油田污水处理化学药剂概述及应用 毕业论文Word格式文档下载.docx

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1.1油田污水的来源及污水处理的意义

在石油的生成、运移和储集的过程中，石油主要天然伴生物是水。

根据油藏分布，在合适的地点打上一定深度的专用注水井给地层注人高压水补充能量，保持地层压力，驱动原油从油井里开采出来的人工注水驱油技术是目前在提高采油速度和采收率方面应用最广泛的一项重要措施，全国各油田基本都采用注水开发方式。

靠自然能量（地层本身蕴涵的弹性能量）只能采出油藏储量的1%~10%。

为了提高后续开采率，在油田处于旺盛期时就开始注水。

在注水采油过程中，注人地下补充地层压力的水和原油一起产出，经过油水分离，产生大量油田污水。

现在我国陆上油田出油含水量已达80%~90%。

随着油田开发时间的增长，产出的污水也随之增多。

若将这些废水直接排放，既浪费宝贵的水资源，又造成严重的环境污染如果再将此水回注地层，补充地层压力，这样既避免环境污染，又实现了水资源的循环利用。

但这种污水经过地层时携带了大量成分复杂的矿物质，其中主要成分包括二价钙离子、二价镁离子、三价铁离子、碳酸氢根离子、碳酸根离子、硫酸根离子、少量原油、硫化氢以及为有害细菌提供了滋生环境的大量有机杂质等。

这些物质的含量根据不同地区的地质特性略有不同。

如将这种污水不经处理直接注人地层，它们经过一定的化学过程，将会引起注水管、抽油管的严重腐蚀或结垢，使地层空隙堵塞。

腐蚀的结果是使注水管和抽油管洞蚀或破裂，结垢的结果是使抽油管、注水管逐渐堵塞，无法注水和采油，使造价昂贵的抽油井和注水井出现严重的事故发生在地层中的结垢，会破坏地层的渗透性，堵塞地层即垢堵，使原油产不出来，使整口井报废。

同时这种污水不合理的回注和排放还会使地面设备不能正常工作，会造成严重的环境污染。

因此，对油田污水进行有效的处理，防止腐蚀、结垢和细菌的危害，具有巨大的经济效益和社会效益。

石油行业注水开发油田，随着开采时间的延长采出污水量不断增加，将油田污水处理后代替地下水进行回注是循环利用水的一种方式。

如果污水处理回注率为100%，即不管原油含水率多高，从油层采出的污水和地面处理、钻井、作业过程排出的污水全部处理回注，那么注水量中只需要补充由于采油造成地层亏空的水量便可以了。

这样，不仅可以节省大量清水资源和取水设施的建设费用，而且，使油田污水资源变废为宝，实现可持续发展，提高油田注水开发的总体经济效益。

1.2油田污水处理化学药剂概述

在油田污水处理过程中，为形成防治设备及管线腐蚀、结垢、降低胶体、悬浮颗粒含量和抑制有害细菌增生等的环境条件，所加入的化学药剂统称为污水处理剂。

主要有杀菌剂、阻垢剂、缓蚀剂、混凝剂和除氧剂等。

从20世纪70年代起，我国将水处理剂应用于工业冷却水系统。

油田含油污水处理处于初级阶段，除了从国外引进专门的药剂外，多采用循环冷却水系统的水处理药剂。

所投加的的处理药剂多为简单的无机化合物，如石灰、二氧化碳、硫酸铁、氯气、亚硫酸钠和无机磷酸盐等。

随着油田开发水平的不断提高和科技进步，对水处理剂的要求也不断提高，促进了油田污水处理剂的更新和发展。

为更有效的达到缓蚀、阻垢、杀菌和净化的目的，更好地降低污水对环境的污染，逐步开发研制了新型、高效的有机水处理剂，以及同时具有缓蚀阻垢或杀菌阻垢、杀菌除氧等多种功能的水处理剂。

目前所使用的油田污水处理剂，以有机化合物为主，大都是几种有机物化合的复合配方，从而弥补单一药剂的局限性，提高油田污水吃处理效果。

第2章化学药剂在污水处理中的应用

2.1缓蚀剂

2.1.1腐蚀及其危害

金属与周围介质接触，由于化学或电化学原因引起的破坏称为腐蚀。

油田污水因其具有较高的矿化度、含有腐蚀性气体（H2S、CO2、O2）和微生物（SRB、TGB）等特点，所以一般具有较高的腐蚀性，造成污水集输管线、水处理设备、油水井及井下工具的腐蚀破坏。

油田污水系统管线设备的严重腐蚀会影响油田生产系统正常运行，还会引起火灾，造成环境污染。

个别油田污水腐蚀速度最高可达5mm/a以上，污水提升泵、管线和设备投产不到一年就因腐蚀更换或改造，既影响生成又污染环境，直接或间接影响到油田正常开发。

因此，为减轻腐蚀，各油田都投入大量的人力物力，研究腐蚀及防腐问题，在生产时间中推广应用先进防腐技术和措施。

2.1.2缓蚀剂的类型及缓蚀机理

缓蚀剂种类很多一般pH值在6~8范围内，属于中性介质，可用中性介质缓蚀剂缓蚀。

按作用机理，这类缓蚀剂可分成三类：

（1）氧化膜型缓蚀剂：

这类缓蚀剂是通过氧化产生致密的保护膜而起缓蚀作用的。

重铬酸盐（如Na2Cr2O7、K2Cr2O7），亚硝酸盐（如NaNO2、NH4NO2），钼酸盐（如Na2MoO4）等，属于这类缓蚀剂；

（2）沉淀膜型缓蚀剂：

这类缓蚀剂是通过在腐蚀电池的阳极和阴极表面上形成沉淀膜而起缓蚀作用。

氢氧化钠、碳酸钠、磷酸二氢钠、磷酸三钠三聚磷酸钠等，属于这类缓蚀剂。

（3）吸附膜型缓蚀剂：

这类缓蚀剂是通过在腐蚀电池的阳极表面和阴极表面上行成吸附膜而起缓蚀作用的。

烷基三甲基氯化铵、烷基氯化吡啶、聚氧乙烯烷基铵等，属于这类缓蚀剂。

由于除氧剂可以通过出去水中溶解氧而起缓蚀作用，杀菌剂可通过抑制水中硫酸盐还原菌的繁殖而起缓蚀作用，因此，在某种意义上，这些化学剂都可看做缓蚀剂。

2.1.3缓蚀剂的选择及应用

1．污水处理缓蚀剂的选择

缓蚀剂的种类很多，用途各异，必须根据腐蚀介质的具体情况，查清腐蚀因素和机理，通过试验找出具有针对性的缓蚀剂，才能找到较好的防腐效果。

选择缓蚀剂必须遵循一下几点：

（1）确定腐蚀原因：

对于油田生产系统，腐蚀的主要原因不外乎pH值、含盐量、H2S、CO2、O2、细菌等。

但必须找出腐蚀的主要原因，测定各气体的溶解量，分析腐蚀介质的离子组成、腐蚀产物。

对于抑制H2S腐蚀可选用吡啶类和脂肪胺类吸附性缓蚀剂；

防治CO2腐蚀可用咪唑啉类缓蚀剂。

（2）进行室内评价：

根据腐蚀原因准备几种缓蚀剂，先在室内评选缓蚀率高的缓蚀剂及其用量，然后在现场应用。

室内评价一般采用挂片试验法。

（3）现场试验确定缓蚀剂用量和加药方式：

设立缓蚀检测点，随时检测缓蚀速度，以便调整、改进缓蚀剂品种、加药量和加药方式。

（4）进行经济技术指标比较：

对缓蚀剂的价格、用量、毒性及缓蚀率进行全面分析，选择相对缓蚀率较高，成本较低，对环境污染轻的缓蚀剂品种。

2．油田污水处理系统常用缓蚀剂

油田污水处理系统的缓蚀剂品种繁多，来源复杂，缓蚀效果差异也较大。

对于油田污水处理系统防腐效果较好的缓蚀剂有含氮的有机化合物，脂肪胺及其盐类，酰胺及縻唑啉类等。

如中原油田现用的缓蚀剂XHZ-1，为咪唑啉类和季铵盐的复配产品，投加量50mg/L就能使缓蚀率达到80%以上。

油田污水处注水系统常用的缓蚀剂有：

伯胺类、仲胺类、二胺类、聚胺类、酰胺类、季铵盐类和咪唑啉类等。

2.2阻垢剂

2.2.1结垢及其危害

油田注水系统结垢是一个普遍存在的问题，结垢可发生在生产系统的多个部位或环节。

水垢的形成主要取决于其中盐类是否过饱和以及盐类结晶的生长过程。

影响结垢的主要因素是水的成分和类型。

油田污水处理系统形成的水垢，除了碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡等无机化合物外，还有有机质和腐蚀产物及粘土等。

生产中所形成的堵塞物实质上是由水垢、有机质和腐蚀产物组成的混合物。

油田生产系统结垢是经常发生的事，特别是污水输送管线、污水处理设备和注水设备、管线结垢严重，使管线有效直径减少表面状况恶化摩足增大、能耗增加；

水垢造成水流阻力增大、注水能耗增高，设备和管道局部腐蚀，如果在注水地层和生产井内形成水垢，还会引起严重的地层伤害，可能导致油水井过早报废；

结垢还会影响正常生产，增加生产成本，甚至被迫停产。

2.2.2化学防垢及阻垢剂的选择

1．化学防垢机理

（1）分散作用

低分子量的聚合物一般具有较高的电荷密度，可产生离子间斥力。

共聚物还具有表面活性功能，它们在水溶液中把胶体颗粒包围起来，呈稳定状态。

胶体颗粒的核心也包括CaCO3和CaSO4等晶体，因此起到防垢的作用。

（2）螯合和络合作用

防垢剂把能形成沉淀的金属离子（Ca2+、Mg2+、Ba2+）变成可溶性的螯合离子或络合离子，从而抑制金属离子和阴离子（CO32-、SO42-）结合生成成沉淀。

如ATMP和EDTA即属这类防垢剂。

（3）絮凝作用

阻垢剂把水中的CaCO3及CaSO4晶核的胶体颗粒吸附在高分子聚合物的长连上，结合成矾花悬浮在水中，发挥阻垢作用。

如聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠等。

（4）晶核变形作用

在形成晶体垢的过程中，有机高分子聚合物进入晶体结构，破坏了晶体正常生长，从而使晶体发生畸变，改变了原来的规则结构，使晶体不再继续增大，从而防止或减轻结垢。

2．阻垢剂的选择

当选择阻垢剂时，应考虑一下因素：

（1）垢的化学组成

分析垢样的主要成分，找出成垢的主要离子，如是碳酸钙还是硫酸钙垢，然后又针对性的选择阻垢剂，取得良好的阻垢效果。

（2）结垢的严重程度

许多阻垢剂的效果受过饱和程度的影响。

当单位体积中只有少量的垢形成时，许多阻垢剂都有好的效果，在结垢速度高时，就要根据结垢的严重程度来选择阻垢剂及其投加量，这时可根据实验室的评价结果来指导选择有效的阻垢剂。

（3）温度

阻垢剂通常是随温度的升高而降低其效果，没种阻垢剂都有一个上限温度，超过此温度时，其阻垢效果就会明显减小，甚至失效。

（4）与其他污水处理剂的配伍性

阻垢剂与系统种的其他药剂（如杀菌剂、缓蚀剂、除氧剂），是否其反应而抵消各自的效果，这一点很重要，选择时一定要考虑阻垢剂与其他药剂的配伍性。

3．油田常用的防垢剂

（1）无机磷酸盐

主要有磷酸三钠（Na3PO4）、焦磷酸四钠（Na4P2O7）、三聚磷酸钠（Na5P3O10）和六偏磷酸钠（NaPO3）。

这类药剂价格低，防CaCO3垢较有效。

但是易于水解产生正磷酸盐，可与钙离子反应生成不溶解的磷酸钙，随着水温的提高，水解速度加快，使用最高温度为80℃。

（2）有机磷

主要有氨基三甲叉磷酸（ATMP）、乙二胺四甲叉磷酸（EDTMP）、羟基乙叉二磷酸钠（HEDP）等。

这类药剂不易水解，使用温度高达100℃以上。

投加量比较低有较好防垢效果，并且与其他污水处理剂配伍性较好，是广泛应用的阻垢剂类型。

（3）聚合物

主要有聚丙烯酸（PPA）、聚丙烯酰胺（PMA）、聚马来酸酐（HPMA）等，其中聚马来酸酐防止CaSO4、BaSO4垢效果好。

（4）复配型复合物

几种作用不同的单剂按一定比例混合在一起，只要相互间不发生反应，无抵消作用，且各自发挥自己的特点，都可复配成复合物使用。

2.3杀菌剂

2.3.1污水处理中常见的细菌及其危害

随着油田的开发，原油含水不断升高。

为了保护环境和维持地层产能，多年来将污水处理后回注已成常规。

回注污水必须投放杀菌剂进行处理。

这是由于污水中含有多种有害成分如硫酸盐还原菌（SRB）、腐生菌（TGB）、铁细菌和其它有机物质。

硫酸盐还原菌属厌氧菌，是一种普遍存在的细菌，在高矿化度、较高压力和较高温度下都能生存，最宜生长温度为20~40℃，它繁殖时将污水中的硫酸盐还原成硫化物和原子态氧。

硫酸盐还原菌常存在于水流不快处和死水区如流速低的管线、冲洗罐、原油存储罐以及罐的结垢沉淀处或有机物残渣下面。

硫酸盐还原菌在钢铁表面繁殖，将加速钢铁的局部腐蚀，引起地下、地面生产管线穿孔。

硫酸盐还原菌产生的黑色