电化学预氧化技术在腐蚀性油田采出水水质治理中的应用

中国石油和化工标准与质量 第5期技术研究03.3.3钻井液：馆陶组及以上地层采用天然高分子钻井液体系；东营组、沙河街组及以下地层采用新型钾盐聚磺钻井液体系。明化镇组钻井液作用主要以抑制粘土造浆和防起钻拔活塞、防浅气层井喷，馆陶组防扩径、防卡钻，东营组和沙河街组地层防井壁剥落掉快。3.4钻头优选技术埕岛油田上部地层平原组、明化镇组以粘土、泥岩、砂岩为主，馆陶组以泥岩、粉砂岩、粗砂岩、中砂岩为主，东营组、沙河街组地层的致密砂岩和致密泥页岩和灰质砂泥岩互层，针对地层岩性这一特点，Φ445mm井眼一般采用SKG124三牙轮高速旋转钻头，二开Φ241.3mm井眼东营组之前地层优选型号为“DF1905”五刀翼PDC钻头，在东营组选用“DF1606U”六刀翼PDC钻头，如钻遇粗砂砾岩，改用牙轮钻头钻穿；沙河街组选用“DF1307U”七刀翼PDC钻头钻至完钻。施工经验总结得出：平台使用的此几种钻头，性能稳定、能够大大提高了机械钻速，能够减少因钻头原因的起下钻时间，缩短了钻井周期，降低了泥浆费用和平台生产成本，取得了可观的经济效益。3.5优选钻具组合为防斜打直，不论是常规钻具组合或者是螺杆钻具组合，均以采用钟摆钻具组合为宜。为防止在东营组和沙河街组地层钻具憋跳，可使用减震器或悬浮器，能够吸收或减缓钻柱的振动和冲击载荷，维持正常的扭矩和钻压，有利于消除钻具的跳动和对钻头的冲击，提高机械钻速，同时还可以提高钻具的使用寿命，避免井下断钻具、脱扣和掉牙轮等事故的发生。3.6优选钻进方式在钻进过程中，首选螺杆+转盘复合钻进方式。采用井下动力钻具可以大大提高钻头的转速，提高钻头的机械破岩能量，从而提高机械钻速。运用井下动力钻具还可以改善钻柱的受力情况，避免或者减少了钻柱的疲劳损坏，同时，还减少了钻柱与套管之间的磨损和破坏。3.7钻井液体系优化技术3.7.1馆陶组及以上地层采用天然高分子钻井液体系。天然高分子钻井液体系，配制简单，各处理剂间作用协调，且具有良好的配伍性。抑制钻屑、粘土分散及膨胀效果好，对井壁有较强的抑制作用；可将失水控制到小于2mL,并且稳定持续时间长，形成的泥饼薄而韧；携带和悬浮能力强，有利于快速清洁井筒内岩屑；该体系无荧光、钻井液颜色浅，有利于发现和保护油气层；并且绿色环保，得到国家海洋局环境监测中心的检验认可。3.7.2东营组、沙河街组及以下地层采用新型钾盐聚磺钻井液体系。该体系具有下述优点：具有很好的高温稳定性和极强的抑制性，固相含量低，有利于提高机械钻速；该体系有良好的抑制防塌性能，可以有效地保持井壁稳定和井径规则，使用该体系的井径平均扩大率小于15%；井眼泥饼具有类似油基钻井液泥饼的性质，具有优良的润滑性，起下钻时间短，电测一次成功率达到90%以上；与其它常用钻井液处理剂和储层流体具有良好的配伍性；无毒易降解，对环境无污染；保护储层效果好，并具有增加产能、延长产期的良好作用；具有较好的流动特性，很大程度地降低了摩阻压力损失，有利于提高钻速，缩短钻井时间，节约钻探费用；提高滤液粘度，分子胶团封堵和降低油水界面张力，保护储层；防止钻头泥包，减少井下复杂事故，提高机械钻速。4 应用效果评价我公司七号平台连续完成CB327、CB328、CB330、CB258、CB43等几口长裸眼深探井的施工任务，井深均在4000m左右，裸眼段均在3000m以上，主要目的层为沙河街组兼探明化镇组、馆陶组，自上而下贯穿明化镇组、馆陶组、东营组、沙河街组，钻遇地层多，岩性变化复杂，井眼不稳定因素多。针对这种情况采用高速螺杆钻具配合高效PDC钻头并选用相匹配的天然高分子钻井液体系和新型钾盐聚磺钻井液体系的模式化钻井技术，取得了良好的钻探效果。大大地提高机械钻速、降低了成本、缩短了钻井周期和完井作业时间、减少钻井事故。具体实施情况见下表井号井深(m)机械钻速(m/h)完钻层位钻井周期(天)建井周期(天)埕北258393017.31沙河街组32--243--17埕北327396519.25沙河街组17--333--21埕北328390012.78沙河街组24--232--23埕北330365615.36沙河街组22--528--8埕北43399210.39沙河街组37--354--05 结论近几年，公司为确保油田海上增储上产，认真总结逐渐形成这套适合于埕岛海区的成熟的中深井钻井模式，基本实现了“钻具结构相似，参数基本统一，措施基本一致，程序依次完成”的模式，尤其是采用绿色环保泥浆体系，此体系具有较强的携砂和清洁能力，保障了起下钻畅通和井下安全。此模式钻井技术在埕岛海区中深井勘探开发施工中得到了成功应用，为中深井优快钻井技术积累了宝贵的经验，值得推广应用。电化学预氧化技术在腐蚀性油田采出水水质治理中的应用邱增法现河采油厂采油一矿山东东营257000【摘 要】针对现河采油厂污水处理站站产出水的水质特性，从满足油田开发需要出发，立足于解决油田注入水强腐蚀性和水质不稳定等技术难题，对电化学预氧化水处理技术进行了室内实验、现场试验和推广应用研究，将该技术成功应用该厂。较好地解决了油田采出水处理技术难题，实现了源头治理、全程达标的目标。【关键词】污水处理站预氧化电化学胜利油田现河采油厂史南污水处理站稳定性差,向注水井输送过程中,悬浮固体含量不断上升。污水稳定性差的原因是现行污水处理流程未考虑来水中Fe2+的去除问题。电化学预氧化油田污水处理技术,是利用油田污水中富含NaCl的特点,污水在电化学设备中被氧化,生成新生态O2、HO•和Cl2等氧化性物质,将污水中需要氧化的还原性物质氧化,此时Fe2+离子被氧化成Fe3+离子。当pH3.7时,形成絮状Fe(OH)3沉淀〔2〕,可以通过大罐沉降和石英砂过滤在pH6.5～7.0实现铁离子的去除,保持水质稳定。1 存在问题（1）处理后水质不达标，沿程水质不稳定。原有工艺技术和设施不能适应污水处理需要，处理后水质指标均严重超标，特别是腐蚀率、水中含油和悬浮物等指标。且由于水的矿化度高、PH值低、处理后水中含有Fe2+等造成水质不稳定的离子及CO2等导致水中悬浮物含量和腐蚀速率沿程逐渐升高。注入水质检测结果见表1。表1史南站处理水质检测结果项目油田注水主要控制指标辅助性指标悬浮固体mg/L含油量mg/LSRB菌个/mL腐蚀速率mm/a溶解氧mg/L总铁mg/L设计要求＜5＜151000.0760.050.5现场检测结果31.618.31000.28240.0313.5（2）污水站及注水系统腐蚀严重，注采井网严重失调从表1可以看出，史南污水的平均腐蚀速率为0.2824mm/a，挂片15天测得的最大点蚀深度达到0.17mm。史南污水腐蚀速率超标且点蚀严重，对注水系统造成严重危害。2 电化学水处理技术针对油田腐蚀水主要应用2.1电场作用规律试验装置如图1所示。上接第49页中国石油和化工标准与质量 第5期技术研究图1 电场作用下液体中悬浮颗粒运动可视化研究试验系统图2 随电场增强颗粒跳动频率增加（均匀温度场，上电极接负极）图3 室内实验装置流程简图图4 化学凝聚和电化学凝聚絮体对比图像化学絮凝剂自然沉降10s化学絮凝剂自然沉降180s5A/m2通电时间10s图6电化学絮凝絮体沉降图像1—初期絮体图像，2—40秒后絮体图像，3—80秒后絮体图像，4—140秒后絮体图像5—340秒后絮体图像，6—640秒后絮体图像表2 水质检测数据表采样地点pH值HCO3-mg/LCO2mg/L含油量mg/L总Femg/LSSmg/L硫化物mg/L溶解氧mg/LSRB(个/mL)腐蚀速率(mm/a)铁细菌(个/mL)来水6.039820173.51930.82.30.04100.4110电化学处理后污水7---1532.3912.72.3050.040混凝沉降未过滤水7---016.342.3----0.3000混凝沉降过滤水738902.150.22.20.3000.0301．外箱体2．电源3．介质4．上极板5．支撑杆6．下极板7．实验颗粒试验结果如图2表示。2.2静态电化学聚沉规律2.2.1电化学凝聚规律电化学氧化工艺流程如图4所示。通过实验确定电化学工艺处理采油污水的最佳反应条件以及不同因素的影响程度。针对电流作用对电絮凝效果的影响、电化学凝聚絮凝的基本条件及影响因素进行了实验研究，实验结果显示：使颗粒产生凝聚絮凝的首要条件是颗粒间的接触碰撞，而颗粒在水中的接触碰撞，主要有三种途径：（1）颗粒的布朗运动；（2）颗粒间的沉降差异；（3）流动水体的水力作用。在电场作用下悬浮颗粒的凝聚过程包括中和电荷、同向凝聚和异向凝聚。可大幅度强化油田污水中微细颗粒的凝聚效果。电场在电化学絮凝过程中的“活化”作用是强化凝聚效果的关键因素。由于微电解产生的强氧化剂的作用，都有亚硝酸盐向硝酸盐转化的反应的发生。同样的水量间歇运行的处理效果要好于连续处理同样时间的效果，水中悬浮颗粒化学凝聚（颗粒小且分散）和电化学凝聚（颗粒大且集中）显微摄像对比结果如图3所示：2.2.2电化学絮凝絮体沉降规律在模拟水样中通入10A/m2电流，电絮凝时间为180s。则立即形成大絮体，沉降速度很快，但由于大絮体的沉降速度较快，使得一些细小絮体还未来得及被其吸附，大絮体就已经沉降下来，所以，在这种絮凝过程中搅拌的过程就显得尤为重要。较难沉降的小絮体在10分钟后也基本澄清。化学絮凝絮体沉降显微图像见图6，电化学絮凝絮体沉降显微图像见图7（絮体密度大、体积小）。2.3电化学氧化还原作用规律电化学水处理技术现场试验结果为考察电化学法对油田污水的实际处理效果，在胜利油田辛一污水处理站和史南污水处理站，分别采用经过改进设计的污水电化学小型处理设备，进行了现场中试。试验装置及流程如下：试验结果见表2。试验表明，采用电化学法处理后，水中游离CO2、Fe2+离子、硫化物、SRB菌、溶解氧等有害成份基本去除，PH值上升，腐蚀率大幅降低，水质指标全面达标且水质稳定。3 结论（1）电化学水处理技术利用污水高矿化度，电解产生•OH、O、Cl2(ClO-)、H2O2等强氧化性物质，杀灭细菌,氧化Fe2＋、S2-离子成为Fe3+和S单质并沉淀去除，实现水质稳定。（2）H+的还原促使HCO3-电离、CO32-沉淀、游离CO2溶于水产生新的HCO3-，如此循环直到游离CO2全部去除，使水的PH值升高，腐蚀性降低。（3）通过电场对悬浮颗粒凝聚的强化作用和Fe2+等离子氧化产物的絮凝作用，配合化学混凝将采出水中难以沉降的悬浮物全部快速沉降分离，实现水质净化、稳定达标。（4）电子是电化学反应的主要反应物，电子转移只在电极及废物组分之间进行，不需另外添加氧化还原剂、杀菌剂、缓蚀剂。兼具气浮、絮凝、杀菌等多种功能。产生污泥少，为改性技术产泥量的1/10-2/10。（5）以电化学法为主导技术的水质治理技术，与常规水处理技术的区别在于通过电化学氧化还原反应去除水中可导致腐蚀、结垢和水质二次恶化的有害成分，从根本上解决水质不稳定和强腐蚀性问题。参考文献：[1]游革新，刘改山《一种电解处理油田污水的方法》[P].CN1562781,2004-03-25.[2]SY/T5523—2000,《油气田水分析方法》[S].