化學(xué)驅(qū)產(chǎn)出污水回注技術(shù)在渤海石油能源開發(fā)中的研究與意義

田津杰，朱洪慶,，劉觀軍

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司天津 天津300452；2.海洋石油高效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津300452)

化學(xué)驅(qū)產(chǎn)出污水回注技術(shù)在渤海石油能源開發(fā)中的研究與意義

田津杰1，朱洪慶1,2，劉觀軍1

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司天津 天津300452；2.海洋石油高效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津300452)

針對(duì)渤?；瘜W(xué)驅(qū)油田產(chǎn)出水特點(diǎn)，開展產(chǎn)出含聚污水配制聚合物并回注地層的再利用技術(shù)研究，研究結(jié)果表明：污水中的殘留聚合物、懸浮物和乳化油對(duì)儲(chǔ)層的滲透率具有一定的影響；在污水水質(zhì)的控制指標(biāo)為殘留聚合物≤600 mg/L、乳化油≤50 mg/L、懸浮物≤25 mg/L時(shí)，污水配成的2,000 mg/L聚合物溶液的阻力系數(shù)值為5.61，殘余阻力系數(shù)為 2.27，說(shuō)明聚合物溶液發(fā)揮了擴(kuò)大波體積的作用，對(duì)于減輕產(chǎn)出化學(xué)驅(qū)液處理壓力，突破海上油田化學(xué)驅(qū)的產(chǎn)出液處理技術(shù)瓶頸，最大限度減少含油污水的危害性，實(shí)現(xiàn)廢棄資源的再利用，具有重要意義。

化學(xué)驅(qū) 產(chǎn)出污水 回注 渤海

0 引 言

我國(guó)近海有著豐富的油氣資源，隨著綏中 36-1、秦皇島 32-6等上億噸儲(chǔ)量油田的開發(fā)，渤海海域已經(jīng)成為我國(guó)海上油氣開發(fā)重要基地之一。隨著油田注聚面積的加大，聚合物驅(qū)得到大規(guī)模推廣應(yīng)用，取得了顯著成效，同時(shí)產(chǎn)生了一些次生問題，最突出的是含聚污水的水質(zhì)問題。由于殘余聚合物的存在，含聚污水具有粘度相對(duì)較高、油水乳化嚴(yán)重、攜帶固體能力強(qiáng)、油滴和固體顆粒上浮或下沉的阻力大以及對(duì)化學(xué)處理劑的吸附損耗嚴(yán)重等特點(diǎn)，且渤?；瘜W(xué)驅(qū)油田采出液處理過程中會(huì)產(chǎn)生大量的油泥，處理難度較大。

同時(shí)，海上油田具有遠(yuǎn)離陸地、平臺(tái)建設(shè)成本高、使用壽命有限(一般 20～30年)以及空間有限等特點(diǎn)，致使采出液處理設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)大型化，由此面臨著比陸地油田更大的產(chǎn)出液處理壓力。

針對(duì)渤?；瘜W(xué)驅(qū)油田產(chǎn)出水特點(diǎn)，開展產(chǎn)出含聚污水配制聚合物并回注地層的再利用技術(shù)研究，對(duì)于減輕產(chǎn)出化學(xué)驅(qū)液處理壓力，突破海上油田化學(xué)驅(qū)的產(chǎn)出液處理技術(shù)瓶頸；最大限度減少含油污水的危害性，降低外排壓力，實(shí)現(xiàn)廢棄資源的再利用，達(dá)到節(jié)約淡水資源的目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，具有重要意義。

1 渤?；瘜W(xué)驅(qū)采出污水特點(diǎn)

與水驅(qū)采出污水相比，聚驅(qū)采出污水不僅含油量高，而且含有大量的聚合物，處理難度大。與一般采油污水相比，含聚采出污水具有以下特點(diǎn)：①組成上除含有石油烴類、固體顆粒、無(wú)機(jī)鹽和細(xì)菌等常規(guī)采油污水含有的物質(zhì)外，還含有大量殘余的聚合物HPAM。②污水的粘度大，污水的粘度主要由 HPAM引起，并隨其濃度的增加而增大，水驅(qū)采油污水的粘度一般為 0.6,m·s。③污水中油滴的初始粒徑小，油滴粒徑中值為3～5,μm，粒徑小于10,μm的占90%以上；水驅(qū)采油污水中油滴的初始粒徑中值為 30,μm左右，油滴粒徑小，不利于其聚并和浮升，油水分離難度增大。④污水乳化程度高，污水中的HPAM集中在油水界面，與乳化劑一起形成強(qiáng)度較大、彈性良好的復(fù)合膜，破乳困難。⑤聚合物產(chǎn)出加劇污油泥的產(chǎn)生，使得含聚油泥的處理變得更加困難。

采出水處理是采油的后續(xù)作業(yè)，尤其是對(duì)聚合物驅(qū)油污水的處理，直接關(guān)系到聚合物驅(qū)技術(shù)的推廣應(yīng)用。且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，渤?；瘜W(xué)驅(qū)油田采出液處理過程中油泥的大量產(chǎn)生與聚合物的產(chǎn)出密切相關(guān)。

目前污水處理的方法主要有物理法、化學(xué)法、生物法 3種。經(jīng)處理后的油田采出水通常有兩種處理方法，即采出水經(jīng)過處理后排放和通過清水稀釋后回注地層。而化學(xué)驅(qū)采油污水由于各種化學(xué)藥劑的加入，導(dǎo)致化學(xué)驅(qū)采出水性質(zhì)變得更加復(fù)雜，油水分離難度加大，回注水的性質(zhì)也由此發(fā)生了較大程度的變化。

因此，與水驅(qū)采出污水相比，聚驅(qū)采出污水不僅含油量高，而且含有大量的聚合物，可保留聚合物，進(jìn)行配聚回注再利用技術(shù)研究。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)用材料

實(shí)驗(yàn)用水為 S油田模擬水；聚合物樣品為1#ZLPAM，固含量為 88%；實(shí)驗(yàn)儀器為BROOKFIELD DV-Ⅱ＋數(shù)字粘度計(jì)；實(shí)驗(yàn)溫度為油田 65 ℃；實(shí)驗(yàn)裝置為多功能化學(xué)驅(qū)物理模擬裝置、電子天平、電子臺(tái)秤等。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 產(chǎn)出污水配制聚合物的影響研究方法

用 S油田模擬水，45,℃條件下，溶解濃度為5,000,mg/L的聚合物母液(在室內(nèi)放置 12,h以上備用)。將熟化后的聚合物溶液采用不同污水稀釋到目標(biāo)濃度，室溫?cái)嚢?30,min，靜置 30,min。用BROOKFIELD DV-Ⅱ＋數(shù)字粘度計(jì)在 65,℃進(jìn)行粘度測(cè)定。

2.2.1 清水配聚和污水配聚的注入性評(píng)價(jià)

通過巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)以評(píng)價(jià)含聚污水配制聚合物的注入性，從而獲得污水聚配的可行性。

3 結(jié)果與討論

3.1 產(chǎn)出污水配制聚合物的影響研究

3.1.1 污水中殘留聚合物對(duì)配制聚合物的影響

圖1 污水中殘聚濃度對(duì)聚合物溶液粘度的影響Fig.1 Impact of residual concentration of sewage on solution viscosity of polymer solution

從圖1可以看出，殘聚濃度為600,mg/L左右時(shí)，隨著污水中殘聚濃度的升高，所配制的聚合物目標(biāo)液的表觀粘度呈增大趨勢(shì)，這說(shuō)明在不考慮其他因素影響下(如懸浮物、乳化油、含氧、含鐵、細(xì)菌等)，一定量殘留聚合物的存在對(duì)配制聚合物溶液的粘度具有一定的貢獻(xiàn)作用，但是貢獻(xiàn)不大。總之，殘留聚合物的存在對(duì)配制聚合物目標(biāo)液的黏度影響不大。

3.1.2 乳化油含量對(duì)配制聚合物的影響

圖2 室內(nèi)乳化法模擬污水含油對(duì)配制聚合物的影響Fig.2 Impact of oil-containing sewage simulation via indoor emulsion process on polymer preparation

從圖 2可以看出，在低含油濃度范圍內(nèi)，聚合物溶液黏度的變化波動(dòng)較大，有上升也有下降。但整體上隨著含油量的增加，聚合物溶液的表觀粘度呈下降趨勢(shì)，并且在含油量為 0～200,mg/L的范圍內(nèi)，粘度下降較快，隨后趨緩。當(dāng)含油量達(dá)到 200,mg/L時(shí)，1,500,mg/L的聚合物溶液的粘度損失率達(dá)45%；聚合物濃度為 2,000,mg/L時(shí)，粘度損失率為 44.9%；聚合物濃度為2,500,mg/L時(shí)，粘度損失率為30.5%。

3.1.3 固體懸浮物含量對(duì)配制聚合物的影響

圖3 懸浮物含量對(duì)配制聚合物的影響Fig.3 Impact of suspended solid content on polymer preparation

從圖3可以看出，懸浮物的存在對(duì)聚合物溶液的黏度具有不利影響。隨著懸浮物含量的增大，聚合物溶液的黏度呈下降趨勢(shì)，且聚合物目標(biāo)液的濃度越高，受到的影響越大。

3.2 清水配聚和污水配聚的注入性評(píng)價(jià)

根據(jù)阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)的定義以及達(dá)西滲流公式推算可知，阻力系數(shù) RSF數(shù)值上等于聚驅(qū)的穩(wěn)定壓力與水驅(qū)的穩(wěn)定壓力之比。同理，殘余阻力系數(shù) RSK在數(shù)值上等于后續(xù)水驅(qū)的穩(wěn)定壓力與水驅(qū)的穩(wěn)定壓力之比。由此可以計(jì)算出不同流體驅(qū)替巖心后的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，達(dá)西滲流公式表達(dá)式如下：

式中：k——流體滲透率，10-3μm2；

Q——注入流量，mL/min；μ——流體黏度，mPa·s；L——巖心長(zhǎng)度，cm；

A——巖心截面積，cm2；Δp——注入壓力，MPa。

圖4 模擬水配制聚合物溶液的巖心流動(dòng)壓力變化曲線Fig.4 Changing curve of core flowing pressure for simulation water prepared polymer solution

圖5 污水配制聚合物溶液的巖心流動(dòng)壓力變化曲線Fig.5 Changing curve of core flowing pressure for sewage prepared polymer solution

通過圖 4、5兩者結(jié)果比較可以看出，由污水配成的聚合物溶液的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)均大于模擬水配成的聚合物溶液，這可能是由于殘留聚合物、懸浮物及乳化油對(duì)巖心孔隙共同影響的結(jié)果，在一定程度上降低了巖心的滲透率。

同時(shí)，由圖5可以看出，轉(zhuǎn)注由S油田模擬水配成的2,000,mg/L聚合物溶液后，壓力呈快速上升趨勢(shì)，然后趨緩，通過計(jì)算可以得出，污水配成的聚合物溶液的阻力系數(shù)值為 5.61；隨著后續(xù)水驅(qū)的進(jìn)行，殘余阻力系數(shù)為2.27，說(shuō)明聚合物溶液發(fā)揮了擴(kuò)大波體積的作用。

4 結(jié) 論

產(chǎn)出污水配制聚合物過程中，一定量殘留聚合物的存在對(duì)配制聚合物溶液的粘度具有一定的貢獻(xiàn)作用，但是貢獻(xiàn)不大。整體上隨著含油量的增加，聚合物溶液的表觀粘度呈下降趨勢(shì)，并且在含油量為0～200,mg/L范圍內(nèi)，粘度下降較快，隨后趨緩。懸浮物的存在對(duì)聚合物溶液的黏度具有不利的影響，隨著懸浮物含量的增大，聚合物溶液的粘度呈下降趨勢(shì)，且聚合物目標(biāo)液的濃度越高，受到的影響越大。

在污水水質(zhì)的控制指標(biāo)為殘留聚合物≤600,mg/L、乳化油≤50,mg/L、懸浮物≤25,mg/L時(shí)，污水配成的 2,000,mg/L聚合物溶液的阻力系數(shù)值為5.61，殘余阻力系數(shù)為 2.27，說(shuō)明聚合物溶液發(fā)揮了擴(kuò)大波體積的作用。

開展產(chǎn)出含聚污水配制聚合物并回注地層的再利用技術(shù)研究，對(duì)于減輕產(chǎn)出化學(xué)驅(qū)液處理壓力，實(shí)現(xiàn)廢棄資源的再利用，達(dá)到節(jié)約淡水資源的目標(biāo)，具有重要意義。

［1］鞏翠玉.油田污水處理及資源化利用[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2011.

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Technical Research of Reinjection of Chemical Flooding Generated Sewage for Petroleum Energy Exploitation in Bohai Sea

TIAN Jinjie1，ZHU Hongqing1,2，LIU Guanjun1
(1.CNOOC Energy Technology&Services Ltd.Drilling & Production Company，Tianjin 300452，China；2.State Key Laboratory of Offshore Oil Exploitation，Tianjin 300452，China)

In view of the characteristics of chemical flooding generated wastewater in Bohai Sea oilfields，a technical study of both polymer preparation and reinjection of polymer-bearing wastewater was carried out.The research results indicate that residual polymer，suspended solids and emulsified oil in the wastewater have a certain impact on the permeability of the reservoir；when controlling indexes of the wastewater reached：residual polymer ≤600 mg/L，emulsified oil ≤50 mg/L and suspended solids ≤25 mg/L，the resistance coefficient value of the 2,000 mg/L prepared polymer solution was 5.61 and residual resistance factor was 2.27，indicating that the solution enlargesthe swept volume and may help in the tackling of the technical bottleneck of output liquid treatment for offshore oilfield chemical flooding；it can minimize the hazards of oily sewage，realize the recycling of waste resources，save fresh resources and help in the promotion of sustainable development.

chemical flooding；output wastewater；reinjection；Bohai Sea

TE992.2

A

1006-8945(2014)12-0006-04

中國(guó)海洋石油總公司科技項(xiàng)目《渤海聚驅(qū)產(chǎn)出液中聚合物穩(wěn)定及含聚污水回注研究》；中海油能源發(fā)展股份有限公司英才計(jì)劃課題《聚驅(qū)油田產(chǎn)出合物再利用技術(shù)研究》。

2014-11-10