注入水處理工藝簡介

注入水處理工藝技術簡介王江濤2014年6月

內(nèi)容提要一、注入水處理的意義及注水水質(zhì)要求二、注入水處理工藝技術簡介三、注入水處理化學藥劑1、含油污水處理的意義我國大部分油田已進入石油開采的中后期，采出原油的含水率逐年增加，許多油田已達70%以上，油水分離后產(chǎn)生大量的油田污水。油田污水如果直接排放，會造成土壤、水源的污染，威脅人們的生命安全。因此必須對油田污水進行處理然后回注地層，這對于很多缺乏水資源的油田，又解決了注水水源問題。由于油田污水中含有油污、懸浮物、細菌、溶解性氣體、有害離子等都會造成地層堵塞，因此必須對采出水進行科學、合理的水質(zhì)分析，組建合理的處理工藝。一、注入水處理的意義及注水水質(zhì)要求2、注水水質(zhì)基本要求好的油田注入水水質(zhì)應滿足以下基本要求：①水質(zhì)穩(wěn)定，與油層水相混不產(chǎn)生沉淀；②水注入油層后不使粘土礦物產(chǎn)生水化膨脹或懸濁；③水中不得懸浮大量懸浮物，以防堵塞油層滲流端面及孔道；④對注水設施腐蝕性??；⑤當采用兩種水源進行混合注水時，應首先進行室內(nèi)實驗，證實兩種水的配伍性好，對油層無傷害才可以注入。

3、注水水質(zhì)控制指標（1）水質(zhì)控制主要指標根據(jù)SY/T5329-94碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標及分析方法，油田注水水質(zhì)控制的主要指標及含量要求見下表：（2）注水水質(zhì)輔助性指標輔助性指標包括：溶解氧、H2S、游離CO2、總鐵含量和pH值等指標。在主要控制指標達標后，若注水又較順利，可以不考慮輔助性指標，否則，需進一步檢測輔助性指標。當腐蝕率不達標時，應首先檢測溶解氧。中溶解氧濃度最好是小于0.05mg/L，不能過0.10mg/L。清水中的溶解氧要小于0.50mg/L。侵蝕性二氧化碳含量范圍為：－1.0mg/L～1.0mg/L。系統(tǒng)中硫化物增加是細菌作用的結(jié)果。油層采出水中濃度應小于2.0mg/L。水的PH值應控制在7±0.5為宜。水中含二價鐵時，由于鐵細菌作用可將二價鐵轉(zhuǎn)化為三價鐵而生成氫氧化鐵沉淀；當水中含有硫化物（S2-）時，可生成FeS，使水中懸浮物增加。內(nèi)容提要一、注入水處理的意義及注水水質(zhì)要求二、注入水處理工藝技術簡介三、注入水處理化學藥劑二、注入水處理工藝技術簡介根據(jù)油田水中含有的有害物質(zhì)以及注水水質(zhì)標準，油田水處理工藝主要包括除油（指產(chǎn)出水）、混凝、沉淀與上浮、過濾，以及化學處理工藝除氧、除鐵、阻垢、緩蝕、殺菌、破乳和粘土穩(wěn)定等。除油混凝沉降上浮精濾除氧除鐵阻垢緩蝕殺菌破乳粘土穩(wěn)定粗濾1、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裝置有立式（重力式）除油和立式斜板除油裝置，其中斜板（包括斜管）除油效率較高，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過進水管進入中心筒，經(jīng)配水管流入沉降區(qū)，通過沉降作用，原油上浮到集油槽，從出油管流出，水下沉經(jīng)過斜板組從出水管流出，從而達到油水分離的目的。

圖4.1立式斜板除油罐結(jié)構

2、混凝油田含油污水在經(jīng)自然除油后，污水中粒徑在10μm以上的分散油大部分去除。粒徑在10μm以下乳化油及小顆粒的懸浮物，通常不能通過重力自然沉降除去。此時必須經(jīng)過混凝處理，即通過添加混凝劑把細小的膠體微粒通過聚集作用形成可分離的大顆粒，再通過沉降與上浮去除?；炷质怯赡酆托跄齼刹糠纸M成的。能引起膠粒凝聚的過程稱為凝聚，能引起膠粒產(chǎn)生黏結(jié)架橋而發(fā)生絮凝作用的過程稱為絮凝。3、沉降與上浮沉淀與上浮是利用水中懸浮顆粒與水的密度差進行分離的基本方法。當懸浮物的密度大于水時，在重力作用下，懸浮物下沉形成沉淀物；當懸浮物密度小于水時，則上浮至水面形成浮渣（油）。通過收集沉淀物和浮渣可使水獲得凈化。沉淀一般分為自然沉降沉淀和混凝沉淀兩種。自然沉降沉淀是指原水中懸浮固體顆粒較大時，能依靠自身重力自然沉降的?；炷两凳侵附?jīng)過混凝處理后，使水中較小的懸浮顆粒凝聚形成絮凝狀沉淀物，再依靠其本身重力作用，由水中沉降分離出來。上浮就是設法讓懸浮物等雜質(zhì)的密度小于水，使其上浮至水面的處理工藝，又稱為氣浮法。當把氣體通入含油污水時，油粒等懸浮物就具有黏附到氣泡上以減小其界面能的趨勢。氣浮法常用的氣體有氮氣、天然氣和空氣。4、過濾過濾是讓含懸浮物的水流過具有一定孔隙率的過濾介質(zhì)，水中的懸浮物被截留在介質(zhì)表面或內(nèi)部而除去，是去除懸浮物最有效的方法。過濾用的設備稱為過濾器或過濾池，所用材料叫濾料，堆在一起的濾料層叫濾層或濾床。常用濾料主要有纖維球、改性纖維球、石英砂、核桃殼、無煙煤、磁鐵礦、錳鐵礦、陶粒和輕質(zhì)陶粒等。當濾層中截留的雜質(zhì)過多時，必須用清水反向沖洗濾料，將濾料孔隙中積存的雜質(zhì)沖洗掉，此過程稱為反沖洗。按所采用的過濾介質(zhì)，可將過濾分為以下四種：

微孔過濾：采用成形濾材，如濾布、濾片，用以去除粒徑細微的顆粒。深層過濾：采用顆粒狀濾料，如石英砂、核桃皮等。濾料顆粒之間存在孔隙，當水穿過一定深度的濾層時，水中的懸浮物等雜質(zhì)即被截留，即為深層過濾。膜過濾：采用特別的半透膜作過濾介質(zhì)，濾膜孔隙極小且具選擇性，可除去水中細菌、有機物和溶解性溶質(zhì)。過濾池按水流性質(zhì)分為壓力式和重力式兩種。油田水處理中使用最普遍的是壓力式過濾器。帶有濁度的原水經(jīng)過泵的升壓后通過濾層，因此進水和出水之間有壓差。圖2壓力式過濾罐構造圖

5、除氧氧是油田水中重要的腐蝕因素，特別是總礦化度大于5000mg/L且含有硫化氫氣體時，腐蝕速度更為驚人，即使水中有微量的溶解氧也會造成較重的腐蝕。因此，為減少溶解氧引起的腐蝕，注入水都要進行除氧處理。油田目前最常用的除氧方法主要是在水中投加化學藥劑（除氧劑）進行除氧的。油田水處理中常用的除氧劑有亞硫酸鈉、亞硫酸氫銨。6、除鐵由于巖石和礦物的溶解以及油氣生產(chǎn)系統(tǒng)的腐蝕等原因，地下水以及油田污水中都含有過量的鐵，主要成分是二價鐵。二價鐵極易被空氣中氧氣氧化，生成Fe(OH)3沉淀。因此一般注入水都要進行除鐵處理，除鐵方法有物理法和化學法。目前除鐵方法主要以化學除鐵法為主?；瘜W除鐵法是通過向水中投加適當?shù)难趸瘎┖蚿H值調(diào)整劑，使二價鐵轉(zhuǎn)化為三價鐵，形成Fe(OH)3沉淀而實現(xiàn)除鐵目的。常用的氧化劑有高錳酸鹽、雙氧水、次氯酸鈉等。pH值調(diào)整劑有石灰、燒堿等?；瘜W法除鐵用于油田污水的除鐵處理，通常與油田污水的混凝、過濾等處理綜合考慮，不設專門的除鐵裝置。

7、防垢注入水中垢的形成與成分比較復雜，結(jié)垢會造成油層傷害、阻流、垢蝕等問題出現(xiàn)，使生產(chǎn)受到嚴重影響，因此在注水開發(fā)中必須采取防垢措施。常見的水垢有碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶、鐵的化合物等。在油田注水系統(tǒng)中應用比較廣泛的防垢法為化學防垢法?；瘜W防垢法主要機理時通過阻垢劑，阻止成垢陰、陽離子的結(jié)合或防止結(jié)垢晶體體積的增大，從而防止或減輕結(jié)垢。8、緩蝕油田水中通常都含有溶解氧、H2S和CO2等腐蝕性氣體，它們對注水系統(tǒng)的設備、管網(wǎng)極易造成腐蝕。因此當腐蝕性物質(zhì)含量超標時，必須采取緩蝕措施。其主要方法是通過向水中投加緩蝕劑來防止或減緩注入水對金屬的腐蝕。

9、殺菌油田水中常見的有害細菌主要有硫酸鹽還原菌(SRB)、腐生菌(TGB)和鐵細菌(FB)。這些細菌都會對注水設備造成腐蝕，并且菌體與腐蝕產(chǎn)物會對地層造成堵塞。因此當這三種細菌含量超標時，必須進行殺菌處理。殺菌方法一般可分為化學法和物理法?；瘜W法是通過向注入水中添加適當?shù)幕瘜W藥劑（殺菌劑）來殺菌的。物理法主要是利用紫外線進行殺菌。油田水處理系統(tǒng)應用最為普遍的殺菌方法主要是化學法。

10、破乳在原油的開采過程中，原油和水經(jīng)受各種劇烈的機械剪切作用而形成乳狀液。乳狀液包括兩種類型，一種是水以極細的顆粒分散于油中，稱為“油包水”（W/O）型乳狀液。在一次采油階段前期，多為此類乳狀液。另一種是油以極細的顆粒分散于水中，稱為“水包油”（O/W）型乳狀液。到二次采油后期和三次采油階段，多為此類乳狀液。

乳狀液的存在增加了油水在孔隙介質(zhì)中的流動阻力，給水處理油水分離帶來困難，因此必須采取破乳處理。普遍采用的破乳方法是化學破乳法，即向水中添加破乳劑，通過降低油水界面膜的強度，來實現(xiàn)破乳的。11、粘土穩(wěn)定含有粘土礦物的儲層在遇到與地層不配伍的流體時，引起水敏，造成粘土膨脹、分散、運移，從而導致地層滲透率下降。因此對這類儲層，在注水開發(fā)時，應該用粘土穩(wěn)定劑加以控制。粘土穩(wěn)定劑是指能抑制粘土膨脹、分散、運移的化學藥劑。12、水處理工藝選擇不同的水源，處理工藝不同。因此針對特定的水源，應進行處理工藝研究，選擇合適的處理工藝。選擇處理工藝時，首先應確保處理結(jié)果符合注入標準，并且在滿足標準的前提下，應力求工藝簡單、成本低廉、管理方便、運行可靠。水處理工藝的選擇首先應對原水中各項指標進行分析，然后根據(jù)分析結(jié)果，有針對性地選擇各單項指標的處理工藝，進行分析評價。整套處理工藝選好后，然后再進行綜合分析評價，最終確定適合該水源的整套水處理工藝。

內(nèi)容提要一、注入水處理的意義及注水水質(zhì)要求二、注入水處理工藝技術簡介三、注入水處理化學藥劑三、注入水處理化學藥劑1、混凝劑混凝劑包括普通無機混凝劑、無機高分子混凝劑和有機高分子混凝劑。此外為提高混凝效果，有時需要加入一定量的助凝劑。（1）無機混凝劑普通無機混凝劑包括鋁鹽和鐵鹽兩大類。a、鋁鹽常用的鋁鹽類混凝劑有硫酸鋁和明礬。作用機理都是Al3+水解生成Al(OH)3膠，吸附水中的雜質(zhì)，達到混凝的目的。硫酸鋁使用方便，對處理后的水質(zhì)無不良影，但水溫較低時水解困難，形成的絮體比較松散效果不如鐵鹽。另外對pH值適應范圍較窄，一般在5.5～8.0之間。加入量一般為幾十到一百毫克每升。硫酸鋁明礬b、鐵鹽鐵鹽混凝劑主要有三氯化鐵水合物，極易溶于水，形成的礬花密度大，易沉降，處理低溫水的效果比鋁鹽好。三氯化鐵水解生成氫氧化鐵膠體，吸附水中的雜質(zhì)，從而達到混凝的目的。適用pH值范圍較廣，在5～11之間。但三氯化鐵水溶液腐蝕性很強，必須注意防腐。三氯化鐵（2）無機高分子混凝劑無機高分子混凝劑包括聚合鋁和聚合鐵兩大類。a、聚合鋁類常用的聚合鋁類有聚合硫酸鋁、聚合氯化鋁、聚合氯硫鋁和聚合硫硅鋁。其中聚合氯化鋁對高濁度、低濁度、高色度以及低溫水都有較好的混凝效果，它形成絮凝體快且顆粒大而重，易沉淀，投加量比硫酸鋁低，適用的pH值范圍較寬，在5～9之間。聚合氯化鋁聚合硫酸鋁b、聚合鐵聚合鐵主要是以硫酸亞鐵為原料，通過一系列的反應聚合而成的一種呈紅褐色的黏稠狀液體，也可進一步制成固體，故又稱聚合硫酸鐵。比無機鹽類混凝劑有較大的相對分子質(zhì)量，形成礬花的速度快、顆粒大且重，因此沉降快，使用方便，混凝效果比聚合鋁要好。其適用的pH值范圍較寬，一般在4～11之間，pH值在5～8范圍內(nèi)時，混凝效果更好。聚合硫酸鐵（3）有機混凝劑有機混凝劑主要是有機高分子混凝劑包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉等。聚丙烯酰胺用得最多，其產(chǎn)量約占高分子混凝劑生產(chǎn)總量的80％。

聚丙烯酰胺是一種水溶性線型高分子化合物，在水中對膠粒有較強的吸附作用，因此能很好地發(fā)揮吸附架橋的絮凝作用。通常認為，聚丙烯酰胺與鋁鹽或鐵鹽配合使用，混凝效果顯著。

聚丙烯酰胺聚丙烯酸鈉

（4）助凝劑助凝劑是加速混凝過程，加大絮凝顆粒的密度和質(zhì)量，使其更迅速沉淀。常用的助凝劑有兩大類：改善混凝條件和改善絮凝體結(jié)構的高分子助絮凝劑。a、改善混凝條件的助絮凝劑包括Ca(OH)2、Na2CO3等堿性物質(zhì)以及硫酸等，可以調(diào)節(jié)水的pH值。用Cl2、NaClO等氧化劑，可以除去有機物對混凝劑的干擾，并將Fe2+氧化成Fe3+（在用亞鐵鹽做混凝劑時更為重要），此外還有MgO等。b、改善絮凝體結(jié)構的高分子助絮凝劑這類助凝劑主要有聚丙烯酰胺、骨膠、活性硅酸及海藻酸鈉等。（5）混凝劑選擇、投加量和投加順序混凝劑的選擇主要取決于膠體和細微懸浮物的性質(zhì)、濃度。如水中污染物主要呈膠體狀態(tài)，則應先投加無機混凝劑；如絮體細小，還需要投加高分子混凝劑或配合使用活性硅酸等助凝劑。隨著水處理劑的不斷更新發(fā)展，現(xiàn)場多將無機混凝劑與高分子混凝劑并用，可明顯提高混凝效果，擴大應用范圍。混凝劑的投加量除與水中微粒種類、性質(zhì)濃度有關外，還與混凝劑品種、投加方式及介質(zhì)條件有關。對任何污水的混凝處理，都存在最佳混凝劑和最佳投藥量的問題，應通過實驗確定。當無機混凝劑與有機混凝劑并用時，一般先投加無機混凝劑，再投加有機混凝劑。但當處理的膠粒粒徑在50μm以上時，常先投加有機混凝劑吸附架橋，再投加無機混凝劑壓縮擴散層而使膠體脫穩(wěn)。為確定最佳的工藝條件，一般情況下，可以用燒杯攪拌法進行混凝的模擬試驗。試驗方法分單因素和多因素試驗，一般應在單因素試驗的基礎上采用正交設計等數(shù)理法進行多因素重復試驗。

2、殺菌劑（1）殺菌劑種類及殺菌機理殺菌劑按化學成分可分為無機殺菌劑和有機殺菌劑兩大類。屬無機殺菌劑的有氯、二氧化氯和次氯酸鈉等；屬有機殺菌劑的季銨鹽類、氯酚類、有機硫類和氯胺類等。無論是無機還是有機殺菌劑，其殺菌機理主要是通過阻礙菌體呼吸、抑制蛋白質(zhì)合成、破壞細胞壁以及阻礙核酸的合成來達到殺菌目的的。（2）殺菌劑的使用方法為了獲得更好的殺菌效果，應采用正確的使用方法進行操作。①對系統(tǒng)進行徹底的清洗。用清洗液對設備、管線及貯罐等進行清洗，使殺菌劑與細菌充分接觸，以保證殺菌效果。清洗后，進行系統(tǒng)消毒，即采用高濃度殺菌劑溶液，使其在系統(tǒng)中有充分的停留時間，以便把細菌殺死。②合理地選擇投加方法和投藥點?？梢圆捎眠B續(xù)投加或間歇沖擊式投加處理。在細菌含量不太高的情況下采用間歇沖擊式投加最為有效。③根據(jù)實驗室試驗結(jié)果，確定殺菌劑投加量，并通過以后的實踐不斷進行調(diào)整。

（3）殺菌劑選擇基本方法不同的水質(zhì)、不同的工藝運行條件及所含菌種、菌量的差異，對殺菌劑的要求也不盡相同。應在實驗室內(nèi)盡量模擬系統(tǒng)環(huán)境條件進行藥效和殺菌時間等試驗，篩選和評定殺菌劑。①所選擇的殺菌劑與系統(tǒng)中加入的其它化學劑如緩蝕劑、阻垢劑等有好的配伍性，不互相降低效果。殺菌劑與污水互溶，不產(chǎn)生渾濁或沉淀現(xiàn)象。②考慮細菌的抗藥性，至少選擇兩種殺菌劑，以便在細菌對一種殺菌劑產(chǎn)生抗藥性時，換用第二種殺菌劑。③選擇的殺菌劑應高效低毒，價格低廉，配制和使用方法簡便。3、除氧劑油田水處理中常用的除氧劑有亞硫酸鈉和亞硫酸氫銨。理論上7.9mg/L的亞硫酸鈉與1mg/L的氧起反應，實際上常用的比率是10：1，一般還需加催化劑。亞硫酸氫銨除氧過程與亞硫酸鈉相同，其優(yōu)點是不與空氣發(fā)生反應，在正常情況下不需要加催化劑。使用除氧劑前，應注意的如下問題：①亞硫酸鹽除氧劑具有強腐蝕性和毒性，除氧劑的儲運和投加過程必須采用相應的安全措施，采用防腐儲罐和耐腐蝕加藥泵。②亞硫酸鹽除氧劑增加了系統(tǒng)中的SO42-，使硫酸鹽結(jié)垢的趨勢增加，應采用或加強相應的防垢措施。③加藥前要進行配伍性實驗。投加時，應把除氧劑的加藥點同與其配伍性差的水處理劑的加藥點設置在不同位置，盡量提高除氧效果。4、防垢劑（1）油田常用的化學防垢劑無機磷酸鹽。主要有磷酸三鈉、焦磷酸四鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉。這類藥劑防CaCO3最有效，并且藥劑價格低，但易水解產(chǎn)生正磷酸，可與Ca2+反應生成不溶解的磷酸鈣。有機磷酸及其鹽類。主要有氨基三甲叉磷酸（ATMP）、乙二胺四甲叉磷酸（EDTMP）、羥基乙叉二磷酸鈉（HEDP）等。這類防垢劑不易水解，投加量低且有較好的防垢效果。聚合物。主要有聚丙烯酸鈉（PAA）、聚丙烯酸銨（PMA）、聚馬來酸酐（HPMA），其中HPMA防止CaSO4

及BaSO4垢很有效。復配型復合物。幾種作用不同單劑按一定比例混合在一起，多劑復配，相互配合，取長補短，充分發(fā)揮協(xié)同效應。

（2）防垢劑選擇由于結(jié)垢原因及垢的成分比較復雜，防垢劑的選擇要針對不同結(jié)垢成分，通過實驗研究，選擇合適的防垢劑。防垢劑的初步選擇要考慮以下因素：垢的化學組成：分析垢樣的主要成分，找出成垢的主要離子，有針對性進行試驗研究，優(yōu)選防垢劑。防垢劑與系統(tǒng)中的其它藥劑(如殺菌劑、緩蝕劑、除氧劑等)不能發(fā)生反應而抵消各自的效果。5、緩蝕劑（1）緩蝕劑分類油田水處理用緩蝕劑按成分可分為有機、無機兩大類。目前使用最普遍的是有機緩蝕劑，主要是由于有機緩蝕劑具有以下優(yōu)點：①緩蝕效果好，投加量低（一般在15mg/L左右），處理成本較低；②有一劑兩用或一劑多用的效果，例如防垢緩蝕劑咪唑琳類及季銨鹽類緩蝕劑又有殺菌效果；③同時又是表面活性劑，具有降低表面張力的作用，有利于注水。按緩蝕劑作用機理來劃分，可分為陽極型、陰極型和混合型三種類型。按緩蝕劑所形成的保護膜特征劃分，可分為氧化膜型、沉淀膜型和吸附膜型三種類型。（2）緩蝕劑選擇基本要求油田水處理系統(tǒng)用緩蝕劑要滿足以下要求：①緩蝕效果良好，投量少，處理成本較低；②與破乳劑配伍性好，不影響破乳除油；③在水中的溶解性和分散性好；④與殺菌劑、防垢劑等其它水處理劑互溶，彼此不產(chǎn)生沉淀，不產(chǎn)生降低效果和減少濾膜系數(shù)等不利影響。⑤對細菌有一定抑制作用，不加快細菌繁殖。6、破乳劑（1）油包水（W/O）型破乳劑

a．醇類聚醚破乳劑包括一元醇、二元醇、甘油、季戊四醇等。主要應用的有BP系列、SP169、PEG系列以及多元醇聚醚。b．多乙烯多胺嵌段聚醚破乳劑