一種控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法及裝置的製作方法
2023-04-26 23:23:16
專利名稱：一種控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是三次採油聚合物驅油地面工藝技術中，運用採出汙水稀釋聚合物母液技術，具體涉及的是一種控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法及裝置。背景技術：
隨著油田開發進入高含水期，地面系統中的採出汙水量在逐年增多，按照適宜於不同滲透率地層的注入水水質控制指標，對這類汙水開展相應處理並進行回注，已成為目前油田採出汙水綜合治理的最佳方案。同樣，在三次採油聚合物驅開發區塊，為節約寶貴的清水資源，研究應用了以採出汙水稀釋聚合物母液來完成單井配注。然而，礦化度高、還原性物質含量多、菌類大量滋生的採出汙水水質特性將顯著影響到其稀釋聚合物溶液的工作粘度。目前，現有技術中對於降低汙水配製聚合物溶液粘度損失的方法主要有減小汙水礦化度法、投加粘度穩定劑法、藥劑螯合法和汙水曝氧法，其中，汙水曝氧法旨在增加水體含氧量，消除還原性物質，逸出可攻擊聚合物分子鏈的自由基(0·)，殺滅、減少硫酸鹽還原菌等厭氧菌，避免聚合物分子鏈發生大範圍降解，保證配聚粘度。油田常用的射流曝氧和空壓曝氧兩種技術均是基於此原理，並且在長期應用中從簡化結構、提高運行穩定性等方面得到了改進，但二者對所處理配聚水質的合理含氧量尚無科學界定，也無專門針對此的報導，實際中只是對來水進行籠統處理，或造成曝氧不徹底而引起所配製聚合物溶液產生較大的粘損，或造成氧含量過高而給高分子聚合物帶來新一輪的氧化降解。降低汙水配製聚合物溶液粘度損失，已成為聚合物驅油田地面工程系統精細化的一個亟待解決問題。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法，本發明的另一個目的是提供控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法使用的裝置，它用於解決現有技術中汙水配製聚合物溶液粘度損失大的問題。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是這種控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法
一、通過變頻調速旋渦泵將採油汙水以一定流量泵入立式集水罐，同時打開立式集水罐進氣管閥門，開啟空氣壓縮機，壓入空氣，空氣在立式集水罐中沿溶氣室中多組螺旋狀不鏽鋼絲螺旋上升，又通過微孔擋板進入氣體釋放室，使採油汙水在立式集水罐中曝氣充氧；
二、調節立式集水罐頂端面上排氣球閥的開度，控制罐內氣液混合壓力不低於0.IMPa, 使空氣和水在立式集水罐的溶氣室發生充分接觸、溶解、能量傳遞；
三、記錄曝氣充氧時間，利用與排水管對接的溶解氧測定儀監測上述流量來水在作用時間內的含氧量，得到某一定流量下，曝氧壓力、曝氧時間與處理後水質含氧量的變化關係；
四、承接曝氣處理至不同含氧量的汙水稀釋聚合物母液，測定粘度，建立汙水氧含量與其配聚濃粘特徵的變化關係，進行平行試驗，重複測定各體系粘度值，得到可實現平均粘損最低時的曝氧量，確定汙水體系最佳的氧含量；
4五、繼續調節旋渦泵轉速，得到系列進水流量下實現最佳氧含量所對應的曝氧壓力、曝氧時間，並根據氣體狀態方程及空氣中氧氣所佔的體積比，擬合建立出達到最佳氧含量時對應進水流量與曝氧壓力、曝氧時間之間的函數關係Q=f (P，t，k)，其中k為綜合了有效作用氣體體積及氧氣溶解比率的常數。六、按照上述步驟四、五獲得的汙水體系最佳的氧含量及運行參數間關係，將採油汙水泵入立式集水罐，以與此最佳氧含量相對應的流量、壓力、時間參數進行曝氧，通過溶解氧測定儀實時監測，並調參控制採油汙水曝氧後的含氧量達到汙水體系最佳的氧含量， 再利用曝氧處理後的汙水稀釋聚合物母液。上述方案中採油汙水為經過混凝除油、過濾除雜後的新鮮汙水。上述方案中汙水含氧量測定採用隔膜電極法。上述方案中汙水曝氣處理後稀釋聚合物母液，混配聚合物溶液濃度為1000 2500mg/Lo上述控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法使用的裝置，包括空氣壓縮機、漩渦泵、電磁流量計、立式集水罐和溶解氧測定儀，立式集水罐自其底端面由下向上分別為溶氣室和氣體釋放室，溶氣室和氣體釋放室由微孔擋板隔開，底端面在中心軸線兩側固定有進氣管和排水管，排水管與溶解氧測定儀相連接，立式集水罐側身安裝進水管，進水管外接電磁流量計和漩渦泵，溶氣室中自底部到微孔擋板處繞置多組螺旋狀不鏽鋼絲。上述方案中立式集水罐為不鏽鋼材質，溶氣室中不鏽鋼絲的絲徑為0.2mm;溶氣室和氣體釋放室的容積比為1:3，立式集水罐頂端面沿中心軸線位置安裝排氣用的1/4球閥。上述方案中溶氣室中多組螺旋狀不鏽鋼絲分布情況為，有一組螺旋狀不鏽鋼絲位於立式集水罐的中心，其周圍圍繞並相互毗鄰支撐著其它的螺旋狀不鏽鋼絲組，其它的每組螺旋狀不鏽鋼絲又通過焊接在溶氣室內壁的楔形鉤固定，並相互毗鄰支撐，防止受到氣液流的衝擊而傾斜、變形。上述方案中進水管安裝在氣體釋放室1/3高度的位置，進水管上方安裝壓力表， 壓力表安裝在氣體釋放室1/2高度的位置。上述方案中微孔擋板上按IOmm等間距分布直徑為5mm的微孔。有益效果
(1)本發明汙水進入立式集水罐時，採用了變頻調速旋渦泵泵入方式，便可以模擬不同流量條件，得到系列流量下實現汙水最佳含氧量時的曝氣充氧時間、曝氧壓力，從而可建立關聯式確定在油田地面曝氣處理環節中不同汙水量規模下的空氣與水混合接觸、作用時間，以及運行壓力；再次，溶氣室中繞置多組呈螺旋狀的不鏽鋼絲，增大了空氣與水的接觸面積，延長了接觸時間，易於粒徑不等的連續氣泡形成，引起氣體及氣泡的多向分散、繞流與碰撞，促進了氣泡變小、溶解和能量傳遞，保證了在其它條件一定時曝氧過程的充分；與此同時，微孔擋板使溶氣過程向氣體釋放過程很好地過渡，既通過溶氧消除了水體中的還原性物質，殺滅、減少了硫酸鹽還原菌等厭氧菌，又使反應所形成可攻擊聚合物分子鏈的自由基(0·)從水中儘量逸出，避免處理後汙水配聚時發生分子鏈降解而引起粘損；另外，同常用先取小樣、再實驗測定的思路相比，其排水管直接與溶解氧測定儀相連接，將保證處理汙水中溶解氧含量測定結果的準確性，消除了流場改變、外界大氣環境條件改變等可能帶來的幹擾；同時，同步排出曝氣處理至不同含氧量的汙水進行後續配聚試驗，將形成一套集汙水高效處理、合理回用於一體的科學、可靠的技術手段。(2)本發明結構簡單、合理，技術參數規範、可調，方法原理明確、易行，能確定適用於不同類別採出汙水配注聚合物的最佳氧含量，將科學而有效地解決運用曝氧技術處理汙水的合理氧含量界定模糊的問題，可操作性和實用性強。(3)本發明填補了一直以來油田地面工程汙水曝氧處理工藝運行籠統，對配聚回用汙水曝氧處理的合理含氧量尚無科學界定的空白，能夠為工業生產運行中關鍵工藝參數確定、調整提供科學依據，既可應用在油田生產研究領域，又可推廣應用到化工、環保等與汙水綜合治理密切相關的其它領域。四
圖1為本發明裝置的結構示意圖； 圖2是圖1的A-A俯視圖； 圖3是圖1的B-B俯視圖。1立式集水罐2溶氣室3氣體釋放室4微孔擋板5支撐腳 6進水管7 進氣管 8排水管 9壓力表10球閥 11不鏽鋼絲 12空氣壓縮機13電磁流量計 14漩渦泵 15溶解氧測定儀。五具體實施例方式
下面結合附圖對本發明做進一步的說明
如圖1所示，這種控制採油汙水混配聚合物粘度損失的裝置包括一個安裝在支撐腳5 上的立式集水罐1，空氣壓縮機12與立式集水罐1的進氣管7連接，漩渦泵14與立式集水罐1的進水管6通過管線連接，二者連接的管線上安裝電磁流量計13，溶解氧測定儀15安裝在立式集水罐1的排水管8上，溶解氧測定儀15可實時對汙水中溶解氧含量進行測試， 測定結果準確，消除了流場改變、外界大氣環境條件改變等可能帶來的幹擾。所述立式集水罐1為不鏽鋼材質，自其底端面由下向上分別為溶氣室2和氣體釋放室3，之間由微孔擋板 4隔開，上述溶氣室2與氣體釋放室3的容積比為1:3，且溶氣室2中呈螺旋狀繞置七組絲徑為0. 2mm的不鏽鋼絲11，可以避免壓縮氣流直進，增大氣體與進水的有效接觸面積，延長接觸時間，易於形成粒徑不等的連續氣泡，同時，能夠引起氣體及氣泡的多向分散、繞流與碰撞，促使氣泡進一步粉碎、溶解，增加曝氧效果，本實施方式中，溶氣室2中七組螺旋狀不鏽鋼絲分布情況為，有一組螺旋狀不鏽鋼絲位於立式集水罐1的中心，其周圍圍繞並相互毗鄰支撐著其它的六組螺旋狀不鏽鋼絲，六組螺旋狀不鏽鋼絲各自又通過焊接在溶氣室2 內壁的楔形鉤固定，並相互毗鄰支撐；立式集水罐1底端面在中心軸線兩側有進氣管7和排水管8，進水管6和壓力表9自下而上分別安裝在立式集水罐1氣體釋放室3的1/3高度和 1/2高度位置，立式集水罐1的頂端面沿中心軸線位置引出一排氣用的1/4球閥。進氣管7 和排水管8上均安裝密封圈，立式集水罐1底端面和頂端面的封頭均與罐內壁採用過盈配合和止動螺釘雙重連接，既保證密封性，又方便清罐和溶氣室2內部件的定期維護。圖2是圖1的A-A俯視圖，它提供了微孔擋板4的結構示意圖，如圖所示，微孔擋板4平面上按IOmm等間距分布Φ 5mm的微孔，微孔擋板4使溶氣過程向氣體釋放過程很好地過渡，避免處理後汙水中由反應所形成的自由基(0·)不能及時逸出而引起配聚時分子鏈降解，造成粘度損失。
圖3是圖1的B-B俯視圖，它提供了不鏽鋼絲11呈螺旋狀繞置的結構示意圖，如圖所示，絲徑為0. 2mm的不鏽鋼絲11自溶氣室2底部到微孔擋板4繞置成螺旋狀，每組通過楔形鉤固定，並相互毗鄰支撐，充分發揮促進氣液分散、繞流、碰撞、溶解與能量傳遞的作用。本發明中漩渦泵14能夠實現變頻調速控制，可模擬不同流量條件，便於得到對應流量下實現汙水最佳含氧量時的曝氣充氧時間。本發明控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法
一、通過變頻調速旋渦泵14將經過混凝除油、過濾除雜後的新鮮汙水以一定流量泵入立式集水罐1，同時打開立式集水罐1進氣管閥門，開啟空氣壓縮機12，壓入空氣。二、調節立式集水罐1頂端面上排氣球閥10的開度，控制罐內氣液混合壓力不低於0. IMPa，使空氣和水在立式集水罐的溶氣室2內發生充分接觸、溶解、能量傳遞。三、記錄曝氣充氧時間，利用與排水管8對接的溶解氧測定儀15監測該流量來水在作用時間內的含氧量，得到某一定流量下，曝氧壓力、曝氧時間與處理後水質含氧量的變化關係，汙水含氧量測定採用隔膜電極法。四、利用上述得到的不同含氧量的汙水分別去稀釋聚合物母液，稀釋聚合物溶液濃度為1000 2500mg/L，依次測定粘度，建立汙水氧含量與其配聚濃粘特徵的變化關係， 進行平行試驗，重複測定各體系粘度值，得到可實現平均粘損最低時的曝氧量，確定汙水體系最佳的氧含量。五、繼續調節旋渦泵轉速，得到系列進水流量下實現最佳氧含量所對應的曝氧壓力、曝氧時間，並根據氣體狀態方程及空氣中氧氣所佔的體積比，擬合建立出達到最佳氧含量時對應進水流量與曝氧壓力、曝氧時間之間的函數關係Q=f (P，t，k)，其中k為綜合了有效作用氣體體積及氧氣溶解比率的常數。完成汙水稀釋聚合物母液前期的運行參數的確定任務，為下一步進行利用汙水稀釋聚合物母液工作，提供技術指標，以控制採油汙水混配聚合物的粘度損失。六、利用汙水稀釋聚合物母液，按照上述步驟四、五獲得的汙水體系最佳的氧含量及運行參數間關係，將採油汙水泵入立式集水罐1，以與此最佳氧含量相對應的流量、壓力、 時間參數進行曝氧，通過溶解氧測定儀15實時監測，並調參控制採油汙水曝氧後的含氧量達到汙水體系最佳的氧含量，再利用此曝氧處理後的汙水稀釋聚合物母液。由此，本發明前五步為第一個階段，是為利用汙水稀釋聚合物母液任務進行的前期技術參數界定，第六步是重新開始的第二個階段，是本發明將前五步獲得的參數作為指導和依據，進行的利用汙水稀釋聚合物母液的工作，通過前五步為第六步控制汙水混配聚合物溶液的粘度損失打下基礎。實施例1
採用本發明所述控制採油汙水混配聚合物溶液粘度損失的方法及裝置進行了保密性試驗，使用聚驅採油汙水作為原水，以流量為12m3/h泵入立式集水罐1，並進行本發明第一步至第五步，通過本發明技術方案的第一階段測試，得到進水流量為12m3/h，曝氧壓力 0. 15MPa,曝氧時間7秒鐘時，該汙水體系最佳的氧含量為6. 50mg/L,擬合建立達到此最佳氧含量時對應進水流量與曝氧壓力、曝氧時間之間的關係為 Q=O. 21X32 X 36 00X 106XkXP/ (8. 314X298XD。Xt)式中Q——進水流量，m3/h ； P——曝氧壓力，MPa; t——曝氧時間，秒；
D0——水中最佳的溶解氧含量，mg/L，本實施例中Dq=6. 50mg/L ； k——常數，取值見表1。
表1常數k取值對照表
權利要求
1.一種控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法，其特徵在於這種控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法一、通過變頻調速旋渦泵(14)將採油汙水以一定流量泵入立式集水罐(1)，同時打開立式集水罐(1)進氣管(7 )閥門，開啟空氣壓縮機(12 )，壓入空氣，空氣在立式集水罐(1)中沿溶氣室(2)中多組螺旋狀不鏽鋼絲(11)螺旋上升，又通過微孔擋板(4)進入氣體釋放室， 使採油汙水在立式集水罐(1)中曝氣充氧；二、調節立式集水罐(1)頂端面上排氣球閥(10)的開度，控制罐內氣液混合壓力不低於0. IMPa，使空氣和水在立式集水罐(1)的溶氣室(2)中發生充分接觸、溶解、能量傳遞；三、記錄曝氣充氧時間，利用與排水管(8)對接的溶解氧測定儀(15)監測上述流量來水在作用時間內的含氧量，得到某一定流量下，曝氧壓力、曝氧時間與處理後水質含氧量的變化關係；四、承接曝氣處理至不同含氧量的汙水稀釋聚合物母液，測定粘度，建立汙水氧含量與其配聚濃粘特徵的變化關係，進行平行試驗，重複測定各體系粘度值，得到可實現平均粘損最低時的曝氧量，確定汙水體系最佳的氧含量；五、繼續調節旋渦泵轉速，得到系列進水流量下實現最佳氧含量所對應的曝氧壓力、曝氧時間，並根據氣體狀態方程及空氣中氧氣所佔的體積比，擬合建立出達到最佳氧含量時對應進水流量與曝氧壓力、曝氧時間之間的函數關係Q=f (P，t，k)，其中k為綜合了有效作用氣體體積及氧氣溶解比率的常數；六、按照上述步驟四、五獲得的汙水體系最佳的氧含量及運行參數間關係，將採油汙水泵入立式集水罐(1)，以與此最佳氧含量相對應的流量、壓力、時間參數進行曝氧，通過溶解氧測定儀(15)實時監測，並調參控制採油汙水曝氧後的含氧量達到汙水體系最佳的氧含量，再利用曝氧處理後的汙水稀釋聚合物母液。
2.根據權利要求1所述的控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法，其特徵在於所述的採油汙水為經過混凝除油、過濾除雜後的新鮮汙水。
3.根據權利要求1所述的控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法，其特徵在於所述的汙水含氧量測定採用隔膜電極法。
4.根據權利要求1所述的控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法，其特徵在於所述的汙水曝氣處理後稀釋聚合物母液，混配聚合物溶液濃度為1000 2500mg/L。
5.一種權利要求1所述的控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法使用的裝置，其特徵在於它包括空氣壓縮機(12)、漩渦泵(14)、電磁流量計(13)、立式集水罐(1)和溶解氧測定儀(15)，立式集水罐(1)自其底端面由下向上分別為溶氣室(2)和氣體釋放室(3)，溶氣室(2)和氣體釋放室(3)由微孔擋板(4)隔開，底端面在中心軸線兩側固定有進氣管(7) 和排水管(8)，排水管(8)與溶解氧測定儀(15)相連接，立式集水罐(1)側身安裝進水管 (6)，進水管(6)外接電磁流量計(13)和漩渦泵(14)，溶氣室(2)中繞置多組螺旋狀不鏽鋼絲(11)。
6.根據權利要求5所述的控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法使用的裝置，其特徵在於所述的溶氣室中多組螺旋狀不鏽鋼絲(11)分布情況為，有一組螺旋狀不鏽鋼絲位於立式集水罐(1)的中心，其周圍圍繞並相互毗鄰支撐著其它的螺旋狀不鏽鋼絲組，其它的每組螺旋狀不鏽鋼絲又通過焊接在溶氣室(2)內壁的楔形鉤固定，並相互毗鄰支撐。
7.根據權利要求6所述的控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法使用的裝置，其特徵在於所述的立式集水罐(1)為不鏽鋼材質，溶氣室(2)中繞置不鏽鋼絲(11)的絲徑為 0. 2mm;溶氣室(2)與氣體釋放室(3)的容積比為1 3，立式集水罐(1)頂端面沿中心軸線位置安裝排氣用的1/4球閥(10)。
8.根據權利要求7所述的控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法使用的裝置，其特徵在於所述的微孔擋板(4)上按IOmm等間距分布直徑為5mm的微孔。
9.根據權利要求8所述的控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法使用的裝置，其特徵在於所述的進水管(6)安裝在氣體釋放室(3) 1/3高度的位置，進水管(6)上方安裝壓力表(9)，壓力表(9)安裝在氣體釋放室(3) 1/2高度的位置。
全文摘要
本發明涉及的是控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法及裝置，其中的控制採油汙水混配聚合物粘度損失的方法為通過變頻調速旋渦泵將採油汙水以一定流量泵入立式集水罐，同時壓入空氣，使採油汙水在立式集水罐中曝氣充氧；記錄曝氣充氧時間，利用與排水管對接的溶解氧測定儀監測上述流量來水在作用時間內的含氧量，得到某一定流量下，曝氧壓力、曝氧時間與處理後水質含氧量的變化關係，確定汙水體系最佳的氧含量；以與此最佳氧含量相對應的流量、壓力、時間參數為指導，將採油汙水泵入立式集水罐進行曝氧，再利用曝氧處理後的汙水稀釋聚合物母液。本發明科學而有效地解決運用曝氧技術處理汙水的合理氧含量界定模糊的問題，可操作性和實用性強。
文檔編號C02F1/72GK102276047SQ20111014704
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月2日 優先權日2011年6月2日
發明者劉揚, 龐仁山, 王志華, 鍾會影, 魏立新 申請人:東北石油大學