现代化工

现代化工 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (6) : 224-229. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2025.06.038

科研与开发

防垢反相破乳剂在聚合物驱采出液处理中的应用

刘文杰 ¹^,²^,^* ,
吴迪 ¹^,² ,
薛强 ¹ ,
乔福璐 ³ ,
古文革 ¹^,² ,
李颖慧 ¹

作者信息 +

Application of anti-scaling reverse demulsifier in treatment of polymer flooding produced fluid

LIU Wen-jie ¹^,²^,^* ,
WU Di ¹^,² ,
XUE Qiang ¹ ,
QIAO Fu-lu ³ ,
GU Wen-ge ¹^,² ,
LI Ying-hui ¹

Author information +

文章历史 +

Received		Published
2024-09-09		2025-06-20
Issue Date	Revised Date
2025-06-13	2024-09-09

PDF (2810K)

摘要

通过高效反相破乳剂和水质稳定剂的复合研制了集反相破乳、防垢、抑制新生矿物颗粒生成功能于一体的防垢反相破乳剂FSP-2101。实验在大庆油田聚中312转油污水站掺水炉进水中以11~16 mg/L加药量,替代现场在用的反相破乳剂、阻垢剂和絮凝剂,在综合药剂处理费用持平的情况下,显著改善了该站聚合物驱采出液的油水分离效果,油岗外输水含油量和悬浮固体含量分别从实验前的257 mg/L和20 mg/L降低至33 mg/L和11 mg/L,达到了水岗滤前水的水质控制指标;水岗沉降工艺出水含油量和悬浮固体含量分别从实验前的28 mg/L和13 mg/L降低到10 mg/L和10 mg/L,达到20 mg/L的含聚合物采出水回注高渗透率油藏含油量和悬浮固体含量控制指标。此外,水岗进水水质的改善还使采出水处理过程中的污油泥产生量降低了87%。

Abstract

FSP-2101,a kind of anti-scaling reverse demulsifier that integrates the functions of reverse phase demulsification,scale prevention,and inhibition of new mineral particle formation,is developed through combining high-efficiency reverse demulsifier and water quality stabilizer.In a spot experiment,FSP-2101 is added with a concentration of 11 mg/L to 16 mg/L into the water feeding heater of the JUZHONG312 station,instead of demulsifier,scale inhibitor and flocculant added before.As the treatment cost of FSP-2101 remains the same as that of the original agents,the oil/water separation effect is greatly improved.The contents of oil and suspended solids in export water at the oil post of the station decrease from 257 mg/L and 20 mg/L to 33 mg/L and 11 mg/L,respectively,meeting the standards.The contents of oil and suspended solids in export water at the water post of the station decrease from 28 mg/L and 13 mg/L to 10 mg/L and 10 mg/L,respectively,achieving the standard that the contents of oil and suspended solids in produced water for reinjection into high permeability reservoir must be lower than 20 mg/L.In addition,the improvement of the inlet water quality at the water post of the station also helps reduce the output of sludge in the produced water treatment process by 87%.

Graphical abstract

关键词

防垢剂 / 采出水 / 采出液 / 聚合物驱 / 反相破乳剂

Key words

scale inhibitor / produced water / produced liquid / polymer flooding / reverse demulsifier

引用本文

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刘文杰,吴迪,薛强,乔福璐,古文革,李颖慧. 防垢反相破乳剂在聚合物驱采出液处理中的应用[J]. 现代化工, 2025, 45(6): 224-229 DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2025.06.038

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上世纪90年代聚合物驱油技术开始大规模推广应用,成为老区油田提高采收率的主要手段,如大庆油田截至2023年底,应用第一代驱油用聚合物,动用地质储量11.64×10⁸ t,累计产油2.41×10⁸ t,增油1.53×10⁸ t^[1]。与常规水驱采出液和采出水相比,聚合物驱采出液和采出水具有水相黏度高、油水乳化严重、携带悬浮固体颗粒物能力强、油滴和悬浮固体颗粒稳定性好、上浮或下沉阻力大、油水分离缓慢、化学处理药剂用量大等特点^[2]。

大庆油田聚合驱采出水处理工艺通常为两级沉降-一级压力过滤处理工艺或两级沉降-两级压力过滤处理工艺^[3-4]。过滤器在应用一段时间后滤料会截留大量原油、混凝絮体、固体杂质颗粒和滋生的细菌及其代谢产物^[5],积累到一定量时严重堵塞滤料,造成过滤效果下降。一般采用滤后水反冲洗掉滤料截留物使其再生,因此在过滤器反冲洗回收排水中含有大量碱土金属碳酸盐、硫化亚铁等颗粒物、细菌及其代谢产物和原油等污染物。回收的反冲洗排水一般回掺到水处理系统来水中,造成沉降罐工艺段进水水质恶化,处理负荷升高,增加了处理难度,使得沉降效果变差,过滤器进水水质恶化,滤料污染加重。通常采用加大沉降段处理药剂用量、提高反冲洗频率和温度,或者在反冲洗水中投加滤料清洗剂等手段来解决滤料污染问题,滤料严重污染时还采取更换滤料等非常规手段,在增加处理成本的同时还影响正常生产运行^[6-7]。

目前国外油田采出水处理的工艺技术致力于采出水中除油、除悬浮固体、除砂、除可溶性有机物等。物理处理工艺除常规重力沉降、水力旋流分离、气浮外,膜滤/微孔膜滤(MF)、陶瓷膜过滤、超滤(UF)、反渗透(RO)、纳滤(NF)、活性碳吸附等也有研究和应用。热力处理工艺有多级闪蒸(NSF)、多重蒸馏(MED)、蒸汽压缩蒸馏(VCD)、冻融蒸发(FTE)等;化学处理工艺有高级氧化技术、电化学方法(电絮凝、电气浮、电渗析)。此外还有微生物处理工艺等^[8]。聚合物采出液和采出水处理的化学药剂主要有破乳剂、氧化剂和絮凝剂。投加破乳剂是缩短油水分离沉降时间的有效手段,目前国内外已经研发多种针对油包水型和水包油型的破乳剂,包括无机盐类破乳剂、阳离子性破乳剂、胺类破乳剂和聚醚类破乳剂等^[9],破乳剂的研发目标往往集中于特定乳化油的分离,较少兼顾采出水中残余油和悬浮固体颗粒的去除。吴迪等^[10]研制的油水分离化学剂在浮选工艺情况下实现了针对聚合物含油污水的油水有效分离及悬浮固体颗粒的去除。氧化剂可以有效分解化学驱采出水中的复杂有机物,包括各种油类污染物和残余驱油剂;絮凝剂主要作用机理为电性中和、吸附架桥、网捕卷扫等。根据不同水质和处理需求选择一种或多种上述工艺药剂联合应用,但是存在处理成本高、装置对来水介质成分要求高或处理工艺复杂、流程长、工艺设备管理要求高等问题,阳离子絮凝剂特别是含HPAM采出水的絮凝污泥,不但污泥量大,而且脱水困难、难以降解^[11-12]。

本文针对聚合物驱采出液和采出水中含有大量难以沉降分离,且难以通过颗粒滤料滤除的细小油珠和新生矿物颗粒的特点,将高效反相破乳剂和水质稳定剂复合,研制了集反相破乳、防垢、抑制新生矿物颗粒生成功能于一体的防垢反相破乳剂FSP-2101,替代目前聚合物驱采出液和采出水处理用的破乳剂、阻垢剂和絮凝剂。防垢反相破乳剂FSP-2101可抑制采出水中碱土金属碳酸盐微粒析出,降低采出水中难以滤除的微小悬浮固体颗粒,减少由固体颗粒稳定的油水乳状液,具有促进采出水中油滴聚并、提高油水分离的功能;同时将加药点前移到转油放水站和转油站掺水加热炉进口,充分利用采出流体集输过程管线中液体动力振荡混合,促进油滴相互聚结,实现端点药剂投加管道破乳,进一步改善采出液油水分离效果。通过改善油岗外输水水质,尽量降低采出水处理设施进水中的含油量和油水乳化程度,降低细小的新生固体颗粒物含量,从而改善水处理工艺沉降段出水水质,实现经沉降后采出水达到回注水质指标的目的^[13-15]。

1 防垢反相破乳剂室内评价

1.1 实验介质

实验介质为不含破乳剂、防垢剂的聚中312站油岗外输液和聚中312站油岗外输液分离的采出水。

1.2 评价方法

1.2.1 采出液油水分离特性评价

现场取外输液1 L(停加破乳剂和阻垢剂16 h以上),在若干个分别投加了不同剂量防垢反相破乳剂FSP-2101的150 mL配方瓶中加入100 mL外输液,上下手振100次后,在40℃水浴中沉降 30 min。沉降结束后,上下颠倒2次并再次静置 60 s,用注射器从配方瓶底部抽取约50 mL水样,测定其含油量。

1.2.2 采出水油水分离特性评价

用8个1 L玻璃细口瓶(分为两组,一组预先加入防垢反相破乳剂FSP-2101,另一组未加)现场接取油岗外输液(停加破乳剂和阻垢剂16 h以上)各1 L,上下手振100次后,在40℃水浴中沉降30 min,抽取同组中的4个1 L取样瓶底部的游离水共 3 000 mL,转移至3 L玻璃瓶中,上下颠倒20次混合均匀。将3 L玻璃瓶置于35℃水浴中静置8 h,用注射器抽取底水约50 mL,测定其含油量;另抽取约500 mL水样,用台式颗粒滤料过滤装置进行过滤(滤柱从下向上依次填装填充6 mL粒径为0.25~0.5 mm的磁铁矿滤料+6 mL粒径为0.5~0.8 mm的石英砂滤料)^[16-17],并测试过滤后水样的含油量和悬浮固体含量。

1.2.3 采出水新生矿物颗粒抑制效果评价

取采出液样品置于室温下静置24 h后分离出游离采出水,将分离出的水样用平均孔径为0.45 μm的纤维膜过滤。取若干个500 mL塑料测试瓶,依次加入不同量防垢反相破乳剂和300 mL膜滤后的水样,手振100次后放入烘箱中在55℃下老化8 h。将塑料瓶置于超声波水浴中,将附着在瓶壁上的析出物振落,摇匀并测定老化后水样的悬浮固体含量。其中,空白水样在老化保温后测量的悬浮固体含量为新生矿物颗粒含量;空白水样与加药水样老化后测得的悬浮固体含量差值占前者的百分比,为评价不同药剂加药量下新生矿物颗粒的抑制率。

1.3 防垢反相破乳剂的评价结果

针对大庆油田第一采油厂聚中312转油污水站外输高含水采出液,室内进行了投加药剂前后的采出液和分离采出水相分离特性测试,并以此来评价药剂的处理效果。聚中312站油岗外输液投加不同剂量防垢反相破乳剂FSP-2101的油水分离效果见表1。

从表1可见,防垢破乳剂FSP-2101对聚中312站外输聚驱采出液具有良好的油水分离效果,在加药量20 mg/L情况下,经过30 min沉降后水相乳化油量由空白的2 246 mg/L降低至75 mg/L。

1.4 采出水油水分离特性评价

投加防垢反相破乳剂FSP-2101的聚中312站油岗外输液分离采出水的相分离特性结果见表2。

从表2可见,防垢反相破乳剂FSP-2101对聚中312站聚驱采出液中分离出的采出水的相分离特性改善效果显著。在加药量15 mg/L的条件下,分离采出水静置沉降8 h后的含油量由612 mg/L降低至60 mg/L,悬浮固体含量由113 mg/L降低至 26 mg/L;加药水样再经台式深床过滤装置过滤后,含油量和悬浮固体含量均低于20 mg/L的含聚合物驱采出水回注高渗透率油藏的控制指标。

1.5 采出水新生矿物颗粒抑制效果评价

防垢反相破乳剂FSP-2101对聚中312站聚驱采出液分离采出水新生矿物颗粒抑制效果见表3。

从表3可见,防垢反相破乳剂FSP-2101对聚中312聚驱采出水的新生矿物颗粒生成抑制效果较好,在加药量15 mg/L的条件下,新生矿物颗粒抑制率可达77.0%,在加药量20 mg/L的条件下,新生矿物颗粒抑制率可达85.9%。

2 防垢反相破乳剂在聚中312转油污水站采出液和采出水处理中的应用效果

大庆油田第一采油厂聚中312转油污水站来液包括水驱和聚驱两部分,分别进入单独的三相分离器进行处理:水驱系统的来液量约为3 600 m³/d,掺水为水驱来液三相分离器放水,约800 m³/d,水驱放水外输至中306污水站处理;聚驱系统来液(含掺水)约为10 300 m³/d,聚驱系统的掺水同样为水驱来液三相分离器放水,约1 700 m³/d,聚驱系统的放水经本站转油放水岗沉降罐后进入本站水处理岗处理。采出水处理工艺为二级沉降+一级过滤,来水量约为11 000 m³/d,采出水处理指标为外输水中含油量≤20 mg/L、悬浮固体含量≤20 mg/L。水驱和聚驱三相分离器出油合并外输至中十六联进行脱水处理。现场实验前,聚中312转油污水站水驱系统在掺水中投加防垢剂12.5 kg/d,在来液汇管处投加破乳剂50 kg/d;聚驱系统在来液汇管处投加破乳剂200 kg/d,水处理岗在沉降罐进水中投加干粉絮凝剂5.5~10 kg/d。现场实验期间,聚中312转油污水站聚合物驱采出水中聚合物含量为347 mg/L,现场运行设备和工艺参数见表4和表5。现场实验期间,聚中312转油污水站停加现场原来应用的破乳剂、阻垢剂和絮凝剂,仅在采出液处理系统的掺水中投加防垢反相破乳剂FSP-2101,初始加药量为16 mg/L,现场处理效果平稳后加药量优化至 11 mg/L,现场实验期间聚中312转油污水站处理工艺流程图及防垢反相破乳剂加药点见图1。

现场实验期间,将防垢反相破乳剂加药点提前至掺水加热炉入口,药剂随掺水送至井口,一方面利用井口至聚中312站管道中的流场作用和停留时间,充分利用药剂对采出液中油滴的聚并能力,改善采出液的油水分离效果;另一方面,防垢反相破乳剂中的螯合剂成分具有抑制碱土金属碳酸盐析出、降低采出水中难以过滤去除的细小悬浮固体含量的作用,在井口采出液汇聚前端应用防垢反相破乳剂还同时具有降低采出液中悬浮固体含量和抑制油滴表面吸附的细小悬浮固体颗粒、阻碍油珠相互聚并的功能。

油岗三相分离器放水、油岗沉降罐放水、水处理岗滤前水和外输水含油量变化见图2;油岗掺水、油岗沉降罐放水、水处理岗滤前水和外输水悬浮固体含量变化见图3。

由图2可见,三相分离器放水含油量由平均737 mg/L降低到平均222 mg/L,达到500 mg/L的转油放水岗外输水含油量控制指标;油岗沉降罐放水的含油量由平均257 mg/L降低到平均33 mg/L,达到50 mg/L的水处理岗滤前水含油量控制指标;水处理岗滤前水含油量由平均28 mg/L降低到平均10 mg/L,达到20 mg/L的含聚合物采出水回注高渗透率油藏含油量控制指标。由图3可见,转油放水岗沉降罐放水悬浮固体含量由平均20 mg/L降低到平均11 mg/L,达到含聚合物采出水回注高渗透率油藏悬浮固体含量控制指标。通过在掺水中投加防垢反相破乳剂,采出水处理仅经过沉降工艺,不需要过滤工艺就实现了采出水处理达标。

由于应用防垢反相破乳剂后聚中312转油污水站各工艺点处的采出水中含油量、悬浮固体含量均有明显下降,水质得到有效改善,尤其是油岗外输水含油量和悬浮固体含量的下降使得沉降和过滤工艺从采出水中分离出的油和机械杂质量也大幅度下降,水处理过程中的污油和污泥产生量也随之大幅度下降。由油岗沉降罐和过滤器进出水含油量和悬浮固体含量差值估算的水处理过程中产生污油泥量降低情况见表6。

由表6中数据可知,聚中312转油污水站沉降段的进出水含油量和悬浮固体含量差值由实验前的236 mg/L降低至实验期间的24 mg/L,污油泥产生量减少接近90%;过滤器截留的原油及悬浮固体含量由实验前的28 mg/L降低至实验期间的10 mg/L,污油泥产生量减少了64%以上,按水岗沉降工艺和过滤段进出水含油量、悬浮固体含量差值计算的污油泥产生量减少了87%。

综上所述,用防垢反相破乳剂FSP-2101代替聚中312站在用的破乳剂、防垢剂和絮凝剂,并将加药点提前至掺水加热炉入口,提高了采出水油水分离效果,使得转油放水岗沉降工艺段放水可达到水处理岗过滤前水指标,水处理岗沉降工艺段出水可达到滤后水指标。采出水处理工艺整体前移了一段,在沉降段达到采出水处理指标,为在停运过滤工艺情况下实现双“20”的聚合物驱采出水处理指标提供了技术依据。不运行过滤器,将不会产生过滤器反冲洗排水,因此可避免因回掺过滤器反冲洗排水而增大采出水处理系统来水水量,从而减小采出水处理系统负荷;此外,不运行过滤器,还可避免因运行过滤增压泵和反冲洗泵等配套设备产生的能耗和维护费用。以聚中312站两级沉降+一级过滤处理采出水达到双“20”指标计算,水处理运行用电费用可由0.701元/m³降至0.272元/m³,降低幅度为61.2%。

3 结论

应用防垢反相破乳剂降低了采出水处理系统来水的含油量和悬浮固体含量,采出水沉降段的来水水质得到改善,按水岗沉降工艺和过滤段进出水含油量、悬浮固体含量差值计算的污油泥产生量减少了87%,实现了采出水处理绿色清洁运行。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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