临南油田注入水改性pH值优化研究

腐蚀电流密度 ,试验结果见图 2。
图 2 不同 pH 值的临南水对 A3 钢腐蚀速度的影响
从图 2 可以看到 ,随着临南水改性后 pH 值的增 加 ,临南水的腐蚀性是逐渐减小的 , 特别是在 pH 值 小于 7. 5 时 ,临南水的腐蚀性减小幅度大 。当 pH 值 大于 7. 5 以后 ,临南水的腐蚀性随 pH 值的增加 , 其 减小程度变缓 。因此 ,单纯从腐蚀性 考虑 ,临南水 改性后的 pH 值越高越好 ( pH > 7. 5 ) 。
高温罐 ,安瓿瓶等各种玻璃仪器 。 石灰乳 (工业品 ,有效含量为 12. 58% ) ,复合碱 (工业品 , 氢氧化钠有效含量为 26. 90% ) , 助凝剂
(工业品 ) ,临南水 (其成分分析见表 1 ) 。
作者简介 : 王业飞 ( 1968 - ) ,男 (汉族 ) ,湖北省天门市人 ,副教授 , 博士后 , 主要从事油田化学及提高采收率方面的教学和研究工 作。
引 言
临南油田位于济阳坳陷惠民凹陷临南洼陷夏口 断裂带西段的双丰鼻状构造 。该构造发育在夏口大 断层的下降盘 , 是受夏口大断层控制的扁平鼻状构 2 造 。其含油面积 11. 7 km , 有效厚度 31. 5 m。其油 层埋藏深 ( 2 490 ～ 3 650 m ) , 地 层 温 度 高 (大 于 100 ℃) 、 地层水矿化度高 (约 40 000 ～50 000 mg /L ) 、 - 3 2 渗透率低 (空气渗透率 145 × 10 μm )等特点 。 临南油田 1993 年投入开发 , 1994 年 7 月注水 ,到 2004 年 12 月底 ,采出程度 19. 29% ,综合含水 86. 4% , 累注采比 0. 36。 临南联污水处理系统承担临南油田所有区块的
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以看出复合碱的增加不明显增加污泥量 , 或者说在 所考察的 pH 值范围内 , 增加复合碱的含量对污泥 的形成不构成明显影响 。这与石灰乳的表现明显不 同。 因此临南水改性采用石灰乳 +复合碱不仅能有 效调节临南水的 pH 值 , 而且又可以产生较少的污 泥量 ,有利于提高了单元设备的运行效果和效率 。 3. 4 临南水 pH 值与结垢的关系 在一般情况下 , 腐蚀结垢是一对相互矛盾的统 一体 , pH 值低 , 腐蚀严重 , 结垢倾向小 ; pH 值高 , 腐 蚀性小 ,结垢倾向增加 。计算了不同 pH 临南水体 系对应的碳酸钙相对饱和系数 ,列于表 4。相对 饱和系数越大 ,碳酸钙结垢趋势越大 。
表 3 用石灰乳 +复合碱调节的不同 pH 值的临南水
复合碱加量 / ( g /L )
pH 值 0 7. 56 0. 0625 7. 90 0. 010 8. 17 0. 015 8. 62 0. 202 9. 13
从表 4 可以看到 ,临南水改性后的 pH 值越高 , 结垢趋势越大 。因此 , 临南水改性的 pH 值不宜过 高。 为研究临南水不同改性 pH 值条件下的结垢 量 ,进行了临南水在不同改性 pH 值条件下的静态 结垢模拟 ,由此判断临南水改性前后的碳酸钙结垢 量 。图 5 为 90 ℃ 和 120 ℃ 的试验结果 。
西南石油学院学报 2006 年
用在污水中加入碱 ,调整污水的酸碱度 ,使污水中的
矿化度 / pH HCO 3- (mg/L ) 值
380 39920 6. 67
化学平衡得以破坏 , HCO3 不断离解为 CO3 和 H , 大量的 CO3 与 Ca 反应生成 CaCO3 沉淀 , Fe 生 成 Fe (OH ) 3 沉淀 , 利用助凝剂的网捕作用 , 与系统 中的悬浮固体等一同快速沉降 ,从系统中排出 ,使腐 蚀结垢受到抑制 , 形成不利于硫酸盐菌等细菌生长 [2] 的水体 ,水质变为相对稳定的水 。主要反应机理 [3] 如下 : 2( 1) OH + HCO3 CO3 + H2 O
由于污水自不同的地层 , 具有较高的矿化度和 温度 ,同时含有未除干净的原油 、 大量的悬浮物 , 使 污水变得异常复杂 ,水中的 HCO3 、 游离的 CO2 和大 量的细菌等在偏低的酸碱度下使水质极不稳定 。采
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临南油田注入水改性 pH 值优化研究
王业飞 ,丛洪良 ,王冬梅 ,曹方起 ,由庆
1 2 2 2 1
①
( 1. 中国石油大学 (华东 ) 石油工程学院 ,山东 东营 257061; 2. 中国石化胜利油田有限公司临盘采油厂 ,山东 临邑 257231)
摘要 : 临南油田产出水矿化度高且呈弱酸性 ,导致处理后的注入水腐蚀性强 、 结垢严重 ,注入水严重不达标 。研究了 注入水水质改性的工艺原理以及注入水改性 pH 值与腐蚀性 、 污泥量和结垢的关系 ,确定了临南油田注水改性优化的
第 28 卷 第 6 期 西 南 石 油 学 院 学 报 Vol. 28 No. 6 2006 年 12 月 Journal of Southwest Petroleum Institute Dec 2006 文章编号 : 1000 - 2634 (2006) 06 - 0081 - 04
[5 - 6]
图 3 临南水不同石灰乳加量的 pH 值与产生的污泥量关系
表 4 不同 pH 值临南水的碳酸钙相对饱和系数
pH 值 6. 73 7. 10 7. 24 7. 56 7. 83 8. 18 8. 54 8. 96 9. 28 4. 52 4. 83 4. 98 5. 23 5. 44 5. 80 6. 03 6. 49 6. 80
来 ,注水水质逐年恶化 , 由于注入水水质不达标 , 腐 蚀、 结垢 (碳酸钙垢 )问题突出 ,悬浮物含量严重超标 , 造成地层堵塞 ,影响了油田开发效果 ,产量逐年递减 。 为了提高注水开发效果 ,达到控水稳油的目的 ,使临 南油田逐渐步入良性循环阶段 ,提出水质改性技术 。 其核心是通过在污水中加入碱性药剂 ,将污水的 pH 值提高到碱性区域 , 使钢铁的电化学腐蚀进入钝化 区 ,利用助凝剂的网 捕作 用将 水中的 悬浮 固体 沉 [1] 降 。水质改性示意图如图 1所示。
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表 1 临南水成分分析表
离子或元素的质量浓度 / (mg/L)
K+ 207. 6 Na + 11997 Ca2 + M g2 + Sr2 + B a2 + 总 Fe 总 S 1805 178 239 16 8. 1 28. 5 Cl 25004
pH 值为 8. 20。临南注入水改性后 ,腐蚀电流密度不及原注入水的 1 /3,污泥量也仅为优化前污泥量的 1 /5,结垢量也
大大降低 。现场应用表明 , 水质主要指标达标 ; 管网井筒结垢 、 腐蚀减轻 ; 注水井增注效果变好 ; 注水井启动压力下 降、 吸水指数提高 ,对油田开发步入良性循环起到积极作用 。 关键词 : 临南油田 ; 水质改性 ; pH 值优化 ; 研究 ; 应用 中图分类号 : TE357. 61 文献标识码 : A
相对饱和系数
泥量与临南水改性后的 pH 值是线性相关的 , 临南 水的 pH 值越高 ,产生的污泥量越大 。 采用石灰乳 +复合碱调节临南水的 pH 值 , 即 先用石灰乳将临南水的 pH 值调至 7. 56, 然后再添 加不同量的复合碱提高 pH 值 。表 3 列出了不同加 入量的石灰乳 +复合碱对应的不同 pH 值的临南水 体系 。而不同 pH 值的临南水体系产生的污泥量结 果见图 4。
OH Ca Fe
22+ 3+
-
2-
+
2 试验方法
2. 1 临南水改性前后对 A3 钢的腐蚀性
采用美国 EG&GΟ PARC 交流阻抗测试系统测定 腐蚀电流密度 ,腐蚀电流密度越大 ,则水的腐蚀性越 强 。测试温度为 50 ℃。所采用的参比电极 、 辅助电 极和工作电极分别为饱和甘汞电极 、 石墨电极和 A3 2 钢柱 (面积 4. 65 cm ,用金相砂纸打磨至 1 200 目 ) 。 腐蚀速度测量过程中 ,在相对于自然腐蚀电位 - 150 ～ + 150 mV 内 进行 电 位 扫 描 , 扫 描 速 率 为
EG&GΟ PARC 交流阻抗测试系统测 A3 钢在体系的
在 50 ℃ 恒温下 ,取一系列的临南水 800 m l,加入 不同量的石灰乳 (或石灰乳 +复合碱 ) 搅拌 , 调节体 系 pH 值 。再加入相同量的助凝剂溶液 (质量浓度 为 2 000 m g /L , 以缩短反应时间和增加污泥富集效 果 ) 8 m l,缓慢搅匀 ,静置 3 h 后使用电动离心机将污 泥富集 ,快速洗涤后真空烘干称重 ,计算污泥的质量。 由此计算临南水所产生的污泥量 ( g/ L ) 。 2. 3 临南水改性前后的结垢量 (碳酸钙 ) 将不同 pH 值的清液分别移入 100 m l锥形瓶和 50 m l安瓿瓶中 , 该清液为临南水添加石灰乳 /助凝 剂或石灰乳 /复合碱 /助凝剂反应沉降 3 h 得到 。将 100 m l锥形瓶放入 90 ℃ 的恒温水浴中 , 24 h后取出 , 使用滤膜过滤后测定其中的钙离子含量 。将 50 m l 安瓿瓶放入高温罐 (高温罐中已放有少量蒸馏水 ) 中 ,在磙子加热炉上至 120 ℃ 恒温加热 24 h 后取出 。 同样使用滤膜过滤后测定其中的钙离子含量 。由于 钙离子以碳酸钙的形式结垢 , 可以计算出 90 ℃和 120 ℃ 下临南水改性前后的结垢量 。
产出污水处理工作 ,处理后的污水回注到上述区块 , 3 2+ 2+ 日处理水量 3 500 ～4 000m ,污水中 Ca 、 Mg 含量 5 在 2 000 mg/L ,硫酸盐还原菌 ( SRB )含量高 ,达 10 个 /
m l, pH 值偏低 ,为 6. 5 ～6. 8。自 1994 年注水开发以
3. 3 临南水 pH 值与产生污泥量的关系
[4]
3 结果与讨论
3. 1 注入水改性工艺原理
单纯采用石灰乳调节临南水的 pH 值 。表 2 列 出了不同加入量的石灰乳对应的不同 pH 值的临南 水体系 。而不同 pH 值的临南水体系产生不同量的 污泥量 ,其关系见图 3。 从图 3 可以看到 , 单纯采 用石 灰乳调 节临 南 水的 pH值与产生的污泥量呈较好的直线关系 ,即污
0. 116 mV / s。 2. 2 临南水改性前后产生的污泥量
+H /M g
+
H2 O + CO
23
( 2) CaCO3 ψ /M gCO3 ψ ( 3 ) ( 4)
2+
2+
3+
+ 3OH
Fe (OH ) 3 ψ
3. 2 临南水 pH 值与其腐蚀性的关系
采 用 石 灰 乳 和 (或 )Байду номын сангаас复 合 碱 调 节 临 南 水 的 pH 值 , 得 到 不 同 pH 值 的 临 南 水 体 系 。 用美国
图 1 水质改性示意图
1 试验仪器 、 材料和药品
电感 耦 合 等 离 子 发 射 光 谱 仪 ( ICPS ) , 美 国 EG&G Ο PARC交 流 阻 抗 测 试 系 统 , 电 动 离 心 机 ,
pHSΟ 25 数显 pH 计 , 真空干燥箱 , 恒温槽 ,滤膜过滤器 ,
① 收稿日期 : 2005 - 04 - 06

第 6 期 王业飞等 : 临南油田注入水改性 pH 值优化研究 表 2 单纯用石灰乳调节的不同 pH 值的临南水
石灰乳加量 / ( g /L) 体系 pH 值
0 6. 67 0. 1375 7. 12 0. 2500 7. 14 0. 8750 1. 156 1. 550 7. 56 7. 96 8. 64