利用曝氧工艺提高污水配注聚合物黏度

2015-01-12大庆油田勘探开发研究院

油气田地面工程 2015年8期

大庆油田勘探开发研究院

利用曝氧工艺提高污水配注聚合物黏度

魏长清大庆油田勘探开发研究院

随着二类油层聚驱开发面积不断扩大，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，严重制约了油田的进一步发展，利用含油污水配注聚合物势在必行。针对油田污水配注聚合物黏度低的问题，利用曝氧工艺来提高污水配注聚合物的黏度。污水在配注前曝氧，污水中还原性介质Fe2+、S2-提前与氧反应产生自由基O·，且生成的自由基由于寿命很短，来不及与聚合物反应便已经销毁，因此不会导致聚合物降解，从而提高聚合物配注黏度。现场应用结果表明，实施曝氧工艺后，曝氧站的含氧量显著增加，由未曝氧前的0.02 mg/L增加到0.9～1.0 mg/L，水中还原性介质Fe2+、S2-含量降低20%左右，说明曝氧工艺起到了隔氧、消耗还原性介质的效果。

曝氧工艺；含氧量；井口黏度；污水配注

引言

大庆油田已开发出可用含油污水稀释的超高相对分子质量聚合物，并已在一类聚驱油层区块推广应用，缓解了含油污水回注的矛盾。但由于超高分聚合物相对分子质量大、黏度高，只适应于高渗透油层，无法应用于二、三类油层。随着二类油层聚驱开发面积不断扩大，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，严重制约了油田的进一步发展[1]，利用含油污水配注中相对分子质量聚合物势在必行。但由于含油污水成分复杂，使配注混合后的中相对分子质量聚合物溶液的井口黏度很难达到开发指标要求，从而影响开发效果。针对含油污水配注中相对分子质量聚合物溶液不达标的问题，主要有两个解决途径[2]：①研发抗盐型中相对分子质量聚合物；②新建污水处理工艺，使含油污水能够满足配注中相对分子质量聚合物的要求。由于前者研发周期较长，因此寻找一种简单实用的处理工艺迫在眉睫。

1曝氧工艺原理及流程

1.1 基本原理

含油污水中含有大量的物质，如原油、悬浮物、菌类、Fe2+、S2-等，这些物质将影响聚合物配注黏度，其中影响最大的是Fe2+、S2-等还原性物质[3-4]，因为这些物质一旦接触到氧气或氧化剂，会迅速与还原性介质发生氧化反应产生自由基O·，破坏聚合物分子链，从而导致聚合物降解，使聚合物黏度降低。

深度污水曝氧工艺提高配注聚合物黏度的原理是：污水在配注前曝氧，污水中还原性介质Fe2+、S2-提前与氧反应产生自由基O·，且生成的自由基由于寿命很短，来不及与聚合物反应便已经销毁，因此不会导致聚合物降解，从而可提高聚合物配注黏度。

1.2 工艺流程

深度污水曝氧工艺是将来水经过加压泵加压，高压喷出的水通过射流器喷嘴产生射流，经过扩散管进口处的喉管时在气水混合室内产生负压，将空气由通向大气的导管吸入，经与水充分混合后，空气与水的混合液从射流器喷出，形成射流和混合搅拌区，对水体充氧曝气，提高水中含氧量，进而提高配注聚合物溶液黏度，其工艺流程见图1。

图1 深度污水曝氧工艺流程

目前已在北十六、北十七注水站安装了深度污水曝氧工艺。北十六注水站设计能力1.32×104m3/d，实际供水量0.9×104m3/d；北十七注水站设计能力1.68×104m3/d，实际供水量0.68×104m3/d。

2现场实施效果

2.1 含氧量增加

曝氧工艺实施后最直接的效果就是曝氧前、后污水中含氧量发生了变化。跟踪了北十六、北十七曝氧站的曝氧效果，对两个站进行了含氧量的现场监测，包括曝氧前、曝氧后、注水泵进口3个取样点。北十六、北十七曝氧站污水含氧量分别见表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

从表1、表2可以看出：曝氧站来水含氧量为0.02 mg/L左右，曝氧后含氧量为0.9～1.0 mg/L，注水泵进口含氧量比较稳定，为0.8～0.9 mg/L，说明曝氧工艺的曝氧效果比较理想，能够满足曝氧站设计参数要求。

2.2 水中还原性物质含量降低

曝氧前、后的污水水质也发生了变化，对曝氧站的水质进行了取样化验，包括含油量、悬浮物含量、Fe2+、S2-、菌类以及矿化度等。由曝氧前、后水质取样分析可以看出：曝氧站曝氧前后水中含油量及悬浮物含量变化不大，并且含油及悬浮物在注水泵进口有所下降。分析原因认为，应当是污水在储罐内进行了短时间的沉降，使含油量及悬浮物含量有所下降；矿化度、菌类在3个取样点均没有明显变化；水中Fe2+含量在曝氧后、注水泵进口有很大程度的降低，在曝氧后降低约21%，在注水泵进口降低约47%；水中S2-含量在曝氧后、注水泵进口有很大程度的降低，在曝氧后降低约23%，在注水泵进口降低约91%。这说明还原性介质Fe2+、S2-与氧反应后被大量消耗掉。

2.3 井口黏度提高

由于采用了曝氧工艺，污水在配注前充分与氧气接触，污水中的还原性介质Fe2+、S2-与氧反应被大量消耗掉，降低了污水中杂质对聚合物的降解作用，从而大大提高了污水配注聚合物溶液的井口黏度。表3为北十七注水站注入井口黏度对比。

从表3可以看出：使用未曝氧污水进行配注时，井口黏度基本在15 mPa·s以下；污水进行曝氧后单井井口黏度有一定的提高，平均黏度达到30 mPa·s左右；使用清水配注聚合物时，井口黏度平均值能够达到46 mPa·s以上。与清水配注聚合物相比，曝氧污水配注聚合物井口黏度还是相对较低。

表3 北十七注水站注入井口黏度对比

2.4 经济效益对比

将清水配注聚合物与曝氧污水配注聚合物所需费用进行了对比：清水配注时，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，所需费用共计25.83万元；曝氧污水配注时，单井需提高注入浓度才能满足地质要求，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，所需费用共计26.95万元。因此，使用曝氧污水配注与使用清水配注相比，每天费用高出1.12万元。