油气田环境污染控制与储层保护技术研究.ppt

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1、油气田环境污染控制与储层保护技术研究,西 安 石 油 大 学,屈撑囤,汇 报 提 纲,油气田污水特点及处理工艺油气田含油污水综合处理技术油气田含油污水回用综合处理应用案例已取得的成果,油气田污水特点及处理工艺,油气田污染物的分布特点,（1）地域分布的广阔性（2）点源分布的高度分散性（3）面污染源分布的区域性（4）与地方工业污染源的交叉性,油气田污染物排放特点,（1）点源与面源排放兼有（2）无组织排放与有组织排放兼有（3）正常生产排放和事故排放兼有（4）连续排放与间歇排放兼有（5）可控排放与不可控排放兼有其重点是污水的处理与回用。,悬浮固体；油；溶解物质。,采油污水中的杂质,机杂:悬浮颗粒(1-

2、10m)、胶体颗粒(10-3-1.0m)，颗粒表面带电性！以较稳定的状态存在。油:浮油(100m)、分散油(10-100m)、乳化状(10-3-10m)（10%）、溶解油(10-3m)。表面带电荷！以较稳定的状态存在。溶解性物质:主要有溶解盐、溶解气、溶解有机物。,有机物：包括高分子和中、低分子量(1.0m)；以溶解状态(分子分散体系)存在；硫化物：以溶解状态存在；细菌繁殖的结果、是引起腐蚀的主要原因之一；细 菌:硫酸还原菌（SRB）510m，腐生菌10 30m和铁细菌，大部分表面带电荷;无机盐：高矿化度、高氯离子含量、高结垢离子含 量、高Fe2+含量；,采油污水的特点,较高的储层伤害性较强的

3、腐蚀性不同程度的结垢性,污泥堆放现场,目前常用的处理工艺,（一）重力沉降处理工艺油站来水一次除油罐粗粒化罐缓冲罐外输泵斜板除油罐过滤回注；油站来水-次除油罐斜板除油罐缓冲罐外输泵过滤回注。,（二）压力沉降处理工艺油站来水一次除油罐二次除油罐缓冲罐外输泵压力滤罐回注。油站来水自然除油罐混凝除油罐缓冲罐压力滤罐回注。,（三）沉降除油和气浮工艺油站来水一次除油罐（接收罐）气浮选机缓冲罐过滤回注。（四）水力旋流工艺油站来水水力旋流器回注。采用该工艺的联合站来水经水力旋流处理后，水中含油可由500mg/L降至30mg/L以下。,（五）深度处理工艺油站来水一、二级沉降除油一气浮混凝沉降过滤离子交换柱回用。

4、该工艺为多种处理工艺的组合，主要针对污水回用而进行的，污水处理效果较好，可回用作为蒸汽锅炉用水。该工艺在我国北方某些油田应用较多。,上述处理工艺主要以去除污水中的悬浮固体、油为主，处理后水的腐蚀、结垢控制主要依靠在水中加入缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂的方式来进行。导致各种处理过程相对独立、协调性差、处理成本高、处理后水质不稳定。,油气田含油污水综合处理技术,采油污水回注处理研究要解决的主要问题处理后水质腐蚀速率的有效控制处理后水的稳定性及与地层水的配伍性处理后水对储层伤害的影响产出污泥的无害化处理,含油污水处理的技术思路：针对具体污水的性质特点，将絮凝、防腐、阻垢、杀菌和储层保护等环节进行综合考虑，

5、避免了单独处理环节出现的药剂之间相互影响、相互制约的不足，保证最终水处理效果。,技术路线采用各种分析方法和手段，如：激光粒度仪、“吸附聚集-射线衍射法”、失重及电化学方法等，系统研究油气田含油污水的组成、性质及变化规律。,技术路线,通过对有机聚合物与无机絮凝剂混合稳定性研究，开发适合不同油气田含油污水特点和处理要求的有机阳离子聚合物与无机聚合物复配的一体化高效絮凝剂药剂体系，解决有机聚合物与无机絮凝剂需分别加药和处理效果较差的难题。,技术路线应用失重和电化学方法、-衍射技术、灰关联分析技术，系统研究不同油气田含油污水的腐蚀因素及其交互作用，形成了一套适合不同性质含油污水的腐蚀控制技术，克服了单

6、因素研究中对影响腐蚀的主要因素判断不准确、制定的措施针对性较差的问题。,技术路线应用化学分析、吸附凝聚-衍射技术，系统研究不同油气田含油污水的结垢类型、结垢机理及影响因素；应用岩心驱替实验、扫描电镜定位检测技术等，研究了处理后水与地层水的配伍性和对岩心渗透率的影响；应用诱导结晶、絮凝除垢方法，研究了高结垢污水除垢和水质稳定问题，建立针对不同含油污水性质的防垢技术和方法。,技术路线将化学氧化与絮凝技术有机结合在一起用于高含铁含油污水处理中，使含油污水中的有害离子在一定pH值下，实现价态转化并作为絮凝剂的有效组分，与后续加入的无机聚合物类助凝剂形成复合絮凝剂并直接用于含油污水处理中，提高了含油污水

7、的处理效果、降低了污水处理成本，克服了污水处理中污泥产生量大、处理后水易结垢的难题。并对含油污泥进行固化处理，实现含油污泥资源化利用。,技术路线通过岩心流动实验和-衍射技术，分析了不同油田的储层特征和潜在伤害因素；应用计算机网络模型，系统研究了固体颗粒、油珠在地层多孔介质中的运移、沉积和堵塞规律，同时考察固体颗粒大小和浓度、油珠大小和浓度、结垢种类和结垢量大小、孔隙参数、注入流速等因素对储层渗透率的影响，确定出含油污水回注过程中产生油层伤害的机理和影响因素，为注水开发过程中污水处理水质指标的确定奠定基础。,技术路线在系统研究含油污水絮凝、缓蚀、阻垢、杀菌等各个处理过程相互影响的基础上，综合考虑

8、各操作单元与整体处理效果的关系，通过药剂配伍性研究和处理工艺的优化，将絮凝与防腐、阻垢、杀菌技术进行有机组合，实现含油污水处理与防腐技术、防垢技术的有机统一，提高污水处理效果和效率，降低污水处理综合成本。,油气田含油污水回用综合处理应用案例,1.哈得4清污混注处理技术,2004年，哈得4油田注水采用清水、污水单独处理再分别回注的方式。这种方式一是增加地面工程投资和操作的工作量；另外也因两种水质间的差异，增大了注入水在地层结垢的可能性，同时造成注入水产生腐蚀、结垢的因素的复杂化。,哈得4清污混注处理技术研究通过系统研究混合水结垢量和结垢速度与混合时间、混合温度、晶种加入情况等因素的关系以及除垢后

9、混合水的结垢量与放置时间、放置温度及阻垢药剂种类及加量的关系，得出了清污混注技术的处理方法为：先将两种水混合一定时间后，调整混合水的pH值，再加入无机絮凝剂与PDM组成的絮凝剂后，沉降、加阻垢剂、过滤，确保注入水的水质的稳定。,研究工作,含油污水、注水用清水的水质分析；确定混合后水腐蚀、结垢的主要因素；混合水中的离子反应及特征研究；清污混合水的絮凝处理研究及工艺参数研究；处理后水与地层水配伍性研究；储层物性影响的研究；最佳处理工艺方案的确定。,研究结果,处理工艺为：污水与清水64混合后与pH调节剂混合后，加入无机絮凝剂、有机絮凝剂及10%的回流污泥，经过该缓冲罐的沉降后，加入杀菌剂、阻垢缓蚀剂

10、，并经过过滤器过滤后外输。清、污混合并经过处理后，处理后水的pH、含油量、悬浮物含量可分别达到7.0、0.6 mg/L、2.2 mg/L；总铁含量小于0.1mg/L。细菌含量可控制在101个/ml左右，平均腐蚀速率低于0.02mm/a；处理后水对HD1-10岩心渗透率伤害率较低，为20%以内，说明混合水经过处理后对中等渗透地层是适合的。,2.长庆气田高含铁含油污水处理技术,由于含油含甲醇污水体系复杂，具有“四高一低”的特点，导致在含油含甲醇污水处理过程中存在严重的腐蚀、结垢、堵塞、甲醇回收效率低、环境污染严重等复杂问题。同时在天然气集输和净化处理中使用的加热炉、蒸汽锅炉和循环冷却水系统，也往往

11、存在严重的腐蚀、结垢问题，使天然气开采、处理过程中存在严重的安全隐患。,含油含甲醇污水综合处理方法和处理工艺流程,研究成果自2000年应用以来，系统未产生任何堵塞和腐蚀穿孔问题，实现了甲醇回收装置连续、平稳运行，塔顶甲醇合格率由原来的2345%提高到99%以上、塔底出水合格率由原来的4055%提高到100%。系统单位能耗从原来的0.39t蒸汽/m3污水降至0.29t蒸汽/m3污水，解决了甲醇回收系统结垢、堵塞和管线设备的腐蚀以及甲醇回收效率低、污水回灌不达标等问题，提高了甲醇回收装置的处理效率和处理能力。由于气田高含醇、含铁、含油污水处理在国内尚属首次。该项技术已获发明专利(专利号为：ZL 0

12、2 1 03913.5)，并获得中国石油天然气集团公司技术创新二等奖。,经过几年的运行，该工艺逐渐暴露出了许多问题：污泥残渣量大 工人劳动强度大 污水处理费用偏高 等,注入水的腐蚀得到了根本控制,1996年，中原油田开始推广应用“油田注入水水质改性技术”,3.中原油田含油污水处理与回用技术,技术路线,通过腐蚀、结垢因素的分析，研究影响采油污水腐蚀速率、结垢的主要因素，建立相应的控制措施。通过化学氧化/絮凝技术，实现铁离子的转变，降低污水处理过程的污泥量，提高出水水质，实现污水处理过程与防腐、防垢的统一。应用固化方式，对含油污泥进行无害化处理，研究污染物的扩散规律，为其资源化应用奠定基础。,中原

13、油田采油一厂文一、文三污水站处理量分别为13000和16000m3/d，濮二、濮三污水站处理量分别为13000和26000 m3/d，自2002年先后应用该技术，污泥产生量降低了60%，处理成本由0.8元/m3降低到0.55元/m3，解决了高含铁含油污水处理中产泥量大、处理后水结垢严重和处理成本高的问题。该研究成果通过了陕西省科技成果鉴定，被认定达到国际先进水平，并获河南省科学技术进步二等奖。,对油层物性影响的扫描电镜研究,岩芯浸泡前的扫描电镜照片,岩芯浸泡后的扫描电镜照片,驱替前人造岩心入口的扫描电镜照片,驱替后人造岩心入口的扫描电镜照片,在含油污水处理的同时，应用固化技术，对产生的含油污泥

14、进行固化处理，将其制成抗压强度15Mpa的建筑材料（如下图所示）。,4.胜利油田三次采油含油污水处理与回用技术,本研究首先采用液相色谱、凝胶色谱对污水中残留的聚合物进行分析。然后研究了PDMDAAC的分子量、加量和聚合铝浓度、加药顺序以及搅拌状况等对处理效果的影响，确定出三次采油含油污水回注处理方法，并对含油污水进行混凝沉降和过滤处理。孤岛采油厂孤一联处理后的水质为：透光率98%、悬浮物1.2mg/L、含油量10mg/L,结垢量37mg/L，腐蚀速率0.057mm/a。处理后水性质稳定，与地层水具有良好的配伍性。,5.辽河油田稠油含油污水处理与回用技术,本研究应用絮凝-除硅一体化技术对辽河油田

15、稠油含油污水进行处理，使预处理后水中含油量为1.8mg/L、悬浮物含量为4.32mg/L、含硅量45.2mg/L。预处理后污水再经过脱硬、除氧过程后，可达到了注汽锅炉进炉水质标准。采用开发出的WGT-901型缓蚀阻垢剂进行缓蚀阻垢处理后，锅炉水对碳钢的腐蚀速率0.049 mm/a、黏附速率1.12mcm，蒸汽系统腐蚀速率0.042 mm/a。,污水处理药剂成本由原来的4.9元/m3降为3.3元/m3。用除硅污泥制备的固化材料抗压强度强可达到13.4MPa以上。除硅污泥资源化处理已申请国家发明专利2项（申请号分别为：200510105806.8和200510105808.7）,6.江苏油田含硫高

16、结垢含油污水处理与回用技术,本研究采用污泥回流絮凝过滤工艺对江苏油田含硫高结垢含油污水进行处理后的水质为：悬浮物1.2mg/L、含油量1.0mg/L,结垢量12mg/L，腐蚀速率0.004mm/a。处理后水性质稳定，与地层水具有良好的配伍性。从根本上解决了含硫、高结垢污水对回注管线和地层的堵塞问题。,研究水平及取得的成果,稠油污水处理与回用技术集成研究及示范工程(国家“十五”科技攻关计划)；2005年通过国家科技成果验收，总体达到国内领先、部分达到国际先进水平；高效絮凝剂及强化处理技术研究(CNPC“九五”科技攻关项目)；01年通过CNPC科技成果验收，达到国内领先水平，03年获陕西省科技进步

17、二等奖；并被科技部列为国家科技成果重点推广项目；中原油田采油污水除铁降泥技术研究；2002年通过河南省科技成果鉴定，达到国际先进水平(获河南省科技进步二等奖)；油层产出污水回注造成地层损害及储层保护技术研究；2000年陕西省科学技术进步叁等奖；,提高低渗透油田注水开发效果的驱油机理、方法和技术研究；获1999年中国石油天然气集团公司科技进步叁等奖；长庆气田甲醇回收系统缓蚀阻垢与污水综合处理技术研究；课题组成员与合作单位联合申请并获发明专利（ZL 02 1 03913.5）；中原油田文一污低污泥污水处理技术研究；2002年11月通过陕西省科技成果鉴定，被认定达到国际先进水平；陕北气田含油、含甲醇

18、污水综合处理技术研究；获2007年度陕西省科技进步一等奖。,在这一研究领域，共承担相关课题40余项，完成的相关课题30余项，其中国家攻关课题1项，国家自然科学基金课题2项，CNPC攻关课题1项；发表相关学术论文56篇，其中被SCI收录5篇、被EI收录34篇。获得发明专利2项、实用新型专利2项。上述研究工作依托的的平台：“陕西省油气田环境污染控制与储层保护”重点实验室；“陕西省油气钻采与污染控制工程技术研究中心”。,多年来，在完成相关研究课题的过程中，形成了以张宁生教授（博士生导师）为学科带头人，屈撑囤、任晓娟教授和吴新民、王新强、刘晓娟副教授等多名中青年学术骨干、十余名博士、硕士研究生的研究团

19、队，其中教授（博士生导师）3人，副教授5人，博士、硕士17人。,获奖科研成果有,气田污水综合处理与防腐阻垢技术；2007年陕西省科学技术壹等奖；高效絮凝剂及强化处理技术研究；2003年陕西省科学技术贰等奖,2002年西安市科学技术壹等奖；中原油田采油污水除铁降泥技术研究；2003年河南省科学技术贰等奖；提高低渗透油田注水开发效果的驱油机理、方法和技术研究；1999年度中国石油天然气集团公司科学技术进步叁等奖；油层产出污水回注造成地层损害及储层保护技术研究；2000年度陕西省科学技术进步叁等奖；气田含甲醇污水处理工艺技术研究与应用；2003年中国石油天然气集团公司技术创新二等奖（由长庆油田申报）,陕北气田含油、含甲醇污水综合处理技术研究；2006年陕西省环境保护科技进步壹等奖 油层产出污水回注造成地层损害的研究；1997年陕西省教育委员会科学技术进步贰等奖；在该研究领域，先后共获得省部级一等奖1项、二等奖3项、三等奖2项；其他各种奖励7项。,谢谢大家！,