SAGD采油汙水的油水分離方法 - 汙水處理

2016-07-20 13:59:39 user2

隨著原油性質日趨惡劣,開采難度也隨之上升。蒸汽輔助重力泄油(SAGD)是提高超稠油采收率的有效方法,並在加拿大得到廣泛應用〔1〕。我國開展的SAGD先導試驗也已經取得巨大進步,但在先導試驗中油田采出液乳化程度高且複雜,含油量高、乳狀液極其穩定〔2〕。傳統破乳劑處理後的汙水很難達到回注要求,給生產帶來較大的困難。

  理論上破乳劑多應用於原油脫水,絮凝劑主要應用於汙水除油〔3〕。但大量室內試驗及現場經驗表明,同時使用這兩種藥劑將取得更好的油水分離效果〔4〕。筆者對SAGD采油汙水水質特性及乳化特性進行了分析,開發出對O/W型乳狀液具有高效破乳性能的藥劑,考察了不同破乳劑的處理效果,確定最佳破乳劑的投加類型及投加量,汙水處理後可達到油田回注水水質標準。

  1 試驗部分

  1.1 試劑、材料和儀器

  SAGD采油汙水取自國內某油田公司。無機破乳藥劑1#(硫酸鋁)、2#(硫酸鋁與過硫酸銨混合)、3#(硫酸鐵與過硫酸銨混合)、4#(硫酸鐵)均為中國石油大學(北京)環境中心自備藥劑,陽離子聚丙烯酰胺PAM 1#(611BC)、PAM 2#(851BC)、PAM 3#(859BS)均為德國天使公司生產,陽離子聚丙烯酰胺PAM4#(FO4190SH)、PAM5#(FO4440SH)、PAM6#(FO4800SHSH)均為法國愛森公司生產,聚合氯化鋁PAC及聚合硫酸鋁PAS均為分析純。

  儀器:JYW-200型表麵張力儀,承德大加公司;Zetasizer Nano ZS分析儀,麥克默瑞提克(上海)儀器有限公司;754紫外-可見分光光度計,上海舜宇恒平科學儀器有限公司;OIL460型紅外分光測油儀,北京華夏科創儀器技術有限公司。

  1.2 分析方法及試驗方法

  受時間及溫度等條件影響,現場取回水樣放置後會出現輕微沉澱現象,但由於該采油汙水乳化穩定性強,放置較長時間及溫度變化對其水質穩定性影響較小。同時每次取樣前都對采樣容器進行充分震蕩,且水樣從采樣容器轉移至燒杯過程中采取少量、多次、折返加樣的方式,盡量保證試驗水樣水質的均一性及穩定性。采油汙水的各項水質分析指標、分析方法參考《水和廢水監測分析方法》(第4版)。

  在采油汙水乳化特性測定中,采用表麵張力儀測定表麵張力,采用庫倫特粒度儀測定粒徑分布及平均粒徑,采用Zeta電位儀測定Zeta電位。

  破乳試驗:取國內某油田采油汙水乳狀液,在65 ℃(該油田原油的密度在溫度>40 ℃時小於水的密度,汙水溫度>90 ℃時有毒有害物質易揮發)水浴中恒溫0.5 h,加入破乳劑,用電動攪拌機攪拌均勻,靜置一定時間,測定破乳後水中的油。

  絮凝試驗:在燒杯中加入1 L經破乳處理後的水樣,快速攪拌下(200 r/min)加入一定量的絮凝劑,繼續快速攪拌1 min,然後慢速攪拌(40 r/min)15 min,靜置沉降30 min,取上清液測定水樣中的油、懸浮物。為盡量模擬現場條件,絮凝溫度為55 ℃。

  2 結果與討論

  2.1 油田采油汙水水質特性

  由於受到原油中膠質、瀝青質、驅油劑以及地層天然顆粒物等影響,油田采油汙水的水質各異且比較複雜,處理難度較大,回注效率低。對SAGD采油汙水進行了常規的水質分析,充分了解油田采油汙水的水質特性,見表 1。

無縫氣瓶生產商,密閉取樣器,自動切水器,截油排水器

  如表 1所示,該采油汙水含油高達15 000 mg/L以上,懸浮物高達20 000 mg/L以上,硫近300 mg/L,電導率接近2 000 μS/cm,同時汙水中的Fe2+含量較高。較高的Fe2+會導致水滴聚結及水滴與水相間的融合變得困難,逐漸在油水界麵層區域形成油水過渡層,增強水樣的乳化穩定性〔5〕。

  2.2 油田采油汙水的乳化特性

  從汙水水質來看,SAGD采油汙水乳化現象嚴重,這不僅會增加處理難度,甚至會影響正常生產。為充分了解SAGD采油汙水的乳化程度,對其乳化特性進行了分析,結果如表 2所示。

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  表 2數據表明該汙水乳化程度嚴重。汙水表麵張力小於蒸餾水的表麵張力,說明采油汙水存在一定程度的乳化現象;油珠平均粒徑

  2.3 油田采油汙水的破乳-絮凝處理效果

  (1)破乳劑的篩選。因SAGD采油汙水乳化穩定性較強,試驗選取PAM1#~PAM6# 以及無機藥劑1#~4#來篩選破乳劑。在破乳溫度為65 ℃、停留時間為1 h時,根據水樣表觀特征及部分試驗數據選擇高效藥劑,結果如表 3所示。

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  當PAM1#~PAM6#投加量為20 mg/L時,處理後的水樣無明顯變化,同樣,當無機藥劑1#與4#投加量為1 000 mg/L時,處理後的水樣也沒明顯變化,說明無論是PAM藥劑或無機藥劑1#、4#都對SAGD采出汙水的破乳效果較差;無機藥劑2#投加量為1 000 mg/L時,破乳後水樣含油959.8 mg/L,除油率為94.8%,無機藥劑3#投加量為1 000 mg/L時,破乳後水樣含油1 215.5 mg/L,除油率為93%,此兩種無機藥劑對於SAGD采油汙水的破乳有較高的處理效率。

  (2)投加量的確定。在破乳劑篩選試驗中,雖然無機藥劑2#與3#破乳效率較高,但1 000 mg/L的投加量也已超出了工程應用範圍。通過試驗減少2種破乳劑的投加量並考察其破乳效率,破乳溫度為65 ℃,停留時間為1 h,結果如圖 1所示。

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 圖 1 無機藥劑投加量對破乳後水樣含油的影響

  圖 1表明,隨著2種無機藥劑投加量的減少,破乳後水樣含油逐漸升高;藥劑投加量在650~1 000 mg/L範圍內時,含油量變化平緩,但投加量

  當停留時間為2 h、無機藥劑2#投加量為500 mg/L時,處理後水樣含油可降至2 258.6 mg/L,與停留時間為1 h、藥劑投加量為650 mg/L的破乳效果相當,如圖 2所示。當停留時間為2 h,藥劑投加量

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 圖 2 不同停留時間下藥劑2#投加量與水樣含油的關係

  (3)絮凝劑複配試驗。在破乳溫度為65 ℃、停留時間為2 h時,投加500 mg/L的無機藥劑2#,破乳後水樣含油2 258.6 mg/L,遠遠高於油田回注水的水質標準要求,擬與絮凝劑進行複配試驗。選用絮凝劑PAM1#~PAM6#進行絮凝試驗,結果表明,PAM6#對破乳後的SAGD采油汙水絮凝效果較好。考察PAM6#投加量對絮凝效果的影響,如表 4所示。

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  由表 4可見,當PAM6#投加量在2 mg/L以下時,絮凝效果一般;投加量達到2 mg/L後,水樣絮凝效果明顯,小油珠及懸浮物迅速上浮,水樣變得清亮;當投加量達到2.5 mg/L時,絮凝後水樣含油27.0 mg/L,懸浮物為9.8 mg/L,根據油田采油汙水回注水控製標準(懸浮固體

  3 結論

  針對SAGD采油汙水乳化現象嚴重、穩定性高的特點,篩選出合適的破乳劑與絮凝劑,並進行複配試驗研製出複合型藥劑,使其達到油水分離的目的。(1)SAGD采油汙水的油、懸浮物、硫等均偏高,其中較高的Fe2+會增強汙水乳化穩定性。(2)該汙水乳化程度嚴重,油水分離較難;同時該汙水體係中油珠負電性很強,導致乳化體係非常穩定。(3)試驗結果表明,當破乳溫度為65 ℃、停留時間為2 h時,投加500 mg/L無機藥劑2#,在破乳後水樣中投加2.5 mg/L的PAM6#後,絮凝效果明顯,處理後水樣達到油田回注水的水質標準要求。