利用曝氧工藝提高污水配注聚合物黏度

大慶油田勘探開發研究院

利用曝氧工藝提高污水配注聚合物黏度

魏長清大慶油田勘探開發研究院

隨著二類油層聚驅開發面積不斷擴大，大量清水取代含油污水配注聚合物，清水回注量逐年增多，采注水量不平衡，含油污水剩余的矛盾日益突出，嚴重制約了油田的進一步發展，利用含油污水配注聚合物勢在必行。針對油田污水配注聚合物黏度低的問題，利用曝氧工藝來提高污水配注聚合物的黏度。污水在配注前曝氧，污水中還原性介質Fe2+、S2-提前與氧反應產生自由基O·，且生成的自由基由于壽命很短，來不及與聚合物反應便已經銷毀，因此不會導致聚合物降解，從而提高聚合物配注黏度。現場應用結果表明，實施曝氧工藝后，曝氧站的含氧量顯著增加，由未曝氧前的0.02 mg/L增加到0.9～1.0 mg/L，水中還原性介質Fe2+、S2-含量降低20%左右，說明曝氧工藝起到了隔氧、消耗還原性介質的效果。

曝氧工藝；含氧量；井口黏度；污水配注

引言

大慶油田已開發出可用含油污水稀釋的超高相對分子質量聚合物，并已在一類聚驅油層區塊推廣應用，緩解了含油污水回注的矛盾。但由于超高分聚合物相對分子質量大、黏度高，只適應于高滲透油層，無法應用于二、三類油層。隨著二類油層聚驅開發面積不斷擴大，大量清水取代含油污水配注聚合物，清水回注量逐年增多，采注水量不平衡，含油污水剩余的矛盾日益突出，嚴重制約了油田的進一步發展[1]，利用含油污水配注中相對分子質量聚合物勢在必行。但由于含油污水成分復雜，使配注混合后的中相對分子質量聚合物溶液的井口黏度很難達到開發指標要求，從而影響開發效果。針對含油污水配注中相對分子質量聚合物溶液不達標的問題，主要有兩個解決途徑[2]：①研發抗鹽型中相對分子質量聚合物；②新建污水處理工藝，使含油污水能夠滿足配注中相對分子質量聚合物的要求。由于前者研發周期較長，因此尋找一種簡單實用的處理工藝迫在眉睫。

1曝氧工藝原理及流程

1.1 基本原理

含油污水中含有大量的物質，如原油、懸浮物、菌類、Fe2+、S2-等，這些物質將影響聚合物配注黏度，其中影響最大的是Fe2+、S2-等還原性物質[3-4]，因為這些物質一旦接觸到氧氣或氧化劑，會迅速與還原性介質發生氧化反應產生自由基O·，破壞聚合物分子鏈，從而導致聚合物降解，使聚合物黏度降低。

深度污水曝氧工藝提高配注聚合物黏度的原理是：污水在配注前曝氧，污水中還原性介質Fe2+、S2-提前與氧反應產生自由基O·，且生成的自由基由于壽命很短，來不及與聚合物反應便已經銷毀，因此不會導致聚合物降解，從而可提高聚合物配注黏度。

1.2 工藝流程

深度污水曝氧工藝是將來水經過加壓泵加壓，高壓噴出的水通過射流器噴嘴產生射流，經過擴散管進口處的喉管時在氣水混合室內產生負壓，將空氣由通向大氣的導管吸入，經與水充分混合后，空氣與水的混合液從射流器噴出，形成射流和混合攪拌區，對水體充氧曝氣，提高水中含氧量，進而提高配注聚合物溶液黏度，其工藝流程見圖1。

圖1 深度污水曝氧工藝流程

目前已在北十六、北十七注水站安裝了深度污水曝氧工藝。北十六注水站設計能力1.32×104m3/d，實際供水量0.9×104m3/d；北十七注水站設計能力1.68×104m3/d，實際供水量0.68×104m3/d。

2現場實施效果

2.1 含氧量增加

曝氧工藝實施后最直接的效果就是曝氧前、后污水中含氧量發生了變化。跟蹤了北十六、北十七曝氧站的曝氧效果，對兩個站進行了含氧量的現場監測，包括曝氧前、曝氧后、注水泵進口3個取樣點。北十六、北十七曝氧站污水含氧量分別見表1、表2。

表1 北十六曝氧站污水含氧量

表2 北十七曝氧站污水含氧量

從表1、表2可以看出：曝氧站來水含氧量為0.02 mg/L左右，曝氧后含氧量為0.9～1.0 mg/L，注水泵進口含氧量比較穩定，為0.8～0.9 mg/L，說明曝氧工藝的曝氧效果比較理想，能夠滿足曝氧站設計參數要求。

2.2 水中還原性物質含量降低

曝氧前、后的污水水質也發生了變化，對曝氧站的水質進行了取樣化驗，包括含油量、懸浮物含量、Fe2+、S2-、菌類以及礦化度等。由曝氧前、后水質取樣分析可以看出：曝氧站曝氧前后水中含油量及懸浮物含量變化不大，并且含油及懸浮物在注水泵進口有所下降。分析原因認為，應當是污水在儲罐內進行了短時間的沉降，使含油量及懸浮物含量有所下降；礦化度、菌類在3個取樣點均沒有明顯變化；水中Fe2+含量在曝氧后、注水泵進口有很大程度的降低，在曝氧后降低約21%，在注水泵進口降低約47%；水中S2-含量在曝氧后、注水泵進口有很大程度的降低，在曝氧后降低約23%，在注水泵進口降低約91%。這說明還原性介質Fe2+、S2-與氧反應后被大量消耗掉。

2.3 井口黏度提高

由于采用了曝氧工藝，污水在配注前充分與氧氣接觸，污水中的還原性介質Fe2+、S2-與氧反應被大量消耗掉，降低了污水中雜質對聚合物的降解作用，從而大大提高了污水配注聚合物溶液的井口黏度。表3為北十七注水站注入井口黏度對比。

從表3可以看出：使用未曝氧污水進行配注時，井口黏度基本在15 mPa·s以下；污水進行曝氧后單井井口黏度有一定的提高，平均黏度達到30 mPa·s左右；使用清水配注聚合物時，井口黏度平均值能夠達到46 mPa·s以上。與清水配注聚合物相比，曝氧污水配注聚合物井口黏度還是相對較低。

表3 北十七注水站注入井口黏度對比

2.4 經濟效益對比

將清水配注聚合物與曝氧污水配注聚合物所需費用進行了對比：清水配注時，每天注入母液2 334 m3，需要聚合物干粉11 670 kg，每天注入清水5 252 m3，所需費用共計25.83萬元；曝氧污水配注時，單井需提高注入濃度才能滿足地質要求，每天注入母液增加312m3，需要聚合物干粉13230kg，每天注入污水5 252 m3，所需費用共計26.95萬元。因此，使用曝氧污水配注與使用清水配注相比，每天費用高出1.12萬元。

3結論

（1）現場應用結果表明，實施曝氧工藝后，曝氧站的含氧量顯著增加，由未曝氧前的0.02 mg/L左右增加到0.9～1.0 mg/L；水中還原性介質Fe2+、S2-含量降低20%左右，說明曝氧工藝起到了隔氧、消耗還原性介質的效果。

（2）使用未曝氧污水進行配注時，井口黏度基本在15 mPa·s以下，而使用污水進行曝氧后，單井井口平均黏度達到30 mPa·s左右。

（3）盡管采用曝氧污水配注聚合物比用清水配注聚合物費用每天高出1.12萬元，但能夠節約清水，減少污水外排，保護環境。

[1]郭旭．薩北開發區污水綜合利用適應性及實施效果[J]．中外能源，2011，16（1）：116-119．

[2]姚惠，張中健．含油污水配注聚合物應用研究[J]．油氣田地面工程，2007，26（5）：3-4．

[3]陳斌，吳曉燕，王姍姍，等．Fe2+對聚合物的影響及其處理方法研究[J]．石油與天然氣化工，2014，43（2）：169-173．

[4]唐恒志，張健，王金本，等．綏中36-1油田注入水水質對疏水締合聚合物溶液黏度的影響[J]．中國海上油氣，2007，19（6）：390-393.

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.8.039

2015-05-09