恩曼CPRS技术在油田污水处理中的应用

2015-12-01吴泽美孙玉民王鹏举刘万斗梁璟中石油华北油田分公司第五采油厂河北辛集052360

长江大学学报(自科版) 2015年19期

吴泽美，孙玉民，王鹏举，刘万斗，梁璟（中石油华北油田分公司第五采油厂，河北辛集 052360）

崔延杰，伟娜（中石油华北油田分公司采油工程研究院，河北任丘 062552）

张玉珍（中石油华北油田分公司勘探开发研究院，河北任丘 062552）

华北油田第五采油厂晋95站、深一联合站、赵一联合站3座污水站承担4500m3／d的油田污水处理任务，采出污水矿化度高，未处理的污水腐蚀率最高达到0.4mm／a，对注水管网造成严重的腐蚀结垢。传统的防腐防垢方法是在污水处理中加缓蚀阻垢剂、杀菌剂等，药剂成本高，难以达到注水水质控制标准［1］。为此，笔者对恩曼CPRS技术在油田污水处理中的应用进行了研究，以便为油田开发提供参考。

1 恩曼CPRS技术原理

恩曼CPRS技术的核心是由铜、锌、镍等多种金属组成的合金工具在与流体接触时，导致流体的静电动势发生改变，进而改变了流体中各种粒子间的作用力，最终减少固相粒子的形成。流体中已经存在的各种固相粒子会处于稳定的悬浮状态，随流体运移，在管壁不易吸附沉积。研究表明，在铜锌合金的作用下已经形成的碳酸钙垢会由方解石向文石转变，方解石外形规则容易沉积，而文石呈不规则针形结构［2］，不易在管壁沉积吸附，这样会使已经形成的方解石型碳酸钙垢逐步被疏松剥离［3］。

铁腐蚀的电化学反应是铁原子失去2个电子变成Fe2＋，恩曼CPRS技术的原理在于合金材料中的活泼金属（锌）提供电子到流体中，钢铁表面被电子覆盖，使铁原子变成Fe2＋的阳极反应不能发生，从而抑制铁腐蚀［4］。

图1 恩曼CPRS合金片

图2 恩曼CPRS现场安装图

在油田污水处理中把恩曼合金工具设计成多孔形状（见图1），这样可以增加合金与流体的作用面积。此外，该工具可通过法兰连接在注水管道中（见图2），且工作时不需要供电，安装维护方便［5］。

2 污水水质特点及主要处理工艺

华北油田第五采油厂进入高含水开发期，污水处理量逐年攀升，对采出地层水要求做到全部处理并回注，这对油田注水工作提出了更高的要求。该采油厂3个主要污水处理站的水质数据如表1所示。

表1 污水水质数据表

从表1可以看出，该采油厂3个主要污水处理站存在不同程度的腐蚀结垢问题。根据现场调查统计，2013年仅晋95站所属注水管网就发生腐蚀穿孔28次，深一联合站、赵一联合站腐蚀更为严重。室内数值模拟3个主要污水处理站的污水都有结垢趋势。取现场垢样分析，其主要成分为碳酸钙垢［6］。表2列出了3个主要污水处理站的污水处理方式。从表2可以看出，3个主要污水处理站的污水经过过滤处理，机械杂质和污油含量都控制在水质指标以内［1］，但是腐蚀结垢仍然存在。频繁的穿孔补漏及清垢作业不仅增加了生产成本，影响平稳注水，同时也存在安全隐患，因而注水系统的防腐防垢工作是油田注水开发的重要环节。

表2 主要污水处理工艺

3 现场应用情况

2014年3月，恩曼CPRS装置首先在晋95站投运，晋95站日处理污水1500m3，对应注水井27口。恩曼CPRS装置的作用距离为5km［7］，根据注水管网的长度，在注水系统的低压区（注水泵前）、高压区（注水泵后）不同节点安装合金工具（见图3）。低压区安装在过滤器后，高压区安装在配水间内。低、高压区恩曼CPRS装置的合金片性能相同，外壳承压级别不同。如果注水井距低压区恩曼CPRS装置的距离超过5km，在配水间内该井管线上加装恩曼CPRS装置（见图4），如果不超过5km则不加。

现场施工完毕，对注水系统各节点的腐蚀结垢情况进行连续监测，腐蚀率测试采用现场挂片方式，恩曼CPRS技术处理前挂片位置设在污水沉降罐，处理后挂片位置选取了不同距离的3口注水井，挂片时间为60d，结垢情况由加装在管线上的短接观察。表3是晋95站加装恩曼CPRS系统后进行2轮监测的数据。从表3数据可以看出，处理前污水腐蚀率超标，经过恩曼CPRS装置处理后，污水腐蚀结垢情况均有好转。3口井缓蚀率都在75%以上，高于缓蚀剂缓蚀率标准［8］，处理后污水腐蚀率都在0.076mm／a以下，达到油田注入水水质标准。拆开管线上安装的短接，内壁光滑无垢，邻近短接原有管线内壁的老垢有疏松迹象，说明恩曼CPRS装置不仅抑制了污水中新垢的生成，对已经形成的垢通过破坏其晶格键，将垢还原成离子状态，起到了逐步清垢的作用，这个过程相对缓慢，不会造成垢的集中脱落而堵塞管线。同时，从表3还可以看出，采用恩曼CPRS装置后，随着距离的延长，缓蚀效果有所减弱。此外，2014年在深一联合站、赵一联合站也陆续应用了恩曼CPRS技术，同时停加缓蚀阻垢剂、杀菌剂，运行1年来效果良好。