油田水处理(在用)

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1、,主讲教师：王海琴 开课院系：储建学院储运工程系,油田水处理,课程的主要内容,第一章 概论 第二章 油田水处理工艺 第三章 油田污水化学处理药剂 第四章 油田污水腐蚀与防护 第五章 油田含油污泥的处理 第六章 提高石油采收率的水处理,主要参考资料,油田污水处理工程.刘德绪.石油工业出版社 油田采出水处理设计手册.冯永训.中国石化出版社 实用水技术.美查里斯 C.帕托.石油工业出版社 两种油田水处理系统.美B.W.布雷德利.石油工业出版社 油气水处理工艺与化学.黄俊英.石油大学出版社,油田污水的来源 污水处理利用的意义 水质标准简介 原水中的杂质,第一章 概论,水对生命和人类的活动具有极其重要的

2、意义。 水大量存在与自然界，是地球上分布最广的物质之 一，是一种优良的溶剂。 自然界中的水一般都要经过一定的净化处理才能用于生 活和工业生产。 地球上总储水量约为13.56亿km3。其中，海洋占92.2， 陆地占2.8，而淡水仅占0.64。 随着现代化工业的快速发展和人口的增加，水污染和水 资源缺乏问题日益严重。 因此，合理利用洁净水资源，科学处理、循环利用废水 资源，有效保护生态环境，越来越受到人们的重视。,第一节 油田污水的来源,水是石油生成、运移和储集过程中的主要天然伴生物。 石油的开采经历了三次采油阶段： 一次采油 油藏勘探开发初期，原始地层能量将部分油气水液体驱 向井底，举升至地面，

3、以自喷方式开采。 采出液含水率很低。 若油藏圈闭良好，边水补充不足，原始地层能量递减很 快，一次采油方式难以维持。 为获得较高的采收率，需向地层补充能量，即实 施二次采油。,二次采油 有注水开发和注气开发等方式。 全国各大油田绝大部分开发井采用注水开发方式：注入 高压水驱动原油。 存在问题：经过一段时间注水后，注入水将随原油采 出，且随开发时间的延长，采出油含水率不断上升。 三次采油 注聚合物等驱油。,主观因素对油藏开采的作用程度在逐渐增加：,一次采油,二次采油,三次采油 (强化采油),油田含油污水来源 原油生产过程中的脱出水 原油脱水站、联合站内各种原油储罐的罐底水、含盐原 油洗盐后的污水。

4、 洗井水 为提高注水量、有效保护井下管柱，需定期对注水井进 行洗井作业。 为减少油区环境污染，将洗井水建网回收入污水处理站。 钻井污水、井下作业污水、油区站场周边工业废水等 全部回收处理净化，减少污染，满足环保要求。,为便于叙述，介绍几个有关水的概念。 原水 未经任何处理的油田污水。 初步净化水 经过自然除油或混凝沉降除油后的污水。 滤后水 经过过滤的污水。 净化水 凡是经过系统处理后的污水都叫净化水。,第二节 污水处理利用的意义,一、污水处理利用的重要性 必须合理处理利用含油污水。 1、含油污水不合理处理回注和排放的影响 油田地面设施不能正常运作 造成地层堵塞而带来危害 造成环境污染，影响油

5、田安全生产,2、油田注水开发生产带来的问题 注入水的水源 油田注水开发初期，注水水源为浅层地下水或地表水 （宝贵的清水），过量开采清水会引起局部地层水位下降，影响生态环境。 对环境的影响 随着原油含水量的不断上升，大量含油污水不合理排放会引起受纳水体的潜移性侵害，污染生态环境。 生产实践认识：油田污水回注是合理开发和利用水资源 的正确途径。,二、腐蚀防护与环境保护 油田含油污水特点： 矿化度高 溶解有酸性气体 腐蚀处理设施、注水系统 溶解氧 例1：某油田钢质污水回注管线，一年内腐蚀穿孔123次，注水泵一般运转615天即因腐蚀被迫停产，点蚀深度达到4mm。 污水中大量成垢盐类随温度压力变化，以及

6、与不同水体 的混合，将出现结垢和堵塞现象。 例2：某油田一口油井投产仅10天，集油管就因结垢而被堵死， 先后更换6次管线，最后被迫关井。,适宜的温度范围 含有大量有机物质 有害细菌增生 泵吸入口滤网出现粘膜，使其堵塞 例如：某油田污水中含硫酸盐还原菌达 7.5104 个ml； 另一油田污水铁细菌含量则达到1.5105个ml。 细菌增生严重制约了油田污水处理和注水系统的正常生产。 我国各陆上油田污水基本都进行处理回注，最大限度减少污 水直接外排，促进环保。并针对油田污水腐蚀、结 垢、细菌增生的危害，采取缓蚀、阻垢和杀菌措 施，提高、改进油田水处理技术。,三、合理利用污水资源 水源缺乏的办法之一：

7、提高水的循环利用率 油田污水经处理后代替地下水进行回注是循环利用水的 一种方式。 若污水处理回注率100，即油层中采出的污水和地面 处理、钻井、作业过程中排出的污水全部处理回注，则注 水量只需要补充由于采油造成地层亏空的水量，因而节约 大量清水资源和取水设施的建设费用，提高油田注水开发 的总体技术经济效益。,第三节 水质标准,一、油田开发对注水水质的要求 油田注水的服务对象：致密岩石组成的油层 要求：保证注水水质，达到“注得上，注得进，注得够” 。 对净化采出水的具体要求： 化学组分稳定，不形成悬浮物； 严格控制机械杂质和含油； 有高洗油能力； 腐蚀性小； 尽量减少采出水处理费用。,油层条件对

8、注水水质的要求：低渗透油田注水水质标准。 目前，陆上低渗透油藏为35左右，且每年新探明的石油 地质储量中低渗透油层所占的比重越来越大。 例如：1989年探明储量中，低渗透储量占27.1，1990年 上升至45.9，1995年上升至72.7。低渗透油田孔喉半径 24um以下，渗透率（1050）104um2。 中原油田平均孔喉半径 2um，渗透率33.15103um2，平 均油藏纵深3243m，矿化度（1828）104mg/l 。,二、净化污水回注水质标准 1、注水水质基本要求 注水水质确定：根据注入层物性指标进行优选。 具体要求： 对水处理设备、注水设备、输水管线腐蚀性小； 不携带超标悬浮物、有

9、机淤泥、油； 与油层流体配伍性良好，即注入油层后不使粘土发生膨胀和移动。,注意：如果油田含油污水与其它供给水混注时，必须具备完全的可能性（相容性），否则，必须进行必要的处理改良后方可混注；考虑到油藏孔径结构和喉道直径，严格限制水中固体颗粒的粒径。,2、注水水质标准 由于各油田或区块油藏孔隙结构和喉道直径不同，相 应的渗透率也不相同，因此，注水水质标准也不相同。 下表为石油天然气行业标准碎屑岩油藏注水水质推 荐指标SYT532994水质主控指标。,3、注水水质辅助性指标 辅助性指标包括： 溶解氧 水中溶解氧时可加剧腐蚀。腐蚀率不达标时，应首先检 测氧浓度。 油田污水溶解氧浓度0.05mg/l，特

10、殊情况不超过0.1mg/l； 清水中溶解氧含量要小于0.5 mg/l。 硫化氢 硫化物含量过高，说明细菌增生严重，引起水中悬浮物增加。 油田污水中硫化物含量应小于2.0 mg/l。,侵蚀性二氧化碳 =0，稳定 侵蚀性二氧化碳含量 0，可溶解CaCO3垢，但对设施有腐蚀 0，有碳酸盐沉淀析出 一般要求：侵蚀性二氧化碳含量为-1.01.0mg/l。 pH值 控制在7 0.5为宜。 铁 当水中含有亚铁离子时，铁细菌可将其转化为三价铁离子， 生成氢氧化铁沉淀，水中含有硫化物（H2S）时， 生成FeS沉淀，使水中悬浮物增加。,一、原水杂质分类 按油田污水处理的观点，原水中的细小杂质分为五大类。 1、悬浮

11、固体 颗粒直径范围1100m，此部分杂质主要包括： 泥沙：0.054 m的粘土、460 m的粉砂、大于60m 的细砂； 各种腐蚀产物及垢：Fe2O3、CaO、MgO、FeS、CaSO4、 CaCo3等； 细菌：硫酸盐还原菌（SRB）510 m，腐生菌（TGB） 1030 m； 有机物：胶质、沥青质和石蜡等重质油类。,第四节 油田水中的杂质,2、胶体 粒径为11031 m，主要由泥砂、腐蚀结垢产物 和微细有机物构成，物质组成与悬浮固体基本相似。 3、分散油与浮油 污水原水中一般约有1000mg/l的原油，偶尔有2000 5000mg/l的峰值含油量，其中90左右为10100 m的分散 油和大于1

12、00 m的浮油。 4、乳化油 原水中有10左右的（ 110310m ）的乳化油。,5、溶解物质 在污水中处于溶解状态的低分子及离子物质。 主要包括： 溶解在水中的无机盐类 基本上以阳离子和阴离子的形式存在，粒径在1103m以下，如Ca2、Mg2、K、Na+、Fe2、Cl、HCO3、CO32等，还包括环烷酸类等有机溶解物。 溶解的气体 如溶解氧、二氧化碳、硫化氢、烃类气体等，粒径一般为 （35）104m,二、原水杂质分析 在水处理过程中，主要是从堵塞和腐蚀的角度来考察重要的水中的离子及其物理性质。 还要计算总溶解固体量（TDS）：离子浓度总和 测试余氯含量（杀菌剂）或水质处理化学药剂含量： 监控

13、其在系统中的效能。 总体上讲，油田污水是一种含有固体杂质、液体杂质、溶解 气体以及溶解盐类等较复杂的多相体系。,油田水的主要组分及性质,1、阳离子 （1）钙 油田盐水的主要成分，含量高达30000mg/L,能很快与碳 酸根或硫酸根离子结合，沉淀生成附着的垢或悬浮固体，是 造成地层堵塞的主要原因。 （2）镁 镁离子浓度比钙离子低得多。能形成碳酸镁（MgCO3）垢。纯的碳酸镁很难获得，溶解度是碳酸钙的50倍，在Ca-Mg碳酸盐垢的混合物中，只有极少量的MgCO3。,油田净化污水回注时分析项目,（3）钠 油田水中的主要成分，通常不会引起什么问题。 （4）铁 地层水中天然铁含量很低。其存在标志着有金属

14、腐蚀。 存在形式：溶液中以离子形式存在（高铁（Fe3）或 低铁（Fe2）作为沉淀出来的铁化合物悬 浮在水中。,引起地层的堵塞,（5）钡 与硫酸根离子结合生成及其难溶的BaSO4。 （6）锶 与钡和钙一样，能与SO42-形成难溶的SrSO4。比BaSO4好溶一些，但发现的常常是BaSO4和SrSO4的混合垢。 2、阴离子 （1）氯根 主要来源是NaCl，Cl-是个稳定成分，其浓度用作水中含盐量的度量。 Cl-浓度高更容易引起腐蚀。,（2） CO32-和HCO3- 能够生成不溶解的垢。 CO32-浓度表示的碱度称为酚酞碱度，HCO3-浓度表示的 碱度称为甲基橙碱度。 （3）SO42- 与钙、钡或锶

15、反应生成不溶解的垢，也是硫酸盐还原菌的“食物”。 3、其它性质 （1）pH值 碳酸钙和铁的化合物的溶解度很大程度上取决于pH 值。 大多数油田水的pH值在48之间。,pH值越高，结垢趋势越大；若pH值较低，则结垢趋 势减小，但其腐蚀性增大。 pH值的测定：可采用高压pH值电极进行在线测试。 （2）悬浮固体 a、含量 用膜过滤器过滤出的固体数量来衡量水中固体悬浮物含量。 常用滤膜孔径为0.45 的过滤器来测定。 b、颗粒大小的分布 可用于过滤器性能的监测。,c、颗粒形状 通过光学或扫描电镜测定，通常与颗粒大小分布结合使用。 d、悬浮固体的化学组分 对化学组分的测定，可以确定其起因（腐蚀产物、垢的

16、颗粒、地层砂等），对清除堵塞的设计很重要。 （3）浊度 水“混浊”程度的一个度量，反映注水过程中地层堵塞的可能性。意味着水中含有不溶物质，如分散油或气泡。 通常用测定浊度来监视过滤器的性能。,（4）总溶解固体量（TDS，总矿化度） 已知体积的水中所溶解物质的总量。 总矿化度高对抑制油层粘土膨胀有利，但易结垢，更 易引起腐蚀。对水中溶解氧含量敏感。 测定方法：通过水分析报告给出的阳离子、阴离子的 浓度总数计算，或是通过将蒸发的水样进行干燥后称重残 余物测定。 （5）温度 水温度影响结垢趋势、pH值、气体在水中的溶解度。 水温过低原水不易处理，水温增高，腐蚀加剧。 水的相对密度也是温度的函数。,（6）相对密度 相对密度的大小是水中溶解的固体总量的直接标志。 由于实际水中含有溶解的固体，因而相对密度1。,（7）溶解氧 影响水的腐蚀性； 若水中存在溶解的铁，