超濾—電滲析組合降低聚合物驅(qū)采出水礦化度技術研究.pdf

1、聚合物驅(qū)油技術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。目前該技術已經(jīng)在大慶油田大規(guī)模工業(yè)化應用。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)實驗和礦場試驗結(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)油技術下一步推廣應用的關鍵問題。本研究從節(jié)約水資源、保護環(huán)境的角度出發(fā)，提出了降低

3、聚合物驅(qū)采出水礦化度來達到配制聚合物用水水質(zhì)要求的構想。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研究，取得了重要的研究成果。
　　由于電滲析的進水水質(zhì)要求較為嚴格，特別是油脂含量要小于1mg/L，所以美國KOCH公司生產(chǎn)的5-HFM-251-PVI單芯管式超濾膜被用來預處理聚合物驅(qū)采出水。試驗結(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，對懸浮物的去除率為85%～90%，對石油類的去除率為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作用。通過對污染超濾膜和污染物質(zhì)的分析，得到超濾污染機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混合藥劑對超濾膜系統(tǒng)進行清洗，可以使之得到較好的恢復。
　　依據(jù)電滲析理論，自行設計制造了小型電滲析裝置，該裝置處理聚合物驅(qū)采出水的試驗結(jié)果表明，處理后水質(zhì)可以達到油田配制聚合物用水的水質(zhì)要求。該裝置的最佳運行參數(shù)為：工作電壓10V，濃、淡水流量均為150L/h，淡水控制電導率為950μs/cm。試驗發(fā)現(xiàn)，小型電滲析裝置對聚合物驅(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%，對陽離子的去除率為95.7%，而對整個礦化度的去除率達到91.9%，而且電滲析對不同離子去除的動力學方程滿足指數(shù)關系：y=100e-kt，其中K值越大，電滲析對某種離子去除速度越快，即K值是衡量電滲析對某種離子去除效率的一種動力學特征值。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，就可以完全恢復到初始脫鹽狀態(tài)，說明超濾對電滲析有很好的保護作用。
　　為

7、了說明超濾對聚合物驅(qū)采出水預處理的必要性，以及為了應對在超濾失效的情況下，如何對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、懸浮物和聚合物對離子交換膜污染機理及清洗方法。由離子交換膜污染實驗可知，聚合物帶有負電荷，會在電場力作用下遷移，在膜表面聚集，特別是在陰膜表面形成一種附加的電場阻力，對離子通過膜有較大的影響；原油形成的乳化油珠在電場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、中帶負電，在電場的作用下向陰膜遷移，吸附在膜表面，堵塞膜孔，從而對陰膜造成污染。根據(jù)膜污染機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原水污染膜進行化學清洗，脫鹽率雖然能夠大幅度提高，但與新膜相比，還不能達到同樣的脫鹽水平，而且頻繁的化學清洗還會對膜造成嚴重損害，所以只有對原水進行嚴格地預處理，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，特別是對二價陽離子的去除對提高聚合物驅(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工業(yè)化應用單元，其短期內(nèi)的運行效果達到了設計要求，反應該設備可以工業(yè)

10、化應用。由設備的投資、運行和維護費用的經(jīng)濟評價可知：整個制水成本為1.93元/m3淡水，低于現(xiàn)場購買清水的費用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依據(jù)和技術保障。
　　95.7%，而對整個礦化度的去除率達到91.9%，而且電滲析對不同離子去除的動力學方程滿足指數(shù)關系：y=100e-kt，其中K值越大，電

11、滲析對某種離子去除速度越快，即K值是衡量電滲析對某種離子去除效率的一種動力學特征值。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，就可以完全恢復到初始脫鹽狀態(tài)，說明超濾對電滲析有很好的保護作用。
　　為了說明超濾對聚合物驅(qū)采出水預處理的必要性，以及為了應對在超濾失效的情況下，如何對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、懸浮物和聚合物對離子交換膜污染機理及清洗方法。由

12、離子交換膜污染實驗可知，聚合物帶有負電荷，會在電場力作用下遷移，在膜表面聚集，特別是在陰膜表面形成一種附加的電場阻力，對離子通過膜有較大的影響；原油形成的乳化油珠在電場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電，在電場的作用下向陰膜遷移，吸附在膜表面，堵塞膜孔，從而對陰膜造成污染。根據(jù)膜污染機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原水污染膜進行化學清洗，脫鹽率雖然能夠大幅度提高，但與新膜相比，還不能達到同樣的脫鹽水平，而且頻繁的化學清洗還會對膜造成嚴重損害，所以只有對原水進行嚴格地預處理，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，特別是對二價陽離子的去除對提高聚合物驅(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工業(yè)化應用單元，其短期內(nèi)的運行效果達到了設計要求，反應該設備可以工業(yè)化應用。由設備的投資、運行和維護費用的經(jīng)濟評價可知：整個制水成本為1.93元/m3淡水，低于現(xiàn)場購買清水的費用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