注入水处理工艺简介

1、注入水处理工艺技术简介注入水处理工艺技术简介王江涛王江涛20142014年年6 6月月 内容提要内容提要v一、注入水处理的意义及注水水质要求一、注入水处理的意义及注水水质要求v二、注入水处理工艺技术简介二、注入水处理工艺技术简介v三、注入水处理化学药剂三、注入水处理化学药剂v1、含油污水处理的意义、含油污水处理的意义v我国大部分油田已进入石油开采的中后期，采出原油的含水率逐年增加，许多油田已达70%以上，油水分离后产生大量的油田污水。油田污水如果直接排放，会造成土壤、水源的污染，威胁人们的生命安全。因此必须对油田污水进行处理然后回注地层，这对于很多缺乏水资源的油田，又解决了注水水源问题。由于油

2、田污水中含有油污、悬浮物、细菌、溶解性气体、有害离子等都会造成地层堵塞，因此必须对采出水进行科学、合理的水质分析，组建合理的处理工艺。一、注入水处理的意义及注水水质要求一、注入水处理的意义及注水水质要求v2、注水水质基本要求、注水水质基本要求v好的油田注入水水质应满足以下基本要求：v 水质稳定，与油层水相混不产生沉淀；v 水注入油层后不使粘土矿物产生水化膨胀或悬浊；v 水中不得悬浮大量悬浮物，以防堵塞油层渗流端面及孔道；v 对注水设施腐蚀性小；v 当采用两种水源进行混合注水时，应首先进行室内实验，证实两种水的配伍性好，对油层无伤害才可以注入。 v3、注水水质控制指标、注水水质控制指标v（1）水

3、质控制主要指标v根据SY/T5329-94碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法，油田注水水质控制的主要指标及含量要求见下表：v（2）注水水质辅助性指标v辅助性指标包括：溶解氧、H2S、游离CO2、总铁含量和pH值等指标。在主要控制指标达标后，若注水又较顺利，可以不考虑辅助性指标，否则，需进一步检测辅助性指标。 v当腐蚀率不达标时，应首先检测溶解氧。中溶解氧浓度最好是小于0.05 mg/L，不能过0.10 mg/L。清水中的溶解氧要小于0.50 mg/L。v侵蚀性二氧化碳含量范围为：1.0mg/L1.0mg/L。v系统中硫化物增加是细菌作用的结果。油层采出水中浓度应小于2.0mg/L。v水的PH

4、值应控制在70.5为宜。v水中含二价铁时，由于铁细菌作用可将二价铁转化为三价铁而生成氢氧化铁沉淀；当水中含有硫化物（S2-）时，可生成FeS，使水中悬浮物增加。 内容提要内容提要v一、注入水处理的意义及注水水质要求一、注入水处理的意义及注水水质要求v二、注入水处理工艺技术简介二、注入水处理工艺技术简介v三、注入水处理化学药剂三、注入水处理化学药剂二、注入水处理工艺技术简介二、注入水处理工艺技术简介v根据油田水中含有的有害物质以及注水水质标准，油田水处理工艺主要包括除油（指产出水）、混凝、沉淀与上浮、过滤，以及化学处理工艺除氧、除铁、阻垢、缓蚀、杀菌、破乳和粘土稳定等。除油除油混凝混凝沉降上浮沉

5、降上浮精滤精滤除氧除氧除铁除铁阻垢阻垢缓蚀缓蚀杀菌杀菌破乳破乳粘土稳定粘土稳定粗滤粗滤1、除油、除油油田水中的大部分油分是依靠物理法去除的。目前油田常用的物理除油装置有立式（重力式）除油和立式斜板除油装置，其中斜板（包括斜管）除油效率较高，是目前常用的高效除油方法之一。斜板除油器的原理是原水通过进水管进入中心筒，经配水管流入沉降区，通过沉降作用，原油上浮到集油槽，从出油管流出，水下沉经过斜板组从出水管流出，从而达到油水分离的目的。 图4.1立式斜板除油罐结构 v2 2、混凝、混凝v油田含油污水在经自然除油后，污水中粒径在10m以上的分散油大部分去除。粒径在10m以下乳化油及小颗粒的悬浮物，通常

6、不能通过重力自然沉降除去。此时必须经过混凝处理，即通过添加混凝剂把细小的胶体微粒通过聚集作用形成可分离的大颗粒，再通过沉降与上浮去除。v混凝又是由凝聚和絮凝两部分组成的。能引起胶粒凝聚的过程称为凝聚，能引起胶粒产生黏结架桥而发生絮凝作用的过程称为絮凝。v3、沉降与上浮、沉降与上浮v沉淀与上浮是利用水中悬浮颗粒与水的密度差进行分离的基本方法。当悬浮物的密度大于水时，在重力作用下，悬浮物下沉形成沉淀物；当悬浮物密度小于水时，则上浮至水面形成浮渣（油）。通过收集沉淀物和浮渣可使水获得净化。v沉淀一般分为自然沉降沉淀和混凝沉淀两种。自然沉降沉淀是指原水中悬浮固体颗粒较大时，能依靠自身重力自然沉降的。v

7、混凝沉降是指经过混凝处理后，使水中较小的悬浮颗粒凝聚形成絮凝状沉淀物，再依靠其本身重力作用，由水中沉降分离出来。v上浮就是设法让悬浮物等杂质的密度小于水，使其上浮至水面的处理工艺，又称为气浮法。当把气体通入含油污水时，油粒等悬浮物就具有黏附到气泡上以减小其界面能的趋势。气浮法常用的气体有氮气、天然气和空气。v4、过滤、过滤v过滤是让含悬浮物的水流过具有一定孔隙率的过滤介质，水中的悬浮物被截留在介质表面或内部而除去，是去除悬浮物最有效的方法。v过滤用的设备称为过滤器或过滤池，所用材料叫滤料，堆在一起的滤料层叫滤层或滤床。常用滤料主要有纤维球、改性纤维球、石英砂、核桃壳、 无烟煤、磁铁矿、锰铁矿、

8、陶粒和轻质陶粒等。当滤层中截留的杂质过多时，必须用清水反向冲洗滤料，将滤料孔隙中积存的杂质冲洗掉，此过程称为反冲洗。v按所采用的过滤介质，可将过滤分为以下四种： v微孔过滤：采用成形滤材，如滤布、滤片，用以去除粒径细微的颗粒。v深层过滤：采用颗粒状滤料，如石英砂、核桃皮等。滤料颗粒之间存在孔隙，当水穿过一定深度的滤层时，水中的悬浮物等杂质即被截留，即为深层过滤。v膜过滤：采用特别的半透膜作过滤介v质，滤膜孔隙极小且具选择性，可除v去水中细菌、有机物和溶解性溶质。过滤池按水流性质分为压力式和重力式两种。油田水处理中使用最普遍的是压力式过滤器。带有浊度的原水经过泵的升压后通过滤层，因此进水和出水之

9、间有压差。图2 压力式过滤罐构造图 v5、除氧、除氧v氧是油田水中重要的腐蚀因素，特别是总矿化度大于 5000mg/L且含有硫化氢气体时，腐蚀速度更为惊人，即使水中有微量的溶解氧也会造成较重的腐蚀。因此，为减少溶解氧引起的腐蚀，注入水都要进行除氧处理。v油田目前最常用的除氧方法主要是在水中投加化学药剂（除氧剂）进行除氧的。油田水处理中常用的除氧剂有亚硫酸钠、亚硫酸氢铵。v6、除铁、除铁v由于岩石和矿物的溶解以及油气生产系统的腐蚀等原因，地下水以及油田污水中都含有过量的铁，主要成分是二价铁。二价铁极易被空气中氧气氧化，生成Fe(OH)3沉淀。因此一般注入水都要进行除铁处理，除铁方法有物理法和化学

10、法。目前除铁方法主要以化学除铁法为主。v化学除铁法是通过向水中投加适当的氧化剂和pH值调整剂，使二价铁转化为三价铁，形成Fe(OH)3沉淀而实现除铁目的。常用的氧化剂有高锰酸盐、双氧水、次氯酸钠等。pH值调整剂有石灰、烧碱等。v化学法除铁用于油田污水的除铁处理，通常与油田污水的混凝、过滤等处理综合考虑，不设专门的除铁装置。 v7、防垢、防垢v注入水中垢的形成与成分比较复杂，结垢会造成油层伤害、阻流、垢蚀等问题出现，使生产受到严重影响，因此在注水开发中必须采取防垢措施。常见的水垢有碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶、铁的化合物等。v在油田注水系统中应用比较广泛的防垢法为化学防垢法。化学防垢法主要机理

11、时通过阻垢剂，阻止成垢阴、阳离子的结合或防止结垢晶体体积的增大，从而防止或减轻结垢。v8、缓蚀、缓蚀v油田水中通常都含有溶解氧、H2S和CO2等腐蚀性气体，它们对注水系统的设备、管网极易造成腐蚀。因此当腐蚀性物质含量超标时，必须采取缓蚀措施。其主要方法是通过向水中投加缓蚀剂来防止或减缓注入水对金属的腐蚀。 9、杀菌杀菌v油田水中常见的有害细菌主要有硫酸盐还原菌(SRB)、腐生菌(TGB)和铁细菌(FB)。这些细菌都会对注水设备造成腐蚀，并且菌体与腐蚀产物会对地层造成堵塞。因此当这三种细菌含量超标时，必须进行杀菌处理。v杀菌方法一般可分为化学法和物理法。化学法是通过向注入水中添加适当的化学药剂（

12、杀菌剂）来杀菌的。物理法主要是利用紫外线进行杀菌。油田水处理系统应用最为普遍的杀菌方法主要是化学法。 10、破乳、破乳v在原油的开采过程中，原油和水经受各种剧烈的机械剪切作用而形成乳状液。乳状液包括两种类型，一种是水以极细的颗粒分散于油中，称为“油包水”（W/O）型乳状液。在一次采油阶段前期，多为此类乳状液。另一种是油以极细的颗粒分散于水中，称为“水包油”（O/W）型乳状液。到二次采油后期和三次采油阶段，多为此类乳状液。 乳状液的存在增加了油水在孔隙介质中的流动阻力，给水处理油水分离带来困难，因此必须采取破乳处理。普遍采用的破乳方法是化学破乳法，即向水中添加破乳剂，通过降低油水界面膜的强度，来

13、实现破乳的。v11、粘土稳定、粘土稳定v含有粘土矿物的储层在遇到与地层不配伍的流体时，引起水敏，造成粘土膨胀、分散、运移，从而导致地层渗透率下降。因此对这类储层，在注水开发时，应该用粘土稳定剂加以控制。粘土稳定剂是指能抑制粘土膨胀、分散、运移的化学药剂。v12、水处理工艺选择、水处理工艺选择v不同的水源，处理工艺不同。因此针对特定的水源，应进行处理工艺研究，选择合适的处理工艺。选择处理工艺时，首先应确保处理结果符合注入标准，并且在满足标准的前提下，应力求工艺简单、成本低廉、管理方便、运行可靠。v水处理工艺的选择首先应对原水中各项指标进行分析，然后根据分析结果，有针对性地选择各单项指标的处理工艺

14、，进行分析评价。整套处理工艺选好后，然后再进行综合分析评价，最终确定适合该水源的整套水处理工艺。 内容提要内容提要v一、注入水处理的意义及注水水质要求一、注入水处理的意义及注水水质要求v二、注入水处理工艺技术简介二、注入水处理工艺技术简介v三、注入水处理化学药剂三、注入水处理化学药剂三、注入水处理化学药剂三、注入水处理化学药剂v1、混凝剂、混凝剂v混凝剂包括普通无机混凝剂、无机高分子混凝剂和有机高分子混凝剂。此外为提高混凝效果，有时需要加入一定量的助凝剂。v（1） 无机混凝剂无机混凝剂v普通无机混凝剂包括铝盐和铁盐两大类。va、铝盐v常用的铝盐类混凝剂有硫酸铝和明矾。作用机理都是Al3+水解生

15、成Al(OH)3胶，吸附水中的杂质，达到混凝的目的。硫酸铝使用方便，对处理后的水质无不良影，但水温较低时水解困难，形成的絮体比较松散效果不如铁盐。另外对pH值适应范围较窄，一般在5.58.0之间。加入量一般为几十到一百毫克每升。硫酸铝硫酸铝明矾明矾vb、铁盐v铁盐混凝剂主要有三氯化铁水合物，极易溶于水，形成的矾花密度大，易沉降，处理低温水的效果比铝盐好。三氯化铁水解生成氢氧化铁胶体，吸附水中的杂质，从而达到混凝的目的。适用pH值范围较广，在511之间。但三氯化铁水溶液腐蚀性很强，必须注意防腐。三氯化铁三氯化铁v（2）无机高分子混凝剂）无机高分子混凝剂v无机高分子混凝剂包括聚合铝和聚合铁两大类。

16、va、聚合铝类v常用的聚合铝类有聚合硫酸铝、聚合氯化铝、聚合氯硫铝和聚合硫硅铝。其中聚合氯化铝对高浊度、低浊度、高色度以及低温水都有较好的混凝效果，它形成絮凝体快且颗粒大而重，易沉淀，投加量比硫酸铝低，适用的pH值范围较宽，在59之间。聚合氯化铝聚合氯化铝聚合硫酸铝聚合硫酸铝vb、聚合铁v聚合铁主要是以硫酸亚铁为原料，通过一系列的反应聚合而成的一种呈红褐色的黏稠状液体，也可进一步制成固体，故又称聚合硫酸铁。比无机盐类混凝剂有较大的相对分子质量，形成矾花的速度快、颗粒大且重，因此沉降快，使用方便，混凝效果比聚合铝要好。其适用的 pH值范围较宽，一般在 411之间，pH值在 58范围内时，混凝效果

17、更好。聚合硫酸铁聚合硫酸铁v（3）有机混凝剂）有机混凝剂有机混凝剂主要是有机高分子混凝剂包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠等。聚丙烯酰胺用得最多，其产量约占高分子混凝剂生产总量的80。 聚丙烯酰胺是一种水溶性线型高分子化合物，在水中对胶粒有较强的吸附作用，因此能很好地发挥吸附架桥的絮凝作用。通常认为，聚丙烯酰胺与铝盐或铁盐配合使用，混凝效果显著。 聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺聚丙烯酸钠聚丙烯酸钠v （4）助凝剂）助凝剂v助凝剂是加速混凝过程，加大絮凝颗粒的密度和质量，使其更迅速沉淀。常用的助凝剂有两大类：改善混凝条件和改善絮凝体结构的高分子助絮凝剂。 va、改善混凝条件的助絮凝剂v包括Ca(OH)2、Na2C

18、O3等碱性物质以及硫酸等，可以调节水的pH值。用Cl2、NaClO等氧化剂，可以除去有机物对混凝剂的干扰，并将Fe2+氧化成Fe3+（在用亚铁盐做混凝剂时更为重要），此外还有MgO等。vb、改善絮凝体结构的高分子助絮凝剂v这类助凝剂主要有聚丙烯酰胺、骨胶、活性硅酸及海藻酸钠等。 v（5）混凝剂选择、投加量和投加顺序）混凝剂选择、投加量和投加顺序v混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、浓度。如水中污染物主要呈胶体状态，则应先投加无机混凝剂；如絮体细小，还需要投加高分子混凝剂或配合使用活性硅酸等助凝剂。v随着水处理剂的不断更新发展，现场多将无机混凝剂与高分子混凝剂并用，可明显提高混凝效果，

19、扩大应用范围。v混凝剂的投加量除与水中微粒种类、性质浓度有关外，还与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。对任何污水的混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳投药量的问题，应通过实验确定。v当无机混凝剂与有机混凝剂并用时，一般先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。但当处理的胶粒粒径在50 m以上时，常先投加有机混凝剂吸附架桥，再投加无机混凝剂压缩扩散层而使胶体脱稳。v为确定最佳的工艺条件，一般情况下，可以用烧杯搅拌法进行混凝的模拟试验。试验方法分单因素和多因素试验，一般应在单因素试验的基础上采用正交设计等数理法进行多因素重复试验。 v2、杀菌剂、杀菌剂v（1）杀菌剂种类及杀菌机理v杀菌剂按化学成分可分为无

20、机杀菌剂和有机杀菌剂两大类。属无机杀菌剂的有氯、二氧化氯和次氯酸钠等；属有机杀菌剂的季铵盐类、氯酚类、有机硫类和氯胺类等。无论是无机还是有机杀菌剂，其杀菌机理主要是通过阻碍菌体呼吸、抑制蛋白质合成、破坏细胞壁以及阻碍核酸的合成来达到杀菌目的的。v（2）杀菌剂的使用方法v为了获得更好的杀菌效果，应采用正确的使用方法进行操作。v 对系统进行彻底的清洗。用清洗液对设备、管线及贮罐等进行清洗，使杀菌剂与细菌充分接触，以保证杀菌效果。清洗后，进行系统消毒，即采用高浓度杀菌剂溶液，使其在系统中有充分的停留时间，以便把细菌杀死。v 合理地选择投加方法和投药点。可以采用连续投加或间歇冲击式投加处理。在细菌含量

21、不太高的情况下采用间歇冲击式投加最为有效。v 根据实验室试验结果，确定杀菌剂投加量，并通过以后的实践不断进行调整。 v（3）杀菌剂选择基本方法v不同的水质、不同的工艺运行条件及所含菌种、菌量的差异，对杀菌剂的要求也不尽相同。应在实验室内尽量模拟系统环境条件进行药效和杀菌时间等试验，筛选和评定杀菌剂。v 所选择的杀菌剂与系统中加入的其它化学剂如缓蚀剂、阻垢剂等有好的配伍性，不互相降低效果。杀菌剂与污水互溶，不产生浑浊或沉淀现象。v 考虑细菌的抗药性，至少选择两种杀菌剂，以便在细菌对一种杀菌剂产生抗药性时，换用第二种杀菌剂。v 选择的杀菌剂应高效低毒，价格低廉，配制和使用方法简便。v3、除氧剂、除

22、氧剂v油田水处理中常用的除氧剂有亚硫酸钠和亚硫酸氢铵。v理论上7.9mg/L的亚硫酸钠与1mg/L的氧起反应，实际上常用的比率是10：1，一般还需加催化剂。亚硫酸氢铵除氧过程与亚硫酸钠相同，其优点是不与空气发生反应，在正常情况下不需要加催化剂。v使用除氧剂前，应注意的如下问题：v 亚硫酸盐除氧剂具有强腐蚀性和毒性，除氧剂的储运和投加过程必须采用相应的安全措施，采用防腐储罐和耐腐蚀加药泵。v 亚硫酸盐除氧剂增加了系统中的SO42-，使硫酸盐结垢的趋势增加，应采用或加强相应的防垢措施。v 加药前要进行配伍性实验。投加时，应把除氧剂的加药点同与其配伍性差的水处理剂的加药点设置在不同位置，尽量提高除氧

23、效果。v4、防垢剂、防垢剂v（1）油田常用的化学防垢剂v无机磷酸盐。主要有磷酸三钠、焦磷酸四钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠。这类药剂防CaCO3最有效，并且药剂价格低，但易水解产生正磷酸，可与Ca2+反应生成不溶解的磷酸钙。v有机磷酸及其盐类。主要有氨基三甲叉磷酸（ATMP）、乙二胺四甲叉磷酸（EDTMP）、羟基乙叉二磷酸钠（HEDP）等。这类防垢剂不易水解，投加量低且有较好的防垢效果。v聚合物。主要有聚丙烯酸钠（PAA）、聚丙烯酸铵（PMA）、聚马来酸酐（HPMA），其中HPMA防止CaSO4 及BaSO4垢很有效。v复配型复合物。几种作用不同单剂按一定比例混合在一起，多剂复配，相互配合，取长补

24、短，充分发挥协同效应。 v（2）防垢剂选择v由于结垢原因及垢的成分比较复杂，防垢剂的选择要针对不同结垢成分，通过实验研究，选择合适的防垢剂。防垢剂的初步选择要考虑以下因素：v垢的化学组成：分析垢样的主要成分，找出成垢的主要离子，有针对性进行试验研究，优选防垢剂。v防垢剂与系统中的其它药剂(如杀菌剂、缓蚀剂、除氧剂等)不能发生反应而抵消各自的效果。v5、缓蚀剂、缓蚀剂v（1） 缓蚀剂分类v油田水处理用缓蚀剂按成分可分为有机、无机两大类。目前使用最普遍的是有机缓蚀剂，主要是由于有机缓蚀剂具有以下优点：v 缓蚀效果好，投加量低（一般在15 mg/L左右），处理成本较低；v 有一剂两用或一剂多用的效果

25、，例如防垢缓蚀剂咪唑琳类及季铵盐类缓蚀剂又有杀菌效果；v 同时又是表面活性剂，具有降低表面张力的作用，有利于注水。v按缓蚀剂作用机理来划分，可分为阳极型、阴极型和混合型三种类型。按缓蚀剂所形成的保护膜特征划分，可分为氧化膜型、沉淀膜型和吸附膜型三种类型。v（2）缓蚀剂选择基本要求v油田水处理系统用缓蚀剂要满足以下要求：v 缓蚀效果良好，投量少，处理成本较低；v 与破乳剂配伍性好，不影响破乳除油；v 在水中的溶解性和分散性好；v 与杀菌剂、防垢剂等其它水处理剂互溶，彼此不产生沉淀，不产生降低效果和减少滤膜系数等不利影响。v 对细菌有一定抑制作用，不加快细菌繁殖。v6、破乳剂、破乳剂v（1）油包水（W/O）型破乳剂v a醇类聚醚破乳剂v包括一元醇、二元醇、甘油、季戊四醇等。主要应用的有BP系列、SP169、