超濾—電滲析組合降低聚合物驅(qū)采出水礦化度技術(shù)研究.pdf

1、聚合物驅(qū)油技術(shù)是通過在注入水中添加聚合物來增加水相粘度和降低油層滲透率，由此來擴(kuò)大注入水的波及體積并提高其驅(qū)油效率的過程。目前該技術(shù)已經(jīng)在大慶油田大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。2005年，大慶油田生產(chǎn)原油4495萬噸，其中采用聚合物驅(qū)產(chǎn)油量突破1200萬噸，約占油田總產(chǎn)量的四分之一。但是由于油田采出水的礦化度較高（約4500mg/L），含有大量能影響聚合物粘度的Na+、K+、Ca2+、Mg2+等陽離子，這使得用采出水配制的聚合物溶液粘度比用清水配制

2、的同一濃度（1000mg/L）聚合物溶液粘度低大約60％。而室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和礦場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明：聚合物驅(qū)采收率與聚合物驅(qū)油溶液粘度有直接聯(lián)系，通常聚合物溶液粘度愈高，其驅(qū)油效率愈高，所以聚合物只能用低礦化度清水配注。這樣一方面消耗了大量的清水，浪費(fèi)了寶貴的水資源；另一方面，大量聚合物驅(qū)采出水直接外排，造成了環(huán)境污染。因此，聚合物驅(qū)采出水深度處理回用，已成為聚合物驅(qū)油技術(shù)下一步推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題。本研究從節(jié)約水資源、保護(hù)環(huán)境的角度出發(fā)，提出了降低

3、聚合物驅(qū)采出水礦化度來達(dá)到配制聚合物用水水質(zhì)要求的構(gòu)想。為此從眾多成熟的脫鹽工藝中優(yōu)選出了適合聚合物驅(qū)采出水的電滲析方法，并在大慶油田采油二廠進(jìn)行了超濾-電滲析組合工藝回用聚合物驅(qū)采出水為配聚用水的試驗(yàn)研究，取得了重要的研究成果。
　　由于電滲析的進(jìn)水水質(zhì)要求較為嚴(yán)格，特別是油脂含量要小于1mg/L，所以美國(guó)KOCH公司生產(chǎn)的5-HFM-251-PVI單芯管式超濾膜被用來預(yù)處理聚合物驅(qū)采出水。試驗(yàn)結(jié)果表明：在操作壓力為0.3MPa

4、，膜面流速為3m·s-1，濃縮倍數(shù)為10情況下，超濾處于最佳通量狀態(tài)。在此操作條件下，超濾膜對(duì)聚合物驅(qū)采出水中各種污染物質(zhì)的有良好的去除效果，對(duì)懸浮物的去除率為85%～90%，對(duì)石油類的去除率為90%～98%，聚合物的去除率為90%～95%，COD的去除率為80%～85%，這樣對(duì)后續(xù)脫鹽工藝中電滲析的離子交換膜起到了很好的保護(hù)作用。通過對(duì)污染超濾膜和污染物質(zhì)的分析，得到超濾污染機(jī)理為聚合物在膜表面積累形成濃差極化和凝膠層，而原油和懸浮物

5、進(jìn)入膜孔造成了膜孔內(nèi)污染，采用濃度配比為1.0%LAS和0.5%NaOH混合藥劑對(duì)超濾膜系統(tǒng)進(jìn)行清洗，可以使之得到較好的恢復(fù)。
　　依據(jù)電滲析理論，自行設(shè)計(jì)制造了小型電滲析裝置，該裝置處理聚合物驅(qū)采出水的試驗(yàn)結(jié)果表明，處理后水質(zhì)可以達(dá)到油田配制聚合物用水的水質(zhì)要求。該裝置的最佳運(yùn)行參數(shù)為：工作電壓10V，濃、淡水流量均為150L/h，淡水控制電導(dǎo)率為950μs/cm。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小型電滲析裝置對(duì)聚合物驅(qū)采出水中各種礦化度成分的去除效

6、率不同，陰離子的去除率為90.6%，對(duì)陽離子的去除率為95.7%，而對(duì)整個(gè)礦化度的去除率達(dá)到91.9%，而且電滲析對(duì)不同離子去除的動(dòng)力學(xué)方程滿足指數(shù)關(guān)系：y=100e-kt，其中K值越大，電滲析對(duì)某種離子去除速度越快，即K值是衡量電滲析對(duì)某種離子去除效率的一種動(dòng)力學(xué)特征值。最后通過分析使用后的離子交換膜發(fā)現(xiàn)，垢和懸浮物為其主要污染物，只要用3%HCl溶液清洗，就可以完全恢復(fù)到初始脫鹽狀態(tài)，說明超濾對(duì)電滲析有很好的保護(hù)作用。
　　為

7、了說明超濾對(duì)聚合物驅(qū)采出水預(yù)處理的必要性，以及為了應(yīng)對(duì)在超濾失效的情況下，如何對(duì)原水污染離子交換膜的清洗與再生，研究了聚合物驅(qū)采出水中的原油、懸浮物和聚合物對(duì)離子交換膜污染機(jī)理及清洗方法。由離子交換膜污染實(shí)驗(yàn)可知，聚合物帶有負(fù)電荷，會(huì)在電場(chǎng)力作用下遷移，在膜表面聚集，特別是在陰膜表面形成一種附加的電場(chǎng)阻力，對(duì)離子通過膜有較大的影響；原油形成的乳化油珠在電場(chǎng)的作用下移向膜表面，并在膜表面濃集、聚并，形成油膜，堵塞離子通道；而固體懸浮物在水

8、中帶負(fù)電，在電場(chǎng)的作用下向陰膜遷移，吸附在膜表面，堵塞膜孔，從而對(duì)陰膜造成污染。根據(jù)膜污染機(jī)理研究了污染膜的清洗方法，被懸浮物污染膜較佳的清洗方法是鹽酸清洗法，被原油污染膜較佳的清洗方法是堿-表面活性劑清洗法，利用以上清洗方法對(duì)原水污染膜進(jìn)行化學(xué)清洗，脫鹽率雖然能夠大幅度提高，但與新膜相比，還不能達(dá)到同樣的脫鹽水平，而且頻繁的化學(xué)清洗還會(huì)對(duì)膜造成嚴(yán)重?fù)p害，所以只有對(duì)原水進(jìn)行嚴(yán)格地預(yù)處理，這樣才能保證電滲析良好的脫鹽性能。
　　電滲

9、析能有效地去除影響聚合物粘度的陽離子，特別是對(duì)二價(jià)陽離子的去除對(duì)提高聚合物驅(qū)采出水的配聚性能具有決定性的影響。超濾-電滲析所產(chǎn)低礦化度水的礦化度值雖然比清水高，但Ca2+、Mg2+離子的含量很低，所以配聚粘度性能和驅(qū)油效果均優(yōu)于清水，而且低礦化度水在滿足現(xiàn)場(chǎng)聚驅(qū)基本要求下，可以比清水節(jié)省30%的聚合物。
　　處理規(guī)模為300m3/d超濾-電滲析中試裝置可以作為一個(gè)工業(yè)化應(yīng)用單元，其短期內(nèi)的運(yùn)行效果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，反應(yīng)該設(shè)備可以工業(yè)

10、化應(yīng)用。由設(shè)備的投資、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)可知：整個(gè)制水成本為1.93元/m3淡水，低于現(xiàn)場(chǎng)購買清水的費(fèi)用3.50元/m3。
　　本文研究成果，將極大的豐富電滲析理論、膜污染原理及控制理論，為降低聚合物驅(qū)采出水的礦化度，為聚合物驅(qū)采出水配制聚合物回注原地層提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)保障。
　　95.7%，而對(duì)整個(gè)礦化度的去除率達(dá)到91.9%，而且電滲析對(duì)不同離子去除的動(dòng)力學(xué)方程滿足指數(shù)關(guān)系：y=100e-kt，其中K值越大，電

11、滲析對(duì)某種離子去除速度越快，即K值是衡量電滲析對(duì)某種離子去除效率的一種動(dòng)力學(xué)特征值。最后通過分析使用后的離子交換膜發(fā)現(xiàn)，垢和懸浮物為其主要污染物，只要用3%HCl溶液清洗，就可以完全恢復(fù)到初始脫鹽狀態(tài)，說明超濾對(duì)電滲析有很好的保護(hù)作用。
　　為了說明超濾對(duì)聚合物驅(qū)采出水預(yù)處理的必要性，以及為了應(yīng)對(duì)在超濾失效的情況下，如何對(duì)原水污染離子交換膜的清洗與再生，研究了聚合物驅(qū)采出水中的原油、懸浮物和聚合物對(duì)離子交換膜污染機(jī)理及清洗方法。由

12、離子交換膜污染實(shí)驗(yàn)可知，聚合物帶有負(fù)電荷，會(huì)在電場(chǎng)力作用下遷移，在膜表面聚集，特別是在陰膜表面形成一種附加的電場(chǎng)阻力，對(duì)離子通過膜有較大的影響；原油形成的乳化油珠在電場(chǎng)的作用下移向膜表面，并在膜表面濃集、聚并，形成油膜，堵塞離子通道；而固體懸浮物在水中帶負(fù)電，在電場(chǎng)的作用下向陰膜遷移，吸附在膜表面，堵塞膜孔，從而對(duì)陰膜造成污染。根據(jù)膜污染機(jī)理研究了污染膜的清洗方法，被懸浮物污染膜較佳的清洗方法是鹽酸清洗法，被原油污染膜較佳的清洗方法是堿

13、-表面活性劑清洗法，利用以上清洗方法對(duì)原水污染膜進(jìn)行化學(xué)清洗，脫鹽率雖然能夠大幅度提高，但與新膜相比，還不能達(dá)到同樣的脫鹽水平，而且頻繁的化學(xué)清洗還會(huì)對(duì)膜造成嚴(yán)重?fù)p害，所以只有對(duì)原水進(jìn)行嚴(yán)格地預(yù)處理，這樣才能保證電滲析良好的脫鹽性能。
　　電滲析能有效地去除影響聚合物粘度的陽離子，特別是對(duì)二價(jià)陽離子的去除對(duì)提高聚合物驅(qū)采出水的配聚性能具有決定性的影響。超濾-電滲析所產(chǎn)低礦化度水的礦化度值雖然比清水高，但Ca2+、Mg2+離子的含量

14、很低，所以配聚粘度性能和驅(qū)油效果均優(yōu)于清水，而且低礦化度水在滿足現(xiàn)場(chǎng)聚驅(qū)基本要求下，可以比清水節(jié)省30%的聚合物。
　　處理規(guī)模為300m3/d超濾-電滲析中試裝置可以作為一個(gè)工業(yè)化應(yīng)用單元，其短期內(nèi)的運(yùn)行效果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，反應(yīng)該設(shè)備可以工業(yè)化應(yīng)用。由設(shè)備的投資、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)可知：整個(gè)制水成本為1.93元/m3淡水，低于現(xiàn)場(chǎng)購買清水的費(fèi)用3.50元/m3。
　　本文研究成果，將極大的豐富電滲析理論、膜污染原理及