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油田回注水水质劣化原因及机理分析

发布:多吉利        来源:www.duojili.cn  

油田回注水水质劣化原因及机理分析

摘要: 油田污水经处理后回注,既避免了环境污染,又达到了注水保压的目的。以龙虎泡油田回注水从水处理站至各注水井水质劣化研究对象,通过对泵送到各注水井过程中的水体、悬浮的等进行细菌分析或元素分析,探讨了水质恶化的原因与机于是,并且提出相应可行的水质稳定措施。

关键词: 油田采出水  回注水  水质控制

近年来,随着油田注水开发的不断深入,大庆龙虎泡油田出现流水水质波动问题,满足不了龙虎泡油田注水需求,主要表现为从清水罐到注水井注水水质恶化,悬浮的超标。为此提出开展龙虎泡油田污水水质稳定技术研究。以使污水水质从站内到井口能达到平稳状态运行。

通过对泵送到各注水井全程的水体、悬浮物、沉积物分析测定,归纳总结全程各点水体、悬浮物各种组成与含量的关系、根据胶体化学、腐蚀化学、硫化学原理分析水质恶化的原因与机理,并对此提出相应可行的水质稳定措施。

1 实验条件

(1) 水质分析模块与采样。水质分析研究模块为大庆油田采油九厂龙虎泡油田两条注水线(简称南北线),按照国标或行业标准现场取样。

(2) 主要仪器与检测设备。AAS670型原子吸收分光光度仪;油田现场用测硫管;测氧管;测铁管;真空泵;SRBTGB测试瓶等。

(3) 测试与分析方法。细菌的测定按SY/T5329-94《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》标准测定;悬浮物会计师、金属元素含量和硫含量等均按国标测定。

2 结果与讨论

通过以上分析方法,对龙虎泡油田采出水进行水质分析发现,水体PH值介于8.33-8.55之间,呈弱碱性,水体中主要以氯离子、钾离子、钠离子、钙离子为主,其它离子含量相对较低。

(1) 水体中悬浮物含量与运移距离的关系。油田污水经过过滤层处理以后,水中仍然存在一些微小的胶粒(直径小于或等于2um),再输入清水罐,经泵输出后在管道运移过程中聚集、体积增大、沉降,并且悬浮在水体中,部分大体积的颗粒发生沉降,导致水体中悬浮物超标。

          图1为悬浮物含量与运移距离关系的变化曲线。由图可看出,在泵出口处,水体中悬浮物含量并不高,从泵出口到各注水井,随着运移距离的增加,不断有沉淀物产生,而形成固体悬浮颗粒,致使悬浮物含量逐渐增大并且超标,从实验数据可以看出,悬浮物超标是水质恶化和波动的主要原因。

(2) 悬浮物中主要金属元素含量。为了型清悬浮固体的组成,对水体中不断形成的悬浮固体的沉淀物进行了组分分析。实验发现:(1)沉淀部分溶于稀盐酸,说明沉淀中有硅铝酸盐的酸不溶物;(2)沉淀部分溶解的过程中,有气泡产生,说明沉淀物中可能含有碳酸盐或硫化物;(3)沉淀中除硅铝酸盐含量较大外,铁含量其次,推测沉淀物主要由铁的氢氧化物、硫化物、氧化物为主,由于氢氧化二铁一般在PH<3时存在,而实验测得各水井采出水的PH值介于8.33-8.55之间,因此从理论上讲存在氢氧化二铁沉淀的可能性很小。

经过进一步分析认为,龙虎泡南北线采油污水中悬浮物主要由硅(铝)酸盐、碳酸盐、等胶体组成。

由图2可以看出,悬浮物中钙镁离子含量随着运移距离的增大,有所增加,但增加幅度不大;酸不溶物(硅铝酸盐)随着运移距离的增加呈下降趋势。悬浮中铁含量大幅增加,说明水体传输过程中,管道中可能有腐蚀产物生成。

(3) 水体中硫含量的测定。由水质检测数据及悬浮物中铁与水体中硫含量随着运移距离的关系可以看出,随着运移距离增加,水体中硫含量也增加,且其变化规律与悬浮物中铁含量的变化趋势一致。

(4) 水体中硫酸盐还原菌及硫酸根含量的测定。通过对龙虎泡油田注水线泵出口,南线57-2465-2471-2579-24井口处水样进行分析,发现采出水中含有大量的SRB,其数量是正常值的十倍,且随着运移距离的增加,SRB的含量大幅增加;而水体中的氧化硫离子含水的含量却随着运移距离的增加大幅减小。

3 油田采出水水质量稳定机理分析与探讨 

由实验分析结果可知,龙虎泡油田采汕污水中悬浮物主要由硅(铝)酸盐、碳酸盐等组成。一部分来自地下,以微小胶体形式空过过滤层,从泵磅到注水井上传输过程中,由于水体化学条件、物理条件、水动力学的发生变化而发生胶体聚集、沉降;而另一部分是来自由于细菌在管道传输中作用生成的腐蚀产物,如FeSFeS2、FeOH3等胶体聚集、沉降产生的。

(1) 胶体聚集、沉降。从悬浮物组成来分析,酸不溶物(硅铝酸盐)随着运移距离的增加呈下降趋势,说明胶体在运移过程中,二氧化硅胶体并没能聚集、沉降;悬浮物中钙镁离子增加,说明在整个过程中碳酸钙(镁)发生了聚沉;悬浮物中铁含量增加,即硫化铁等腐蚀产物增加,说明硫化铁胶体在传输过程中发生了聚集和管线腐蚀。

          根据胶体化学理论,胶体的粒子有很大的比表面,体系的表面也很高,所以粒子有自动聚集以降低系表面能的赵势。粒子由小变大的过程叫聚集过程,由胶体粒子聚结而成的大粒子叫聚集体,如聚集的最终结果导致粒子从溶液中沉淀析出,则称为聚沉过程。

污水经过过滤层处理以后,水中仍然存在一些微小的胶料,后输入清水罐,经泵输出后在管道移运过程中聚集、体积增大、沉降,并且悬浮在水体中,部分大体积的颗料发生沉降,导致水体中悬浮物超标。

加入电解质(聚沉剂)等,以及一些物理因素,例如:光、电、热等效应也有可能促使胶体聚沉。在本体系中,水体温度、水动力学、化学环境等发生变化剧聚沉作用的发生;另外,水体为高矿化度水,大量高价离子的存在也是胶体聚沉的主要原因之一。

(2) 细菌腐蚀及硫化铁胶体的产生与聚沉。在油田注水系统中,硫酸盐还原菌是微生物腐蚀的主要因素之一。

硫酸盐还原菌是一种以有机物为养料的厌氧性细菌,在高矿化度、较高压力和较高温度下都能生存,它繁殖时将污水中的硫酸盐还原成硫化物和原子态氧;SRB可造成注水水质变差,同时使注水管材、设备以至油层产生腐蚀、堵塞和结垢等严重危害。SRB的新陈代谢在金属的电化学腐蚀过程中起到了阴极去极化作用,这是加剧腐蚀程度的主要因素。

     由以上分析可以发现,悬浮物中硫化铁的含量增加来源主要是来自SRB的腐蚀作用,并且在输水管道中SRB的数量是正常值的十倍,随着运移距离 的增加,SRB的含量大幅增值,与悬浮物中铁含量的变化趋势是完全一致的,足以证明SRB的危害。

采油污水中含有大量的SRBSRB利用水中的硫酸根离子作为电子受体,在代谢产物中将其还原为硫离子,并生成H2S,对管线具有强腐蚀作用。

反应产物为不溶于水的FeSFeOH3胶体颗料,从取样现场井口取得的水样呈黑墨色、味就充分证明了这一点。

这些胶体颗料有两种聚集途径,一是多个小胶体颗粒聚集而成大胶体颗粒,一是以二氧化硅等粒子为核,在表面吸附形成更大的微粒,发生聚集,根据胶体化学原理,这种胶核的存使得这种现象变得更为容易。

从水中硫离子、硫酸根离子及悬浮物中Fe含量的变化趋势看,随着运移距离的增加,与SRB的腐蚀机理一致。

综上分析,可是出如下结论:(1)水质不稳定主要原因是悬浮物的增加;(2)悬浮物主要源于水中胶体的聚沉和硫化氢腐蚀产物;(3)硫化氢是由于硫酸盐还原菌作用所致。

4 水质稳定可行性措施

根据以上的数据分析,对油田回注水水质稳定可采取如下可行性措施:

(1) 前期加入杀菌剂或紫外照射。以细菌分析可以看出,泵出口就已严重超标,并随着运移距离的增加,细菌数量以数量级增加,如果从源头上定期加入杀菌剂,可以有效控制细菌的生长,减少腐蚀产物,从而降低水体中悬浮物含量。得用紫外线处理油田注水可杀灭水中的SRB,一般紫外灯在260nm波长附近有很强的辐射,而这个波长恰好为核酸所吸收,因而照射时间稍长一些就能使SRB致死。

(2) 前期加入氧化剂。控制硫及硫化物的含量可向水体中加入一定比例的强氧经剂,使硫及硫化物中低价硫被氧化成正六价的高价硫,主要以硫酸根离子的形式存在于水质中,并与水质中的矿物质形成硫酸盐类,从而使硫及硫化物对金属的腐蚀作用显著减轻,使水质变清、悬浮物含量降低;另一方面,强氧化剂具有杀菌作用,可有效抑制细菌的繁殖,减少腐蚀,但在实施过程中,应针对污水处理流程特点选择合适的氧化剂,并考虑其经济性。例如,采用预氧化加复合絮凝剂处理高温石油废水,分别将过氧化氢、高锰酸钾、二氧化氯和过硫酸胺4种氧化剂与复合絮凝剂PCM同时使用处理采出水。

(3) 前期加入沉降剂。在前期定期加入沉降剂,使胶体预先沉降,变成沉积物,定期加以清理。因为龙虎泡采出水是CO22-及HCO3-,并常有CO3-、HCO3-,并常有CO22-及HCO3-组成的弱酸缓冲体系,要破坏为种弱酸缓冲体系最理想的方法是加入含OH-的药剂。OH-与HCO3-组成的弱酸缓冲体系,要破坏这种弱酸缓冲体系,最理想的方法是加入OH-的药剂。HCO3-中HCO3-的H+反应生成水,与HCO3-反应生成CO3-、CO3-与Ca2+反应生成的Ca CO3沉淀;与Fe2+反应生成FeOH2沉淀,与HS-反就有利于成S2-,S2-与多价金属离子反应生成硫化物沉淀。

(4) 加入分散剂。在水体中加入分散剂,防上胶体聚沉,但这种方法在经济上具有局限性。

(5) 加强管理。在分析过程中发现在管道中有大量黑色淤泥和细菌滋生,需要定期清理,保证管道的清洁,防止细菌滋生。

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