适合的最佳药剂是聚合铝和少量的絮凝剂，现场试验处理水量为l00mg/L在来水含油量为l00mg/L，悬浮固体含量为l00mg/L的工况下，处理后出水含油量小于10mg/L，悬浮固体含量小于15mg/L，聚合物去除率达90%以上，达到注水水质要求。投加聚合铝浓度100一140mg/L，聚丙烯酞胺浓度1.5一2mg/L，药剂的处理成本为0.3一0.4元/m3。
该工艺产生的浮渣为棕色，含有大量游离水，含油较少，浮渣中机械杂质含量较高，不能回收进人原油处理系统，可通过机械压滤的方法进行单独处理。
结论
通过应用高效的油水分离工艺和药剂，从前段油水分离后的污水除油工艺人手，可有效回收含聚合物脱出水中的原油，降低后段污水处理的难度，实现对含聚合物污水的有效处理。仅孤二联合站一年可多回收原油9300t，经济效益也很明显。
传统的自然沉降和混凝沉降处理含聚合物采出水时效果差，处理成本高。聚结气浮除油技术在不投加化学药剂的情况下，利用特殊亲油材料表面的聚结特性使细小油珠聚并，借助气泡的浮升作用加快油水分离，其除油效果好，污油可有效回收，是含聚合物污水处理的首选技术。
在含聚合物污水处理流程的设计上采取“先除油、再除悬浮物"的路线，采用不加或少加化学药剂的工艺实现油水分离。后段可使用化学絮凝气浮技术进一步除去悬浮物和聚合物，水处理药剂费用与常规采出水持平。
胜利油田基本形成了含聚合物采出液处理的技术路线，即油井来液在高效化学破乳剂的配合下，采用高效聚结三相分离器实现油水分离；分离的污水首先经过聚结气浮工艺进一步除去水中含油，然后通过药剂脱稳、气浮去除水中悬浮固体，达到出水含油量小于l0mg/L，悬浮固体含量小于15mg/L，聚合物去处率达90%以上。最后经过过滤处理，达到注水水质标准。该流程破乳剂和水处理净化剂的药剂成本可控制在1.2元/m3小时以内，具有较好的现场应用前景。