聚驅(qū)污水稀釋聚合物溶液驅(qū)油效果可行性研究

張繼紅， 徐思寧

(東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318)

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聚驅(qū)污水稀釋聚合物溶液驅(qū)油效果可行性研究

張繼紅， 徐思寧

(東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318)

針對(duì)大慶油田聚合物驅(qū)過程中，清水用量日益緊張、采出污水處理難度加大、采出污水回注問題嚴(yán)重等現(xiàn)狀，利用采出污水代替清水稀釋聚合物溶液驅(qū)油受到普遍重視。本文針對(duì)聚驅(qū)污水的特點(diǎn)，通過聚驅(qū)污水和深度處理污水水質(zhì)對(duì)比分析，確定利用曝氧和殺菌處理后的聚驅(qū)污水進(jìn)行流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)以及驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，與深度處理污水相比，處理后聚驅(qū)污水稀釋的聚合物溶液殘余阻力系數(shù)高，降低水相滲透率的能力增強(qiáng)，有利于提高采收率；相同滲透率、相同分子質(zhì)量、相同濃度條件下，與深度處理污水稀釋聚合物溶液的驅(qū)油效果相比還不理想，采收率提高值相差1%左右；若要達(dá)到與深度處理污水稀釋的聚合物溶液驅(qū)油的效果，則應(yīng)適當(dāng)?shù)靥岣呔垓?qū)污水稀釋聚合物溶液的濃度。

聚驅(qū)污水；深度處理污水；稀釋；聚驅(qū)效果

從國內(nèi)外相關(guān)的資料來看，目前，聚合物注入站的配制用水通常采用凈化后的低礦化度清水[1-3]。但隨著油田進(jìn)入特高含水期以后，聚合物驅(qū)工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，采用清水配制和稀釋聚合物溶液浪費(fèi)了大量的清水資源，導(dǎo)致清水供應(yīng)量緊張；與此同時(shí)，含油污水采出量不斷增加，大量外排導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染，使原注水和污水系統(tǒng)平衡遭到破壞，形成了不合理的循環(huán)[4-7]。因此如何有效地利用污水資源已成為油田高效開發(fā)過程中亟待解決的問題[8]。采出污水經(jīng)過處理后，可以用來配制聚合物溶液，既消除了一個(gè)大的污染源，又為聚合物采油開發(fā)解決了水源問題，形成了廢物利用的良性循環(huán)[9-10]。因此，伴隨著油田對(duì)聚合物驅(qū)油技術(shù)研究的不斷深入，加之對(duì)節(jié)能、環(huán)保等方面的要求，把油田污水應(yīng)用于聚合物驅(qū)勢(shì)在必行[11]。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要藥劑與儀器

主要藥劑：淀粉碘化鎘，重鉻酸鉀，實(shí)驗(yàn)用聚驅(qū)污水取自杏九放水污水站，實(shí)驗(yàn)用深度處理污水取自杏十六聯(lián)合站，聚合物母液是由蒸餾水配制的相對(duì)分子質(zhì)量為1 900萬，質(zhì)量濃度為5 000 mg/L的聚合物溶液，3種人造非均質(zhì)長方巖心(3種巖心的基本參數(shù)見表1)。驅(qū)油實(shí)驗(yàn)用液：深度處理污水、聚驅(qū)污水及聚驅(qū)處理后污水稀釋1 900萬相對(duì)分子質(zhì)量聚合物溶液，溶液質(zhì)量濃度為1 600 mg/L，實(shí)驗(yàn)用油為模擬油(原油+煤油)。

主要儀器：分光光度計(jì)，砂芯過濾器，真空泵，滅菌裝置，電熱恒溫水浴鍋，全玻璃回流裝置，離子測(cè)定儀，干燥箱，蒸發(fā)皿，細(xì)菌瓶，500 mL錐形分液漏斗，0.45 μm濾膜，容量瓶，具塞刻度比色管，強(qiáng)力電動(dòng)攪拌器，量筒，燒杯，電子精密天平，HAAKE RS 6000流變儀，恒溫箱，恒速恒壓泵，高壓中間容器，手動(dòng)計(jì)量泵，產(chǎn)液計(jì)量管，真空泵，壓力表等。實(shí)驗(yàn)裝置及所用三層非均質(zhì)巖心。

實(shí)驗(yàn)溫度:45 ℃。

表1　長方非均質(zhì)巖心基本參數(shù)

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1聚驅(qū)污水與深度處理污水的水質(zhì)差異分析通過化驗(yàn)聚驅(qū)污水和深度處理污水的水質(zhì)，即通過對(duì)水樣中聚合物濃度、含油量、懸浮固體含量、細(xì)菌等水質(zhì)指標(biāo)的檢測(cè)，分析聚驅(qū)污水與深度處理污水的水質(zhì)差異，找到稀釋聚合物溶液時(shí)影響?zhàn)ざ鹊牟町愐蛩亍?/p>

1.2.2黏度穩(wěn)定性分析用聚驅(qū)污水和深度處理污水將1 900萬相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物母液稀釋成含聚合物質(zhì)量濃度為1 600 mg/L的溶液，測(cè)量所稀釋聚合物溶液的黏度，在15 d之內(nèi)通過測(cè)量溶液黏度的變化來觀察稀釋聚合物溶液的穩(wěn)定性，后對(duì)聚驅(qū)污水進(jìn)行曝氧殺菌處理，分析該處理方法是否可以提高溶液的黏度穩(wěn)定性。

1.2.3驅(qū)油實(shí)驗(yàn)在45 ℃的條件下，采用如下幾個(gè)步驟：①將巖心抽真空，飽和地層水，測(cè)量孔隙度及孔隙體積；②由達(dá)西公式計(jì)算出巖心水驅(qū)滲透率；③將巖心飽和油至巖心出口端不出水，計(jì)算并確定原始含油飽和度；④設(shè)定驅(qū)替速度為0.3 mL/min進(jìn)行水驅(qū)，巖心出口端含水率達(dá)到95%時(shí)，停止并計(jì)算水驅(qū)采收率；⑤以0.3 mL/min的注入速度注入0.58 PV的聚合物溶液，計(jì)算聚驅(qū)采收率；⑥聚驅(qū)替液段塞注入后，后續(xù)水驅(qū)至出口端含水率達(dá)到98%結(jié)束，計(jì)算最終的原油采收率[12]。

2　結(jié)果與討論

2.1聚驅(qū)污水的特點(diǎn)

進(jìn)行了聚驅(qū)污水和深度處理污水水質(zhì)對(duì)比分析，結(jié)果見表2、3。從表2中可以看出，與深度處理污水相比，聚驅(qū)污水具有含聚濃度高、懸浮物含量以及含油量高、硫酸鹽還原菌含量低、腐生菌和鐵細(xì)菌含量高等特點(diǎn)。這主要是因?yàn)樯疃忍幚砦鬯墙?jīng)過兩次沉降和兩次過濾，而聚驅(qū)污水是經(jīng)過兩次沉降一次過濾，這勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致聚驅(qū)污水中殘留更多的聚合物、懸浮物和油。雖然兩種水的水質(zhì)結(jié)果存在差異，但根據(jù)大慶油田任有限責(zé)任公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(Q/SYDQ 0605—2006)《大慶油田油藏水驅(qū)注水水質(zhì)及分析方法》中規(guī)定兩種水質(zhì)的含油量和懸浮物量均已達(dá)到各自水處理標(biāo)準(zhǔn)。

從表3中可以看出，聚驅(qū)污水稀釋聚合物溶液的黏損率為30.62%，深度處理污水稀釋聚合物溶液的黏損率為10.03%，因此聚驅(qū)污水稀釋聚合物溶液黏穩(wěn)性比深度處理污水稀釋聚合物溶液的黏穩(wěn)性要差，這主要與聚驅(qū)污水中的聚合物質(zhì)量濃度、含油量以及懸浮物含量高有關(guān)。

表2　聚驅(qū)污水、深度處理污水中聚合物質(zhì)量濃度、含油量、細(xì)菌等測(cè)量結(jié)果

表3　聚驅(qū)污水和深度處理污水稀釋聚合物黏度變化(溫度：45 ℃)

2.2對(duì)聚驅(qū)污水進(jìn)行曝氧殺菌處理

由于聚驅(qū)污水中的聚合物質(zhì)量濃度、含油量、懸浮固體含量及細(xì)菌含量均較高，因此確定影響?zhàn)ざ鹊闹饕蛩厥腔瘜W(xué)降解和生物降解。為了驗(yàn)證該分析結(jié)果的正確性，對(duì)聚驅(qū)污水進(jìn)行曝氧殺菌處理并對(duì)處理后聚驅(qū)污水稀釋聚合物溶液的黏度變化以及細(xì)菌含量的變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，經(jīng)過曝氧殺菌處理后的聚驅(qū)污水稀釋聚合物溶液的黏損率為7.65%，各細(xì)菌含量可以滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求，監(jiān)測(cè)結(jié)果見表4。

表4　處理后聚驅(qū)污水稀釋聚合物溶液中細(xì)菌含量變化

2.3驅(qū)油效果

稀釋的3種聚驅(qū)溶液黏度和實(shí)驗(yàn)方案見表5。利用所稀釋的3種聚驅(qū)溶液進(jìn)行了驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，以進(jìn)一步研究聚驅(qū)污水稀釋聚合物驅(qū)油的可行性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6，驅(qū)油效果見圖1。

表5　污水稀釋聚合物驅(qū)油實(shí)驗(yàn)方案

由表6和圖1分析得出：水驅(qū)階段，3塊巖心壓力逐漸上升并很快達(dá)到穩(wěn)定且壓力值基本相同，注水一段時(shí)間后采收率緩慢上升，含水率快速上升，當(dāng)含水率達(dá)到95%的時(shí)候，三塊巖心的采收率平均值為41.93%。聚驅(qū)階段，壓力上升趨勢(shì)比較明顯，含水率大幅度下降，采收率逐漸提高。對(duì)比不同污水類型對(duì)聚驅(qū)采收率的影響，可以看出深度處理污水稀釋聚合物溶液的采收率最高，驅(qū)油效果最好，處理后聚驅(qū)污水次之，聚驅(qū)污水最小。后續(xù)水驅(qū)階段，壓力迅速下降，含水率快速上升至98%，采收率上升趨勢(shì)變緩，且深度處理污水稀釋聚合物溶液驅(qū)油的巖心采收率值比處理后的聚驅(qū)溶液要低。結(jié)合3個(gè)階段總體來看，聚驅(qū)污水稀釋聚合物溶液驅(qū)油采收率值提高13.79%，深度處理污水提高16.42%，處理后聚驅(qū)污水提高15.46%。

表6　污水稀釋聚合物驅(qū)油實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果

圖1　不同污水稀釋1 900萬相對(duì)分子質(zhì)量聚驅(qū)溶液巖心驅(qū)油效果

Fig.1The core oil displacement effect of different sewage dilution 19 million molecular weight polymer solution

由于處理后聚驅(qū)污水稀釋聚合物溶液驅(qū)油采收率提高值并沒有達(dá)到理想的效果，因此用處理后的聚驅(qū)污水分別稀釋聚合物質(zhì)量濃度為1 620 mg/L和1 650 mg/L的溶液，進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)方案見表7，得到結(jié)果如表8和圖2所示。

表7　深度處理污水與處理后的聚驅(qū)污水稀釋聚合物驅(qū)油實(shí)驗(yàn)方案

表8　深度處理污水與處理后聚驅(qū)污水稀釋聚合物驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表8和圖2可以看出，處理后聚驅(qū)污水稀釋聚合物溶液的質(zhì)量濃度應(yīng)大于1 650 mg/L，這樣可達(dá)到并可超過質(zhì)量濃度為1 600 mg/L深度處理污水稀釋聚合物的驅(qū)油效果。

圖2　兩種污水稀釋不同聚合物濃度溶液驅(qū)油采收率對(duì)比

Fig.2The constrast of two different kinds of sewage dilution concentration of polymer solution flooding recovery efficiency

3　結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)曝氧和殺菌處理后的聚驅(qū)污水稀釋的聚合物溶液驅(qū)油效果得到了明顯的提高，但與深度處理污水稀釋聚合物溶液的驅(qū)油效果相比還有一定的差距，應(yīng)當(dāng)選擇提高稀釋聚合物濃度(1 900萬相對(duì)分子質(zhì)量聚合物溶液質(zhì)量濃度大于1 650 mg/L)來改善處理后聚驅(qū)污水稀釋聚合物驅(qū)油效果差的問題。

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(編輯閆玉玲)

Research on Oil Displacement Feasibility of Polymer Solution Diluted by Polymer Flooding Sewage

Zhang Jihong, Xu Sining

(KeyLaboratoryforEnhancingOil/GasRecoveryofMinistryofEducation，NortheastPetroleumUniversity，DaqingHeilongjiang163318，China)

In the process of polymer flooding in daqing oilfield, there are some problems such as water consumption growing tensions, sewage treatment increasing more differences and the problem of injecting sewage becoming serious. Using the produced sewage instead of water to dilute polymer solution flooding will be widely attached. Aiming at the characteristics of polymer flooding sewage depth by polymer flooding sewage and sewage water quality analysis, polymer flooding sewage by oxygen exposure and sterilization was used to study flow characteristics and oil displacement effect. Results show that, compared with deep treatment sewage, residual resistance coefficient with polymer solution is high after polymer flooding sewage dilution, the ability to reduce water phase permeability is enhanced, and recovery factor is improved. Under the same conditions of permeability, molecular weight, concentration, and depth of sewage displacement effect of polymer solution is not ideal compared to dilute oil, and the value of recovery efficiency differs by about 1%. The same effect with the polymer flooding deeply produced by sewage dilutes can be achieved if the concentration of polymer solution diluted by the polymer flooding sewage is increased.

Polymer flooding sewage; Advanced sewage treatment; Dilute; Polymer flooding effect

1006-396X(2016)02-0060-05

投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn

2015-11-04

2016-02-28

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51274070)。

張繼紅(1969-)，女，博士，教授，從事提高油氣采收率理論與技術(shù)研究；E-mail：dqzhjh@126.com。

TE357

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.02.012