專利名稱：一種油田注水和注聚用水的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于油田開發(fā)技術領域，涉及一種基于納濾海水軟化技術進行海水軟化、基于膜脫氣技術進行脫氧，生產(chǎn)用于海上油田注水和配制驅(qū)油聚合物溶液用水的方法，特別是一種油田注水和注聚用水的制備方法。
背景技術：
我國陸上油田大多采用注水或注聚合物驅(qū)油的方式，采出污水處理所提供的水量往往難以滿足回注水的水量要求，因此需要采取其它水源作為補充水，一般采用清水(河水或打水源井抽取淺層地下水)作補充注水，注水開發(fā)和聚合物驅(qū)油也是海上油田開發(fā)一項重要的提高采收率舉措，這兩種提高采收率方式均需要合適的水源，特別是聚合物驅(qū)技術對配制聚合物溶液用水的硬度和礦化度等都有較高的要求；但海上油田開發(fā)目前面臨的挑戰(zhàn)之一就是淡水資源缺乏，常用的水源是通過打水源井提取地層清水獲取的，但是，打水源·井的成本一般較高，且水量一般不易保證；用高鹽高硬度的海水直接作為注水則與地層水不配伍，會與地層粘土和地層水發(fā)生作用，導致結垢和粘土運移等，造成嚴重的油井和地層堵塞；如果用海水直接配聚，則因為海水的礦化度和二價離子含量很高，常規(guī)聚合物所配制的聚合物溶液粘度很低，達不到驅(qū)油效果，若使用耐鹽聚合物則成本相對較高，且聚合物用量大，因此，海上油田注水開發(fā)和聚合物驅(qū)油開發(fā)的技術關鍵之一是尋找能與地層水配伍的大量水源作為注入水或作為配制聚合物溶液用水。目前，納濾海水軟化技術在油田注水開發(fā)中的應用大多以去除海水中易結垢的二價硫酸根離子后直接作為油田采油注入水為目的，如美國馬拉公石油公司專利US4723603A1 和美國 GE 公司專利 US2004007358 (Al);中國專利 ZL200910016067. 3 (本申請者)公開了一種用納濾膜進行海水軟化和采出水的深度處理，并通過清污混注，降低油田采油集輸系統(tǒng)與地層結垢的方法；在納濾技術用于注聚開發(fā)方面，中國專利申請?zhí)?00710113282. 6公開了一種將海水或苦咸水用于油田注水及配聚過程的方法,利用旋流和膜分離集成技術，這種方法存在旋流器無法去除低密度顆物的固有缺點。以上專利均沒有考慮注入水或配聚用水的脫氧問題，無論是注水還是配聚驅(qū)油，都要求含氧量不能超過
O.lmg/L,否則易造成采油管線嚴重腐蝕，腐蝕問題是海上油田開發(fā)存在的主要問題之一。目前多采用熱力或超重力除氧的方式，需要消耗較多的能量。配聚溶液中的氧的存在還易造成聚合物的氧化和斷鏈，造成聚合物降解和粘度下降，降低驅(qū)油效果。此外，在膜應用過程中，水溫每下降一度，膜通量下降3%左右，因此，冬季膜通量大幅度下降，僅為25度時的一半或三分之一左右，而油田注水開發(fā)和注聚開發(fā)所需的水量不會因此改變，為確保冬季正常提供足夠的水量就需要膜裝置具有非常寬的操作彈性，這對于膜過程的設計與運行是非常困難的。一般只能采用增大膜面積的方式，從而大大增加占地面積，這對于海上采油平臺及海上浮式采油儲油輪(PFSO)的有限空間來說是代價很高的。因此，海上油田注水和注聚開發(fā)的關鍵環(huán)節(jié)之一是確保提供與地層水和儲層配伍的注入水和配制聚合物溶液用水，并確保所需要的水量，才能維持油田穩(wěn)定生產(chǎn)，并降低后處理成本，提高采油過程的經(jīng)濟效.、r·
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點，針對海上油田注水開發(fā)和配聚驅(qū)油中存在的問題，并針對海上采油平臺及海上浮式采油儲油輪(PFSO)的有限空間，尋求設計提供一種油田注水開發(fā)和注聚開發(fā)用水的制備方法，采用前處理、預熱、超濾、納濾、膜法脫氣的緊湊式集成膜法處理工藝技術，為海上油田注水開發(fā)和注聚開發(fā)提供所需要的軟化水，降低結垢趨勢和腐蝕速率，提高配聚驅(qū)油效果，提高采收率。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主體工藝步驟包括 (I)、將海水采用常規(guī)的電解制氯裝置進行殺菌殺藻；(2)、將步驟(I)得到的海水經(jīng)過疊片式自清洗過濾器去除粒徑為50μπι以上的懸浮顆粒物和藻類，得過濾海水；(3)、將過濾海水經(jīng)過一級預熱器與納濾濃水進行逆流流動換熱，吸收納濾濃水的熱量，將原水溫度提高3 10°C，回收熱量之后的納濾濃水直接排放，得預熱后的過濾海水；(4)、將預熱后的過濾海水經(jīng)過二級預熱器與采出水進行逆流流動換熱，進一步提高海水溫度至25 35°C，并通過流量閥門控制海水溫度不超過40°C ；(5)、用低壓泵將步驟(4)得到的海水輸送至超濾裝置，去除過濾水中的微量懸浮物質(zhì)、大分子有機物、殘留油分、藻類和細菌，得到的超濾產(chǎn)水SDI小于3.0，濁度小于
O.INTU ;超濾濃水直接至一級預熱器加熱海水，將熱量傳遞給海水后，超濾濃水直接排放；(6)、40%_60%的超濾產(chǎn)水經(jīng)過高壓泵輸送進入納濾裝置制得納濾產(chǎn)水，剩余部分超濾產(chǎn)水進入能量回收裝置，與納濾裝置的濃水進行能量交換后，再由增壓泵輸送進入納濾裝置，能量交換之后的納濾濃水直接至一級預熱器加熱海水，將熱量傳遞給海水后，納濾濃水直接排放；(7)、將納濾產(chǎn)水通過鈦板式換熱器繼續(xù)與來自油田的采出水換熱至40 50°C ；(8)、采用疏水性中空纖維脫氣膜裝置脫除步驟(7)得到的納濾產(chǎn)水中的氧氣，使納濾產(chǎn)水中的氧含量降至O. lmg/L以下，得脫氧后的納濾產(chǎn)水；(9)、將步驟(8)得到的脫氧后的納濾產(chǎn)水直接作為注入水進入注水系統(tǒng)；或進入配聚裝置，并加入分子量為2000萬 4500萬的聚丙烯酰胺，配制成聚合物濃度為3000 10000mg/L的聚合物母液；在稀釋混合器中加入納濾產(chǎn)水將聚合物母液中聚合物的含量稀釋至500 2500mg/L，溶液粘度為20 80mPa. s后，通過注聚系統(tǒng)注入地下驅(qū)油。本發(fā)明所述的換熱器為耐腐蝕的鈦板式換熱器，傳熱系數(shù)為2000 6000kW/m2. K。本發(fā)明所述的超濾裝置采用耐污染、低截留分子量的中空纖維式超濾膜組件，其超濾膜組件采用親水化改性聚砜(PS)、聚丙烯(PP)或聚偏氟乙烯(PVDF)材質(zhì)，能夠耐海上采油平臺附近海水和地層清水中微量油的污染；超濾膜的截留分子量越小，對有機物的去除率越大，其產(chǎn)水越有利于納濾膜的運行；超濾膜組件的截留分子量范圍為2萬 10萬道爾頓，操作壓力范圍為O. 03 O. 3MPa。本發(fā)明所述的納濾裝置使用的納濾膜在用于注水開發(fā)時，選擇對二價陽離子的截留率范圍在70%以下的納濾膜組件；或用于配制聚合物溶液，選擇對二價陽離子的截留率范圍大于90%的納濾膜組件，使納濾膜產(chǎn)水中二價陽離子的總含量降低至200mg/L以下。本發(fā)明所述的中空纖維脫氣膜裝置采用抽真空脫氣的脫氧模式，根據(jù)具體的脫氧要求選擇采用一級脫氣或兩級脫氣的方式，其使用的脫氣膜采用聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)膜或聚四氟乙烯(PTFE)膜的中空纖維式膜組件，膜的微孔孔徑為O. 01 O. 2 μ m。本發(fā)明采用耐腐蝕、高效率的鈦板式換熱器將海水與油田采出水進行換熱，傳熱系數(shù)在2000 6000kW/m2. K之間，傳熱速率高，換熱器的占地面積??；由于采出水的水溫一般可以達到50°C以上，而且采出水量很大，采出水的能量可以充分利用；由于通過換熱可將超濾膜和納濾膜的進水溫度保持在20°C以上，可大幅度提高超濾膜和納濾膜的通量，從而確保冬季海上油田開發(fā)所需的水量和采油系統(tǒng)的正常運行；較高的膜通量可大幅度降低膜元件的使用數(shù)量，從而可大幅度降低膜系統(tǒng)的占地面積，這對于海上平臺來說至關重要；水溫的提高，也有利于聚合物的溶解，從而可以大幅度提高配聚效率；疏水性中空纖維脫氣膜組件中的膜絲裝填密度大，可提供的氣液傳質(zhì)比表面積大，大大提高傳質(zhì)速率，因此較之超重力脫氧和熱力脫氧等脫氧方式，脫氧效率有很大的提高，膜脫氣裝置的脫氣效率可高達99%，大幅度降低水中的氧含量，出水二氧化碳和氧氣濃度可小于IOOppb,能夠達到注水 標準所規(guī)定的進水含氧量要求，并大幅度降低了輸油管線的腐蝕速率，具有巨大的經(jīng)濟效益；脫氣后的納濾軟化水中含氧量極低，可大大減少細菌的滋生；配聚溶液的含氧量大幅度下降，也可以進一步降低在長期聚合物驅(qū)采過程中在較高的地層溫度下的聚合物的氧化降解速率，及由此帶來的聚合物粘度的下降，從而有效地提高了驅(qū)油波及率和驅(qū)油效率；含氧量下降所帶來的粘度增加，可以減少配制聚合物溶液所需要的聚合物干粉使用量，即降低配聚成本；同時，由于聚合物的濃度降低，配聚時間縮短，提高了生產(chǎn)效率；由于納濾膜去除了大部分有機物，納濾產(chǎn)水水質(zhì)非常好，以納濾產(chǎn)水作為膜脫氣裝置的進水，可使脫氣膜不易污染，脫氣效率保持穩(wěn)定。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，操作簡便，能耗低，通過能量的有效利用，可使膜系統(tǒng)的進水溫度常年基本維持在20 35°C之間，膜通量基本不受季節(jié)和氣溫變化的影響，適合冬季運行，裝置占地面積小，成本低，氧腐蝕速率低，有利于注水開發(fā)和聚合物驅(qū)油技術的推廣和提高油田開發(fā)效率與采收率，可以有效地減少海上油田對淡水的依賴性，確保油田穩(wěn)定生產(chǎn)，經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益顯著。


圖I為本發(fā)明的工藝流程結構原理示意框圖，其中包括海水I、電解制氯裝置2、自清洗過濾器3、一級預熱器4、二級預熱器5、超濾裝置6、高壓泵7、納濾裝置8、換熱器9、脫氣膜裝置10、配聚裝置11、稀釋混合器12、注聚系統(tǒng)或注水系統(tǒng)13、超濾濃水14、能量回收裝置15、增壓泵16、納濾濃水17、聚丙烯酰胺18、脫氧后的納濾產(chǎn)水或處理后的采出水或地層清水19、除油后的采出水20、換熱后的采出水21和換熱后的超濾濃水與納濾濃水的混合水22。
具體實施例方式下面通過實施例并結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。實施例I :
本實施例的海水水溫為2°C，具體步驟為第一步，將海水I經(jīng)過電解制氯裝置2殺菌殺藻；第二步，采用規(guī)格50μπι的自清洗過濾器3，去除海水中粒徑為50 μ m以上的懸浮顆粒物和部分藻類，得過濾海水；第三步，過濾海水進入鈦板式一級預熱器4，與納濾濃水和超濾濃水進行逆流流動換熱，回收納濾濃水的熱量，將海水溫度提高到8°C，回收熱量之后的納濾濃水直接排放；第四步，預熱后的海水進入鈦板式二級預熱器5，與采出水進行逆流流動換熱，進一步提高海水溫度至22 °C。第五步，海水進入超濾裝置6，得到超濾產(chǎn)水；其中超濾裝置采用PVDF超濾膜，截留分子量為50000道爾頓，超濾裝置的水回收率為90% ;超濾產(chǎn)水SDI為2. 80，濁度平均為 O.08NTU ;超濾濃水14與納濾濃水17匯合后，進入到一級預熱器4，將熱量傳遞給原水后，混合濃水排放；第六步，50%的超濾產(chǎn)水直接由高壓泵7輸送進入納濾裝置8，其余超濾產(chǎn)水進入能量回收裝置15，與納濾濃水17交換能量，提高壓力后，再由增壓泵16輸送進入納濾裝置8 ;納濾膜采用對二價陽離子具有90%以上截留率的納濾膜元件，納濾產(chǎn)水的硫酸根含量為120mg/L，鈣鎂離子含量總和為160mg/L，礦化度為9500mg/L ;能量回收裝置采用PEI公司的PX型能量回收器；交換能量之后的納濾濃水17返回到一級預熱器4，將熱量傳遞給原水后，納濾濃水17排放；第七步，納濾產(chǎn)水進入加熱器9與除油后的采出水20換熱，被加熱到50°C ;采出水則進入到二級預熱器5繼續(xù)換熱。第八步，加熱后的納濾產(chǎn)水進入脫氣膜裝置10脫除納濾產(chǎn)水中的氧氣，在脫氣膜裝置10采用如聚丙烯(PP)膜，一級脫氣方式，水走殼程，氣體走管程，用真空泵抽真空脫氣，脫氧后納濾產(chǎn)水中的含氧量為O. lmg/L ；第九步，脫氧后的納濾產(chǎn)水進入配聚裝置11，加入分子量為2800萬左右的聚丙烯酰胺18，聚合物濃度為60000mg/L，經(jīng)陳化后制成聚合物母液；聚合物母液進入稀釋混合器12，加入納濾軟化海水19將溶液中聚合物的含量稀釋為1500mg/L，通過注聚系統(tǒng)13注入地下驅(qū)油。實施例2 本實施例的海水水溫為22°C ;按照實施例I的步驟，其中不同點說明如下第三步，可取消。第四步，海水進入鈦板式二級預熱器5，與采出水進行逆流流動換熱，進一步提高原水溫度至32 °C ；第五步，海水進入超濾裝置6，超濾裝置采用PP超濾膜，截留分子量為80000道爾頓，得到超濾產(chǎn)水；超濾裝置的水回收率為93%。超濾產(chǎn)水平均SDI為3. 0，濁度平均為
O.INTU ；第六步，45%的超濾產(chǎn)水直接由高壓泵7輸送進入納濾裝置8，其余超濾產(chǎn)水進入能量回收裝置15納濾產(chǎn)水的硫酸根含量為90mg/L，鈣鎂離子含量總合為80mg/L，礦化度為7500mg/L ；第七步，納濾產(chǎn)水進入加熱器9與除油后的采出水20換熱，被加熱到46°C ;采出水則進入到二級預熱器5繼續(xù)換熱。第八步；加熱后的納濾軟化水進入脫氣膜裝置10脫除納濾產(chǎn)水中的氧氣，脫氣膜采用聚偏氟乙烯(PVDF)膜，水走殼程和氣體走管程，用真空泵抽真空脫氧，脫氧后納濾軟化水中的含氧量為O. 08mg/L。第九步，脫氣后的納濾產(chǎn)水進入配聚裝置11，加入分子量為2500萬左右的聚丙烯酰胺17，聚合物濃度為50000mg/L，經(jīng)陳化后制成聚合物母液；聚合物母液進入稀釋混合器12，加入地層清水19將溶液中聚合物的含量稀釋為1200mg/L，通過注聚系統(tǒng)13注入地下驅(qū)油。實施例3 本實施例的海水水溫3°C，按照實施例I的步驟，其中不同點說明如下 第三步，海水經(jīng)一級預熱器4后，溫度提高到8°C ；第四步，海水經(jīng)二級預熱器5后，溫度升高到28°C ；第五步，超濾膜采用聚醚砜超濾膜，截留分子量為20000道爾頓，超濾裝置6的操作壓力為O. 08MPa ；第六步，納濾膜采用對二價陽離子截留率小于60%的膜元件，納濾產(chǎn)水中硫酸根含量為68mg/L，鈣鎂離子含量總和為400mg/L，礦化度為16020mg/L ；第七步，納濾產(chǎn)水進入脫氣膜裝置10，脫氣膜采用聚偏氟乙烯(PVDF)膜，脫氧后納濾軟化水中的含氧量為O. 09lmg/L ；第八步，脫氧后的納濾軟化水直接進入注水系統(tǒng)13。實施例4:本實施例的海水水溫為22°C，按照實施例I的步驟，其中不同點說明如下第三步，可取消。第四步，原水經(jīng)二級預熱器5后，溫度升高到2V ；第五步，超濾膜采用聚醚砜超濾膜，截留分子量為20000道爾頓，超濾裝置6的操作壓力為O. 08MPa，超濾裝置的水回收率為95% ；第六步，納濾裝置8的納濾膜采用對二價陽離子截留率小于60%的膜元件，納濾產(chǎn)水中硫酸根含量為120mg/L，鈣鎂離子含量總和為480mg/L，礦化度為12020mg/L ；第七步，納濾產(chǎn)水進入脫氣膜裝置10，脫氣膜采用聚偏氟乙烯(PVDF)膜，脫氣后納濾軟化水中的含氧量為O. lmg/L ；第八步，脫氧后的納濾軟化水直接進入注水系統(tǒng)13。本實施例在圖I所述的系統(tǒng)中實現(xiàn)，其使用的裝置和部件均為已有技術設備。
權利要求
1.一種油田注水和注聚用水的制備方法，其特征在于主體工藝步驟包括 (1)、將海水采用常規(guī)的電解制氯裝置進行殺菌殺藻； (2)、將步驟(I)得到的海水經(jīng)過疊片式自清洗過濾器去除粒徑為50μπι以上的懸浮顆粒物和藻類，得過濾海水； (3)、將過濾海水經(jīng)過一級預熱器與納濾濃水進行逆流流動換熱，吸收納濾濃水的熱量，將原水溫度提高3 10°C，回收熱量之后的納濾濃水直接排放，得預熱后的過濾海水； (4)、將預熱后的過濾海水經(jīng)過二級預熱器與采出水進行逆流流動換熱，進一步提高海水溫度至25 35°C，并通過流量閥門控制海水溫度不超過40°C ； (5)、用低壓泵將步驟(4)得到的海水輸送至超濾裝置，去除過濾水中的微量懸浮物質(zhì)、大分子有機物、殘留油分、藻類和細菌，得到的超濾產(chǎn)水SDI小于3. O，濁度小于O. INTU ;超濾濃水直接至一級預熱器加熱海水，將熱量傳遞給海水后，超濾濃水直接排放； (6)、40%-60%的超濾產(chǎn)水經(jīng)過高壓泵輸送進入納濾裝置制得納濾產(chǎn)水，剩余部分超濾產(chǎn)水進入能量回收裝置，與納濾裝置的濃水進行能量交換后，再由增壓泵輸送進入納濾裝置，能量交換之后的納濾濃水直接至一級預熱器加熱海水，將熱量傳遞給海水后，納濾濃水直接排放； (7)、將納濾產(chǎn)水通過鈦板式換熱器繼續(xù)與來自油田的采出水換熱至40 50°C； (8)、采用疏水性中空纖維脫氣膜裝置脫除步驟(7)得到的納濾產(chǎn)水中的氧氣，使納濾產(chǎn)水中的氧含量降至O. lmg/L以下，得脫氧后的納濾產(chǎn)水； (9)、將步驟(8)得到的脫氧后的納濾產(chǎn)水直接作為注入水進入注水系統(tǒng)；或進入配聚裝置，并加入分子量為2000萬 4500萬的聚丙烯酰胺，配制成聚合物濃度為3000 10000mg/L的聚合物母液；在稀釋混合器中加入納濾產(chǎn)水將聚合物母液中聚合物的含量稀釋至500 2500mg/L，溶液粘度為20 80mPa. s后，通過注聚系統(tǒng)注入地下驅(qū)油。
2.根據(jù)權利要求I所述的油田注水和注聚用水的制備方法，其特征在于采用的換熱器為耐腐蝕的鈦板式換熱器，傳熱系數(shù)為2000 6000kW/m2. K。
3.根據(jù)權利要求I所述的油田注水和注聚用水的制備方法，其特征在于所述的超濾裝置使用的超濾膜組件采用親水化改性聚砜、聚丙烯或聚偏氟乙烯材質(zhì)，截留分子量范圍為2萬 10萬道爾頓，超操作壓力范圍為O. 03 O. 3MPa。
4.根據(jù)權利要求I所述的油田注水和注聚用水的制備方法，其特征在于所述的納濾裝置所使用的納濾膜在用于注水開發(fā)時，選擇對二價陽離子的截留率范圍在70%以下的納濾膜組件；或用于配制聚合物溶液，選擇對二價陽離子的截留率范圍大于90%的納濾膜組件，使納濾膜產(chǎn)水中二價陽離子的總含量降低至200mg/L以下。
5.根據(jù)權利要求I所述的油田注水和注聚用水的制備方法，其特征在于所述的中空纖維脫氣膜裝置采用抽真空脫氣的脫氧模式，根據(jù)具體的脫氧要求選擇采用一級脫氣或兩級脫氣的方式，其使用的脫氣膜采用聚丙烯、聚偏氟乙烯膜或聚四氟乙烯膜的中空纖維式膜組件，膜的微孔孔徑為O. 01 O. 2 μ m。
全文摘要
本發(fā)明屬于油田開發(fā)技術領域，涉及一種油田注水和注聚用水的制備方法，先將海水經(jīng)過電解制氯裝置殺菌殺藻和過濾后經(jīng)過一級預熱器和二級預熱器換熱，再將海水輸送至超濾裝置過濾得超濾產(chǎn)水；一部分超濾產(chǎn)水經(jīng)過高壓泵輸送進入納濾裝置，剩余部分超濾產(chǎn)水進入能量回收裝置，與納濾裝置的濃水進行能量交換后輸送進入納濾裝置；然后將納濾產(chǎn)水通過換熱器與采出水換熱；將納濾產(chǎn)水脫氧后直接作為注入水進入注水系統(tǒng)，或進入配聚裝置，并加入聚丙烯酰胺配制成聚合物母液，最后將聚合物母液稀釋后注入地下驅(qū)油；其操作簡便，成本低，能耗少，氧腐蝕速率低，有利于注水開發(fā)和聚合物驅(qū)油技術的推廣。
文檔編號C02F9/10GK102942282SQ20121051384
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權日2012年12月4日
發(fā)明者蘇保衛(wèi), 高學理, 王燕, 高從堦 申請人:中國海洋大學