专利名称：一种通过膜软化技术进行油田配聚驱油的方法
技术领域：
本发明涉及一种配制油田驱油用聚合物溶液的方法，特别是一种通过膜软化技术进行油田配聚驱油的方法，属于油田开发技术领域。
背景技术：
目前，陆上油田大多已进入三次采油阶段，聚合物驱油开发成为一种主要的三次采油技术，聚合物驱油也是海上油田开发的一项重要的提高采收率举措，聚合物驱油技术对配制聚合物溶液用水的硬度和矿化度等都有较高的要求。但目前面临的挑战之一就是淡水资源缺乏，常用的水源是通过打水源井提取地层清水获取的，对于海上油田而言，打水源井的成本一般较高。如果用海水直接配聚，则因为海水的矿化度和二价离子含量很高，常规聚合物所配制的聚合物溶液粘度很低，达不到驱油效果。因此，在用海水或地层清水配聚时常采用耐盐聚合物，但耐盐聚合物的成本相对较高，且直接使用高盐高硬度水所配制的聚合物溶液注入地层后，溶液中的高盐度会与地层粘土发生作用，导致粘土运移等，由此引起地层堵塞和压力上升。因此，海上油田聚合物驱油开发的技术关键之一是寻找能与地层水含盐量和硬度相当的水作为配制聚合物溶液用水，尽可能保持聚合物溶液的粘度。纳滤海水软化技术在油田注水开发中已有应用，纳滤膜表面通常荷负电，能有效去除溶液中二价、 多价离子。目前纳滤技术在油田注水开发中的应用大多以去除海水中易结垢的二价硫酸根离子后直接作为油田采油注入水为目的，如美国马拉公石油公司专利US4723603A1和美国 GE公司专利US2004007358(A1)，均采用纳滤去除海水中易结垢的硫酸根离子，从而避免了注入海水中的SO/—与油层中的高浓度二价阳离子反应生成沉淀，以及由此引起的油层中粘土的毛细通道堵塞和原油产量下降；以上专利均针对注水采油，即二次采油阶段；在纳滤技术用于注聚开发(三次采油)方面，中国专利申请号200910016067. 3公开了一种用纳滤膜进行海水软化和采出水的深度处理，并通过清污混注或配聚驱油，降低油田采油集输系统与地层结垢的方法，但该技术只能应用于水温为10°C以上的体系，且能耗较高，死端过滤方式污染较严重。中国专利申请号200710113282. 6公开了一种将海水或苦咸水用于油田注水及配聚过程的方法，利用旋流和膜分离集成技术，由旋流去除水中5微米以上的大颗粒，以超滤去除水中的胶体、微量油分及浊度等，再以纳滤或反渗透降低矿化度和有机物含量等，将最终的透过水作为产品水与高分子量水溶性聚合物配制为聚合物溶液，然后将该聚合物溶液注入油层驱油。由于旋流器的能耗较高，且旋流只对比重和水的差别较大的颗粒如砂粒等有很好的分离作用，而海水中多为悬浮的轻质颗粒和藻类等，比重与水非常接近，旋流器并不能很好地将这些物质分离出来，无法确保去除水中5微米以上的大颗粒，特别是藻类物质，颗粒小，密度低，旋流器无法将其与水分离开。因此，现有的这些方法存在固有的缺点，而且海水中的藻类等易对后续的膜过程产生不同程度的污染，且该技术只能应用于水温为10°C以上的体系，对于高纬度地区的海上油田将无法使用，大大限制了其应用范围。由于海水体系具有较高的矿化度，用现有商品化纳滤膜一般对矿化度和钙镁离子的去除率不高，产水往往达不到海上油田配聚用水需求，造成配制的聚合物溶液的粘度较低，聚合物干粉的使用量增大，成本增加，而反渗透膜的产水矿化度很低，一般为300 500mg/ L以下，与地层岩心不配伍，易造成地层粘土的膨胀，造成地层堵塞。因此，无论是陆上油田还是海上油田注聚开发的关键环节之一就是开发合适的配制聚合物溶液用水，降低配聚用水的矿化度和硬度，有效地解决聚合物粘度下降的问题，确保油田稳定生产，并降低注聚成本和后处理成本，提高采油过程的经济效益。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，针对海上油田配聚驱油的现状和软化海水配聚中存在的问题，提出基于集成膜软化技术和对二价阳离子具有高脱除率的纳滤膜， 以及能量回收技术，针对海上采油平台及海上浮式采油储油轮(PFSO)的有限空间，采用电解制氯杀菌杀藻+自清洗过滤器+超滤+纳滤的紧凑式工艺技术，提高聚合物溶液的粘度， 提高聚合物驱油的效果，减小装置占地面积；且应用过程中不加入任何阻垢剂和其它化学药剂，大大提高在海上平台上使用的适应性。
为了实现上述目的，本发明的主体工艺步骤包括
(1)、先将原水经过电解制氯装置杀菌杀藻，以防原水中的藻类和细菌对后续膜过程的影响；
O)、采用高精度叠片式自清洗过滤器进行自清洗过滤，以去除原水中粒径大于 50 μ m的悬浮颗粒物和藻类后得过滤原水；
(3)、将自清洗过滤后的过滤原水通过换热器与油田的采出水进行换热，如果原水为地层清水，则不需要换热；
0)、将换热后的过滤原水用低压泵输送至超滤装置，超滤采用错流过滤方式，采用耐污染、截留分子量较小的超滤膜组件，去除过滤原水中的微量悬浮物质、大分子有机物、残留油分、藻类和细菌，得到超滤产水的SDI小于3. 0，浊度小于0. INTU ；
(5)、使超滤产水40-80%经过高压泵输送进入纳滤装置，其余超滤产水进入能量回收装置，与纳滤浓水进行能量交换后，再由增压泵输送进入纳滤装置；采用对二价阳离子具有高截留率的纳滤膜元件，纳滤产水中二价阳离子的总含量降低到200mg/L以下，能量交换之后的纳滤浓水直接排放，或10-60%循环回超滤产水，以便提高水的回收率，剩余部分直接排放；超滤产水经过纳虑装置处理后得纳虑产水；
(6)、使纳滤产水直接进入配聚装置，并加入分子量为2000万 4500万的聚丙烯酰胺，配制成用于聚驱的聚合物母液；
(7)、将聚合物母液经过稀释至粘度达到聚合物驱油要求后注入地层驱油。
本发明所述的高精度叠片式自清洗过滤器精度范围< 100 μ m。
本发明所述超滤装置用的截留分子量较小的超滤膜采用耐高温、亲水性好、耐污染的中空纤维超滤膜或陶瓷超滤膜，以确保后续纳滤膜正常运行，其截留分子量越小，对有机物的去除率越大，其产水越有利于纳滤膜的运行，其超滤膜的截留分子量范围为1 10 万道尔顿；超滤膜的操作压力决定膜清洗的频度，其压力范围为0. 03 0. 5MPa ；超滤膜采用错流过滤方式，减少膜面污染；超滤膜能够防止海水和地层清水中微量油的污染。
本发明所述的对二价阳离子具有高截留率的纳滤膜元件对二价阳离子的截留率范围大于80%，纳滤膜元件产水中二价阳离子的总含量范围彡200mg/L。
本发明所述的超滤膜和纳滤膜的操作温度能够适应海水的温度随季节的变化，超滤膜和纳滤膜的温度范围大于结冰点，以免海水结冰对纳滤膜和超滤膜的破坏，超滤膜和纳滤膜的操作温度范围是O 60°C。本发明所述的原水包括海水和地层清水，地层清水含盐量范围是1000 20000mg/L。本发明所述的聚合物母液的聚合物浓度为3000 10000mg/L，聚合物母液经稀释后，其聚合物浓度降为500 2500mg/L，其溶液粘度大于油藏中原油的粘度即为达到聚合物驱油要求，即可注入地层驱油。本发明所述的自清洗过滤器、换热器、高压泵均为市售通用产品。本发明与现有技术相比，具有明显的优势技术特征一是采用电解制氯装置杀菌杀藻，直接利用海水中的盐分电解制氯杀菌杀藻，省去了化学药品的加入，有利于海上平台上的使用；二是采用自清洗过滤器代替或多介质过滤器或水力旋流器，减少运行重量和降低能耗，自清洗过滤器自动运行和清洗，无需人工操作；三是将海水与油田采出水进行换热，提高了海水的水温，提高后续的超滤膜和纳滤膜的通量，确保在冬季海上油田采油系统的正常运行；四是不需要使用化学药剂，减少操作费用和维护成本，操作过程简化，有利于海上平台和浮式采油储油轮上使用；五是得到的纳滤产水的矿化度接近地层水的矿化度， 与地层配伍性良好；六是使用能量回收装置，降低能耗；七是可降低配制聚合物溶液所需要的聚合物干粉使用量，降低配聚成本，提高生产效率；八是整个工艺过程操作简便，能耗低，成本低，配聚时间缩短，环境友好，经济效益明显，便于推广应用。
图1为本发明的工艺过程流程结构原理示意框图。
具体实施例方式下面通过实施例并结合附图对本发明作详细描述。实施例1 本实施例选择的原水为海水，海水温度为18°C，具体步骤包括第一步，原水1经过电解制氯装置2杀菌杀藻；第二步，采用规格50 μ m的自清洗过滤器3去除原水中粒径为50 μ m以上的悬浮颗粒物和藻类等，得到的超滤产水SDI为2. 8左右，浊度小于0. INTU ；第三步，原水进入换热器4与采出水进行换热，海水温度提高到32°C ；第四步，原水进入超滤装置5得到超滤产水，其超滤装置5采用PVDF超滤膜，截留分子量为50000道尔顿，超滤装置5的操作压力为0. IOMPa,超滤装置5的水回收率为90%， 超滤装置5的浓水11与原水浓度相似，直接排放；第五步，将65 %的超滤产水直接由高压泵6输送进入纳滤装置7，其余超滤产水进入能量回收装置13与纳滤装置7的浓水交换能量，提高压力后，再由增压泵13输送进入纳滤装置7 ；纳滤装置7中的纳滤膜采用对二价阳离子具有高截留率的纳滤膜元件ESNA1，操作压力为2. 8MPa，纳滤产水称为纳滤软化海水；能量回收装置采用PEI公司的PX型能量回收器，交换能量之后的纳滤浓水14比原水浓度高，直接排放；
第六步，纳滤产水进入配聚装置8，加入分子量为2500万-3000万的聚丙烯酰胺 15，聚合物浓度为6000mg/L，经陈化后即作为海上油田聚合物驱油用的聚合物母液；第七步，将聚合物母液进入稀释混合器9，加入纳滤软化海水16将溶液中聚合物的含量稀释为1500mg/L，通过注聚系统10注入地下驱油，其配聚结果列于表1。实施例2:本实施例选择的原水为海水，其温度为3°C，按照实施例1的步骤，其中不同点说明如下第三步，原水经换热后，温度提高到16°C ；第四步，超滤膜采用聚醚砜超滤膜，截留分子量为20000道尔顿，超滤装置的操作压力为0. 08MPa，超滤装置的水回收率为90%。第五步，纳滤膜的操作压力为3. 2MPa，60%的超滤产水由高压泵6输送进入纳滤装置7，其余超滤产水进入能量回收装置13 ；第六步，加入分子量为MOO万左右的聚丙烯酰胺15，配制的聚合物母液中聚合物浓度为4500mg/L ；第七步，聚合物母液中加入纳滤软化海水16，将溶液中聚合物的含量稀释为 1200mg/L，其配聚结果列于表1。实施例3 本实施例选择的原水为地层清水，其水温为45°C，按照实施例1的步骤，其中不同点说明如下第二步，自清洗过滤器3的规格为100 μ m ；第三步，原水换热器取消；第四步，超滤膜采用陶瓷超滤膜，截留分子量为50000道尔顿，超滤装置的操作压力为0. 06MPa，超滤装置的水回收率为93% ；第五步，纳滤操作压力为2. 2MPa，70%的超滤产水由高压泵6输送进入纳滤装置 7，其余超滤产水进入能量回收装置13 ；能量交换之后的纳滤浓水55%循环回超滤产水，以便提高水的回收率，剩余部分纳滤浓水直接排放。第六步，加入分子量为3000万-3400万的聚丙烯酰胺15，配制的聚合物母液中聚合物浓度为5500mg/L ；第七步，加入纳滤软化海水16将溶液中聚合物的含量稀释为900mg/L，其配聚结果列于表1。实施例4 本实施例选择的原水为地层清水，其水温为56°C，按照实施例1的步骤，其中的不同点说明如下第二步，自清洗过滤器3的规格为130 μ m ；第三步，原水换热器取消；第四步，超滤膜采用PVDF超滤膜，截留分子量为80000道尔顿，超滤装置的操作压力为0. 12MPa，超滤装置的水回收率为92% ；第五步，纳滤操作压力为2. 8MPa，75%的超滤产水由高压泵6输送进入纳滤装置 7，其余超滤产水进入能量回收装置13，能量交换之后的纳滤浓水60%循环回超滤产水，以便提高水的回收率，剩余部分纳滤浓水直接排放；第六步，加入分子量为3000万左右的聚丙烯酰胺15，配制的聚合物母液中聚合物浓度为6000mg/L ；第七步，加入地层清水16将溶液中聚合物的含量稀释为1600mg/L，其配聚结果列于表1。表1为实施例1-4处理后的水质指标
权利要求
1.一种通过膜软化技术进行油田配聚驱油的方法，其特征在于工艺步骤包括((1)、先将原水经过电解制氯装置杀菌杀藻，以防原水中的藻类和细菌对后续膜过程的影响；(2)、采用高精度叠片式自清洗过滤器进行自清洗过滤，以去除原水中粒径大于50μ m 的悬浮颗粒物和藻类后得过滤原水；(3)、将自清洗过滤后的过滤原水通过换热器与油田的采出水进行换热，如果原水为地层清水，则不需要换热；G)、将换热后的过滤原水用低压泵输送至超滤装置，超滤采用错流过滤方式，采用耐污染、截留分子量较小的超滤膜组件，去除过滤原水中的微量悬浮物质、大分子有机物、残留油分、藻类和细菌，得到超滤产水的SDI小于3. 0，浊度小于0. INTU ；(5)、使超滤产水40-80%经过高压泵输送进入纳滤装置，其余超滤产水进入能量回收装置，与纳滤浓水进行能量交换后，再由增压泵输送进入纳滤装置；采用对二价阳离子具有高截留率的纳滤膜元件，纳滤产水中二价阳离子的总含量降低到200mg/L以下，能量交换之后的纳滤浓水直接排放，或10-60%循环回超滤产水，以便提高水的回收率，剩余部分直接排放；超滤产水经过纳虑装置处理后得纳虑产水；(6)、使纳滤产水直接进入配聚装置，并加入分子量为2000万 4500万的聚丙烯酰胺， 配制成用于聚驱的聚合物母液；(7)、将聚合物母液经过稀释至粘度达到聚合物驱油要求后注入地层驱油。
2.根据权利要求1所述的通过膜软化技术进行油田配聚驱油的方法，其特征在于所述的高精度叠片式自清洗过滤器精度范围< 100 μ m。
3.根据权利要求1所述的通过膜软化技术进行油田配聚驱油的方法，其特征在于所述超滤装置用的截留分子量较小的超滤膜采用耐高温、亲水性好、耐污染的中空纤维超滤膜或陶瓷超滤膜，以确保后续纳滤膜正常运行，其截留分子量越小，对有机物的去除率越大， 其产水越有利于纳滤膜的运行，其超滤膜的截留分子量范围为1 10万道尔顿；超滤膜的操作压力决定膜清洗的频度，其压力范围为0. 03 0. 5MPa ；超滤膜采用错流过滤方式，减少膜面污染；超滤膜能够防止海水和地层清水中微量油的污染。
4.根据权利要求1所述的通过膜软化技术进行油田配聚驱油的方法，其特征在于所述的对二价阳离子具有高截留率的纳滤膜元件对二价阳离子的截留率范围大于80%，纳滤膜元件产水中二价阳离子的总含量范围彡200mg/L。
5.根据权利要求1所述的通过膜软化技术进行油田配聚驱油的方法，其特征在于所述的超滤膜和纳滤膜的操作温度能够适应海水的温度随季节的变化，超滤膜和纳滤膜的温度范围大于结冰点，以免海水结冰对纳滤膜和超滤膜的破坏，超滤膜和纳滤膜的操作温度范围是0 60°C。
6.根据权利要求1所述的通过膜软化技术进行油田配聚驱油的方法，其特征在于所述的原水包括海水和地层清水，地层清水含盐量范围是1000 20000mg/L。
7.根据权利要求1所述的通过膜软化技术进行油田配聚驱油的方法，其特征在于所述的聚合物母液的聚合物浓度为3000 10000mg/L，聚合物母液经稀释后，其聚合物浓度降为500 2500mg/L，其溶液粘度大于油藏中原油的粘度即为达到聚合物驱油要求，即可注入地层驱油。
全文摘要
本发明属于油田开发技术领域，涉及一种配制油田驱油用聚合物溶液的方法，先将原水杀菌杀藻，采用叠片式自清洗过滤器进行自清洗过滤，去除原水中悬浮颗粒物；将原水通过换热器与油田的采出水进行换热后用低压泵输送至超滤装置，去除过滤原水中的微量悬浮物质和细菌，使超滤产水一部分输送进入纳滤装置，余者超滤产水进入能量回收装置，与纳滤浓水进行能量交换后，再由增压泵输送进入纳滤装置；纳滤产水直接进入配聚装置，并加入大分子量的聚丙烯酰胺，配制成用于聚驱的聚合物母液后注入地层驱油；其工艺操作简便，能耗低，成本低，配聚时间缩短，环境友好，经济效益明显，便于推广应用。
文档编号C02F9/04GK102493793SQ20111045311
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者苏保卫, 高从堦, 高学理 申请人:中国海洋大学