專利名稱：一種油田驅(qū)油用聚合物溶液的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于采油技術領域，涉及一種油田驅(qū)油用聚合物溶液的制備方法，特別是一種通過兩級納濾膜軟化技術配制油田驅(qū)油用聚合物溶液的技術工藝，用于油田開采技術中提高采油量和采油效率。
背景技術：
海上油田采油平臺設計壽命一般在20-30年，海上采油的時間跨度應該與海上平臺的使用壽命相匹配，因此必須采用包括水驅(qū)、化學驅(qū)等在內(nèi)的各種提高采收率技術，完成對可采原油貯量的開采。聚合物驅(qū)油是一種主要的化學驅(qū)油方法之一，目前已在陸上油田得到廣泛應用，聚合物驅(qū)油是海上油田開發(fā)的一項重要的提高采收率舉措。聚合物驅(qū)油技術對配制聚合物溶液用水的需求量大，且對水的硬度和礦化度等都有較高的要求，但目前面臨的挑戰(zhàn)是缺乏適合配聚的淡水和軟化水資源，對于海上油田而言，打水源井的水質(zhì)和水量往往難以滿足要求，并且對深海采油，打井取水經(jīng)濟上不可行；如果用海水直接配聚，則因為海水的礦化度和二價離子含量很高，常規(guī)聚合物所配制的聚合物溶液粘度很低，達不到驅(qū)油效果；在用海水或地層清水配聚時常采用耐鹽聚合物，但耐鹽聚合物的成本相對較高，且直接使用高鹽高硬度水所配制的聚合物溶液注入地層后，溶液中的高鹽度會與地層粘土發(fā)生作用，導致粘土運移等，由此引起地層堵塞和壓力上升。因此，海上油田聚合物驅(qū)油開發(fā)的技術關鍵之一是尋找盡可能保持聚合物溶液粘度，同時又不會引起地層損害的配制聚合物溶液用水。納濾膜技術是一種新型壓力驅(qū)動膜分離技術。納濾膜具有獨特的選擇分離性能，即有效去除溶液中二價、多價離子和分子量大于200道爾頓的有機物質(zhì)，對一價離子的截留率遠低于二價和多價離子，并且膜通量高、操作壓力低。納濾海水軟化技術在油田注水開發(fā)中已有應用，大多以去除海水中易結垢的二價硫酸根離子后直接作為油田采油注入水為目的，如美國馬拉公石油公司專利US4723603A1和美國GE公司專利US2004007358 (Al)所公開的技術，均采用納濾去除海水中易結垢的硫酸根離子，從而避免了注入海水中的硫酸根離子與油層中的高濃度二價陽離子反應生成沉淀，以及由此引起的油層中粘土的毛細通道堵塞和原油產(chǎn)量下降；以上專利均針對注水采油，即二次采油階段；近年來，國內(nèi)開展了納濾技術用于配制驅(qū)油聚合物的三次采油的應用研究，中國專利申請?zhí)?00910016067. 3公開了一種用納濾膜進行海水軟化和采出水的深度處理，并通過清污混注或配聚驅(qū)油，降低油田采油集輸系統(tǒng)與地層結垢的方法。中國專利申請?zhí)?00710113282. 6公開了一種將海水或苦咸水用于油田注水及配聚過程的方法，利用旋流和膜分離集成技術，降低礦化度和有機物含量等，將最終的產(chǎn)品水用于配制驅(qū)油聚合物溶液?，F(xiàn)有技術均采用一級納濾軟化，由于海水體系具有較高的礦化度，采用現(xiàn)有商品化納濾膜的一級納濾軟化裝置的產(chǎn)水往往達不到油田配聚的水質(zhì)需求,造成配制的聚合物溶液的粘度較低,聚合物干粉的使用量較大；并且為達到所需水量，一級納濾過程需要采用較高的操作壓力，或需要大大增加膜元件的數(shù)量等等，這些均導致成本大幅度增加。因此，海上油田注聚開發(fā)的關鍵環(huán)節(jié)之一就是開發(fā)合適的配制聚合物溶液用水，降低配聚用水的礦化度和硬度，有效地解決聚合物溶液粘度下降的問題，并降低注聚成本和后處理成本，提高采油過程經(jīng)濟效益，確保油田穩(wěn)定生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的缺點，尋求設計提供一種油田驅(qū)油用聚合物溶液的制備新工藝技術方案，采用超濾和兩級納濾的集成膜技術生產(chǎn)適合配聚的軟化水，提高聚合物溶液的粘度。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主體工藝步驟包括(I)將海水經(jīng)過市售的電解制氯裝置殺菌殺藻，并經(jīng)過疊片式自清洗過濾器去除原水中粒徑大于50 100 μ m的懸浮顆粒物和藻類，得到過濾海水；海水溫度低時通過換熱器與經(jīng)除油處理的采出水換熱，使過濾海水的溫度升高到10°C以上；(2)將過濾海水用低壓泵輸送至超濾裝置，選用耐污染、截留分子量較小的超濾膜組件去除過濾海水中的微量懸浮物質(zhì)、大分子有機物、殘留油分、藻類和細菌，得到超濾產(chǎn)水；(3)在第一級納濾裝置中，超濾產(chǎn)水由第一級高壓泵加壓，采用對二價陰離子具有高截留率、對二價陽離子具有低截留率的低壓高通量納濾膜元件，產(chǎn)生第一級納濾產(chǎn)水和第一級納濾濃水；第一級納濾產(chǎn)水稱為一級納濾軟化海水，其中的二價陰離子的總含量降低到200mg/L以下，第一級納濾濃水簡稱一級納濾濃水，直接排放；(4)在第二級納慮裝置中，由第二級高壓泵將一股一級納濾軟化海水加壓，另一股一級納濾軟化海水與二級納濾濃水通過能量回收裝置交換能量，并經(jīng)過增壓泵增壓之后，兩股一級納濾軟化海水匯合后進入二級納濾膜裝置，采用對二價陽離子具有高截留率的納濾膜元件，產(chǎn)生二級納濾產(chǎn)水和二級納濾濃水；二級納濾產(chǎn)水又稱為二級納濾軟化海水，其中二價陽離子的總含量降低到200mg/L以下；(5)將二級納濾產(chǎn)水直接進入常規(guī)的配聚裝置，或?qū)⒍壖{濾產(chǎn)水與部分一級納濾產(chǎn)水混合后進入常規(guī)的配聚裝置，并加入分子量為2000萬 4000萬的聚丙烯酰胺，配制聚合物母液；(6)將聚合物母液經(jīng)過稀釋至粘度達到聚合物驅(qū)油要求后注入地層驅(qū)油。本發(fā)明所述的海水取自表層海水或海面以下5 10米的海水；海水在冬季先經(jīng)過換熱器與經(jīng)除油處理的采出水換熱，使其溫度上升為10 30°C ;所述的疊片式自清洗過濾器精度范圍彡150 μ m。本發(fā)明所使用的超濾裝置中的超濾膜采用親水性好、耐污染的中空纖維超濾膜或陶瓷超濾膜，截留分子量范圍為2 10萬道爾頓，采用錯流過濾方式，減少膜面污染，操作壓力范圍為O. 03 O. 3MPa。本發(fā)明所述的一級納濾膜的操作壓力為I. O 3. OMPa，具有較高的通量，對硫酸根的截留率大于95%，對鈣鎂離子的截留率低于90%，對一價離子的截留率為40%以下。本發(fā)明所述的二級納濾膜的操作壓力為2. O 4. OMPa，對鈣鎂離子的截留率大于90%,對硫酸根的截留率大于90%，對其它離子的截留率為40 90% ;所述的二級納濾產(chǎn)水的含鹽量在2000 10000mg/L之間，二價陽離子的含量低于200mg/L。
本發(fā)明所述的聚合物為聚丙烯酰胺，或部分水解聚丙烯酰胺，或離子型聚丙烯酰胺，或疏水締合水溶性聚合物，或改性聚丙烯酰胺等，聚合物的分子量2000 4000萬道爾頓。本發(fā)明所述的聚合物母液的聚合物濃度為3000 8000mg/L，聚合物母液經(jīng)稀釋后，其聚合物濃度降為800 2500mg/L，其溶液粘度大于油藏中原油的粘度，即達到聚合物驅(qū)油要求。本發(fā)明所述的能量回收裝置、電解制氯裝置、自清洗過濾器、高壓泵和換熱器均為市售通用產(chǎn)品；能量回收裝置包括PEI公司的PX型能量回收器或Pelton公司的Pelton型能量回收器等。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點采用兩級納濾過程，將二價陰離子和二價陽離子的分離分成兩步進行，其中第一級納濾采用對二價陰離子具有很高截留率，對二價陽離子截留率相對較低的納濾膜，以分離二價陰離子為主，且具有很高的通量，可以使用額定壓力較低的高壓泵，操作壓力較低，裝置運行穩(wěn)定，并降低膜污染和結垢風險；第二級采 對二價陽離子具有較高截留率的納濾膜，以分離二價陽離子為主，從而防止了分離過程中的結垢，同時因進水的TDS濃度降低，所以可適當提高操作壓力，提高水回收率，并結合使用能量回收裝置，有效降低能耗；采用兩級納濾可使二價離子含量大幅度降低，配制的聚合物溶液粘度滿足聚合物驅(qū)的要求，并且可降低配制聚合物溶液所需要的聚合物干粉使用量；將二級納濾產(chǎn)水與部分一級納濾產(chǎn)水混合后進入配聚裝置，可以根據(jù)地層水的水質(zhì)特點和聚合物驅(qū)的粘度要求，適當調(diào)整配聚用水水質(zhì)，使之滿足配聚用水水質(zhì)需求，并盡可能增大配聚用水水量，該方法可以大大提高配聚用水的適用性和靈活性；配聚時間短，配聚成本低，生產(chǎn)效率高；冬季使用換熱器將海水與采出水換熱，可有效地保證膜過程的正常運行，并提高產(chǎn)水量；其工藝操作簡便，能耗低，環(huán)境友好，經(jīng)濟效益明顯，便于推廣普及應用。


圖I為本發(fā)明的工藝過程流程結構原理示意框圖，其中包括海水I、電解制氯裝置2、自清洗過濾器3、換熱器4、低壓泵5、超濾裝置6、低壓泵7、保安過濾器8、第一級高壓泵
9、第一級納濾裝置10、第二級高壓泵11、第二級納濾裝置12、配聚裝置13、混合器14、聚合物溶液15、第二級納濾濃水16、能量回收裝置17、增壓泵18、采出水冷卻水19、高溫采出水20、超濾濃水21、第一級納濾濃水22、聚合物干粉23、處理后采出水或軟化水24、降壓后的第二級納濾軟化濃水25。
具體實施例方式下面通過實施例并結合附圖對本發(fā)明作詳細描述。實施例I :本實施例的海水溫度為5°C，具體步驟包括第一步，海水I經(jīng)過電解制氯裝置2殺菌殺藻，并經(jīng)過規(guī)格為100 μ m的疊片式自清洗過濾器3去除粒徑大于100 μ m的懸浮顆粒物和藻類等，再經(jīng)過換熱器4與經(jīng)除油處理的采出水20換熱，使過濾海水的溫度提高到16°C ;采出水冷卻水19則直接進入回注水處
理管線；
第二步，將過濾海水用低壓泵5輸送至超濾裝置6得到超濾產(chǎn)水，超濾裝置6采用PVDF超濾膜，截留分子量為50000道爾頓，操作壓力為O. lOMPa，水回收率為90%，超濾濃水21進入濃水排放管線；第三步，超濾產(chǎn)水由低壓泵7輸送，進入保安過濾器8，再由第一級高壓泵9輸送進入第一級納濾裝置10，第一級采用ESNA3型納濾膜元件，高壓泵操作壓力為I. 8MPa，產(chǎn)生一級納濾軟化海水；一級納濾濃水22進入濃水排放管線；第四步，60%的一級納濾軟化海水由第二級高壓泵11輸送進入第二級納濾裝置12，其余的一級納濾軟化海水進入能量回收裝置17，回收第二級納濾濃水16的壓力能，然后經(jīng)增壓泵18增壓后與第二級高壓泵11加壓的一級納濾軟化海水混合后進入第二級納濾膜裝置12，第二級納濾裝置采用NF90型納濾膜，操作壓力為3. 2MPa ;降壓后的二級納濾濃水25進入濃水排放管線；第五步，二級納濾軟化海水進入配聚裝置13，加入分子量為2800萬左右的聚丙烯 酰胺干粉23，配制聚合物濃度為6000mg/L，經(jīng)陳化后即作為海上油田聚合物驅(qū)油用的聚合物母液；第六步，將聚合物母液進入稀釋混合器14，加入二級納濾軟化海水24將溶液中聚合物的含量稀釋為1500mg/L，得到的聚合物溶液15粘度達到53cP，滿足聚合物驅(qū)油要求。實施例2 本實施例的海水溫度為18°C，按照實施例I的步驟，其中不同點說明如下第一步，不使用換熱器4 ；第二步，超濾膜采用陶瓷超濾膜，截留分子量為20000道爾頓，超濾裝置6的操作壓力為O. 08MPa，超濾裝置的水回收率為90% ；第三步，第一級納濾裝置10的操作壓力為I. 8MPa，第一級納濾采用DL型納濾膜；第四步，65%的一級納濾軟化海水由第二級高壓泵11輸送進入第二級納濾裝置12 ;第二級納濾裝置12的操作壓力為3. 2MPa ;第二級納濾裝置采用ESNAl型納濾膜，由第二級高壓泵供水；第五步，加入分子量為2400萬左右的部分水解聚丙烯酰胺干粉23，配制的聚合物母液中聚合物濃度為4500mg/L ；第六步，聚合物母液中加入二級納濾軟化海水24，將溶液中聚合物的含量稀釋為1200mg/L，得到的聚合物溶液15，其粘度達到43cp，滿足配聚要求。實施例3 本實施例的海水水溫為28°C，按照實施例I的步驟，其中不同點說明如下第一步，自清洗過濾器3的規(guī)格為80 μ m ;不使用換熱器4 ；第二步，超濾膜采用聚醚砜超濾膜，截留分子量為50000道爾頓，超濾裝置6的操作壓力為O. lOMPa，超濾裝置6的水回收率為92% ；第三步，第一級納濾裝置采用DL型高性能納濾膜，由一臺高壓泵供水，操作壓力為2. OMPa ;一級納濾軟化海水中的二價陰離子的總含量降低到100mg/L以下；第四步，60%的一級納濾軟化海水由第二級高壓泵11輸送進入第二級納濾裝置12，其余一級納濾軟化海水進入能量回收裝置17 ;然后由增壓泵18增壓后與第二級高壓泵11加壓的一級納濾軟化海水混合后輸送入第二級納濾膜裝置12，第二級納濾裝置采用ESNAl型納濾膜，由高壓泵11供水,操作壓力為3. 2MPa，產(chǎn)生的二級納濾軟化海水中二價陽離子的總含量降低到200mg/L以下；第五步，二級納濾軟化產(chǎn)水進入配聚裝置13，加入分子量為2500萬-3000萬的聚丙烯酰胺干粉23,配制的聚合物母液中聚合物濃度為5500mg/L ；第六步，加入經(jīng)過除油處理的采出水24將溶液中聚合物的含量稀釋為1300mg/L，得到的聚合物溶液15，其粘度達到50cP，滿足配聚要求。實施例4 本實施例的海水水溫為28°C，按照實施例I的步驟，其中的不同點說明如下第一步，自清洗過濾器3的規(guī)格為100 μ m ;取消換熱器4 ；
第二步，超濾膜采用PVDF超濾膜，截留分子量為80000道爾頓，超濾裝置6的操作壓力為O. 12MPa，超濾裝置6的水回收率為92% ；第三步，第一級納濾裝置10采用DL型高性能納濾膜，操作壓力為2. 4MPa。一級納濾軟化海水中的二價陰離子的總含量降低到100mg/L以下；第四步，60%的一級納濾軟化海水由二級高壓泵11輸送進入第二級納濾裝置12，其余一級納濾軟化海水進入能量回收裝置17 ;然后由增壓泵18增壓后輸送入第二級納濾膜裝置12，第二級納濾裝置采用NF90型高性能納濾膜，操作壓力為3. 6MPa ；第五步，二級納濾軟化產(chǎn)水進入配聚裝置13，加入分子量為2800萬左右的聚丙烯酰胺干粉23,配制的聚合物母液中聚合物濃度為5500mg/L ；第六步，加入納濾軟化海水24將溶液中聚合物的含量稀釋為1600mg/L，得到的聚合物溶液15，其粘度達到66cP，滿足配聚要求。實施例5 本實施例的海水水溫為20°C，按照實施例4的步驟，其中的不同點說明如下第四步，50%的一級納濾軟化海水由二級高壓泵11輸送進入第二級納濾裝置12，35%的一級納濾軟化海水進入能量回收裝置17 ;然后由增壓泵18增壓后輸送入第二級納濾膜裝置12，第二級納濾裝置采用NF90型高性能納濾膜，操作壓力為3. 6MPa ；第五步，將二級納濾產(chǎn)水與15%的一級納濾產(chǎn)水混合后進入配聚裝置13，加入分子量為2800萬左右的聚丙烯酰胺干粉23，配制的聚合物母液中聚合物濃度為5500mg/L ；第六步，加入納濾軟化海水24將溶液中聚合物的含量稀釋為1600mg/L，得到的聚合物溶液15，其粘度達到50cP，滿足配聚要求。
權利要求
1.一種油田驅(qū)油用聚合物溶液的制備方法，其特征在于工藝步驟包括 (1)先將海水經(jīng)過市售的電解制氯裝置殺菌殺藻，并經(jīng)過疊片式自清洗過濾器去除原水中粒徑大于50 150 y m的懸浮顆粒物和藻類，得到過濾海水；海水溫度低時通過換熱器與經(jīng)除油處理的采出水換熱，使過濾海水的溫度升高到10°C以上； (2)再將過濾海水用低壓泵輸送至超濾裝置，選用超濾膜組件去除過濾海水中的微量懸浮物質(zhì)、有機物、殘留油分、藻類和細菌，得到超濾產(chǎn)水； (3)在一級納濾系統(tǒng)裝置中，超濾產(chǎn)水由第一級高壓泵加壓，采用對二價陰離子具有高截留率、對二價陽離子具有低截留率的低壓高通量納濾膜元件，生成第一級納濾產(chǎn)水和第一級納濾濃水；第一級納濾產(chǎn)水稱為一級納濾軟化海水，其中的二價陰離子的總含量降低到200mg/L以下，第一級納濾濃水簡稱一級納濾濃水，直接排放； (4)在二級納慮系統(tǒng)裝置中，由第二級高壓泵將一部分一級納濾軟化海水加壓，另一部分一級納濾軟化海水與二級納濾濃水通過能量回收裝置交換能量，并經(jīng)過增壓泵增壓之后，兩股納濾軟化海水混合后進入二級納濾膜裝置，采用對二價陽離子具有高截留率的納濾膜元件，產(chǎn)生二級納濾產(chǎn)水和二級納濾濃水；二級納濾產(chǎn)水又稱為二級納濾軟化海水，其中二價陽離子的總含量降低到200mg/L以下，通過現(xiàn)有的能量回收裝置把二級納濾濃水的壓力能回收至一級進水； (5)將二級納濾產(chǎn)水直接進入配聚裝置，或與一級納濾產(chǎn)水混合后進入配聚裝置，并加入分子量為2000萬 4000萬的聚丙烯酰胺，配制聚合物母液； (6)將聚合物母液經(jīng)過稀釋至粘度達到聚合物驅(qū)油要求后注入地層驅(qū)油。
2.根據(jù)權利要求I所述的油田驅(qū)油用聚合物溶液的制備方法，其特征在于所述的海水取自表層海水或海面以下5 10米的海水；海水在冬季先經(jīng)過換熱器與經(jīng)除油處理的采出水換熱，使其溫度上升為10 30°C ;所述的疊片式自清洗過濾器精度范圍< 150 iim。
3.根據(jù)權利要求I所述的油田驅(qū)油用聚合物溶液的制備方法，其特征在于所使用的超濾裝置用的超濾膜采用中空纖維超濾膜或陶瓷超濾膜，截留分子量范圍為2 10萬道爾頓，采用錯流過濾方式，減少膜面污染，操作壓力范圍為0. 03 0. 3MPa。
4.根據(jù)權利要求I所述的油田驅(qū)油用聚合物溶液的制備方法，其特征在于所述的一級納濾膜的操作壓力為I. 0 3. OMPa，對硫酸根的截留率大于95%，對鈣鎂離子的截留率低于90%，對一價離子的截留率為40%以下。
5.根據(jù)權利要求I所述的油田驅(qū)油用聚合物溶液的制備方法，其特征在于所述的二級納濾膜的操作壓力為2. 0 4. OMPa，對鈣鎂離子的截留率大于90%，對硫酸根的截留率大于90%，對其它離子的截留率為40 90% ;所述的二級納濾產(chǎn)水的含鹽量為2000 IOOOOmg/L，二價陽離子的含量低于200mg/L。
6.根據(jù)權利要求I所述的油田驅(qū)油用聚合物溶液的制備方法，其特征在于所述的聚合物 為2000 4000萬分子量的聚丙烯酰胺；聚合物母液中的聚合物濃度為3000 8000mg/L，聚合物母液經(jīng)稀釋后，其聚合物濃度降為800 2500mg/L，其溶液粘度大于油藏中原油的粘度，即為達到聚合物驅(qū)油要求。
全文摘要
本發(fā)明屬于采油技術領域，涉及一種油田驅(qū)油用聚合物溶液的制備方法，先將海水殺菌，并去除懸浮顆粒物得過濾海水；再將過濾海水用超濾膜組件去除微量懸浮物質(zhì)得超濾產(chǎn)水；超濾產(chǎn)水加壓并采用納濾膜元件生成納濾產(chǎn)水和納濾濃水；經(jīng)納濾膜元件后產(chǎn)生二級納濾產(chǎn)水和二級納濾濃水進入配聚裝置配制聚合物母液；經(jīng)稀釋后注入地層驅(qū)油；其工藝簡便，能耗低，環(huán)境友好，經(jīng)濟效益明顯，便于推廣應用。
文檔編號C02F9/10GK102701504SQ20121019987
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權日2012年6月18日
發(fā)明者王燕, 蘇保衛(wèi), 高從堦, 高學理 申請人:中國海洋大學