专利名称：一种控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是三次采油聚合物驱油地面工艺技术中，运用采出污水稀释聚合物母液技术，具体涉及的是一种控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法及装置。背景技术：
随着油田开发进入高含水期，地面系统中的采出污水量在逐年增多，按照适宜于不同渗透率地层的注入水水质控制指标，对这类污水开展相应处理并进行回注，已成为目前油田采出污水综合治理的最佳方案。同样，在三次采油聚合物驱开发区块，为节约宝贵的清水资源，研究应用了以采出污水稀释聚合物母液来完成单井配注。然而，矿化度高、还原性物质含量多、菌类大量滋生的采出污水水质特性将显著影响到其稀释聚合物溶液的工作粘度。目前，现有技术中对于降低污水配制聚合物溶液粘度损失的方法主要有减小污水矿化度法、投加粘度稳定剂法、药剂螯合法和污水曝氧法，其中，污水曝氧法旨在增加水体含氧量，消除还原性物质，逸出可攻击聚合物分子链的自由基(0·)，杀灭、减少硫酸盐还原菌等厌氧菌，避免聚合物分子链发生大范围降解，保证配聚粘度。油田常用的射流曝氧和空压曝氧两种技术均是基于此原理，并且在长期应用中从简化结构、提高运行稳定性等方面得到了改进，但二者对所处理配聚水质的合理含氧量尚无科学界定，也无专门针对此的报道，实际中只是对来水进行笼统处理，或造成曝氧不彻底而引起所配制聚合物溶液产生较大的粘损，或造成氧含量过高而给高分子聚合物带来新一轮的氧化降解。降低污水配制聚合物溶液粘度损失，已成为聚合物驱油田地面工程系统精细化的一个亟待解决问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法，本发明的另一个目的是提供控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法使用的装置，它用于解决现有技术中污水配制聚合物溶液粘度损失大的问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是这种控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法
一、通过变频调速旋涡泵将采油污水以一定流量泵入立式集水罐，同时打开立式集水罐进气管阀门，开启空气压缩机，压入空气，空气在立式集水罐中沿溶气室中多组螺旋状不锈钢丝螺旋上升，又通过微孔挡板进入气体释放室，使采油污水在立式集水罐中曝气充氧；
二、调节立式集水罐顶端面上排气球阀的开度，控制罐内气液混合压力不低于0.IMPa, 使空气和水在立式集水罐的溶气室发生充分接触、溶解、能量传递；
三、记录曝气充氧时间，利用与排水管对接的溶解氧测定仪监测上述流量来水在作用时间内的含氧量，得到某一定流量下，曝氧压力、曝氧时间与处理后水质含氧量的变化关系；
四、承接曝气处理至不同含氧量的污水稀释聚合物母液，测定粘度，建立污水氧含量与其配聚浓粘特征的变化关系，进行平行试验，重复测定各体系粘度值，得到可实现平均粘损最低时的曝氧量，确定污水体系最佳的氧含量；
4五、继续调节旋涡泵转速，得到系列进水流量下实现最佳氧含量所对应的曝氧压力、曝氧时间，并根据气体状态方程及空气中氧气所占的体积比，拟合建立出达到最佳氧含量时对应进水流量与曝氧压力、曝氧时间之间的函数关系Q=f (P，t，k)，其中k为综合了有效作用气体体积及氧气溶解比率的常数。六、按照上述步骤四、五获得的污水体系最佳的氧含量及运行参数间关系，将采油污水泵入立式集水罐，以与此最佳氧含量相对应的流量、压力、时间参数进行曝氧，通过溶解氧测定仪实时监测，并调参控制采油污水曝氧后的含氧量达到污水体系最佳的氧含量， 再利用曝氧处理后的污水稀释聚合物母液。上述方案中采油污水为经过混凝除油、过滤除杂后的新鲜污水。上述方案中污水含氧量测定采用隔膜电极法。上述方案中污水曝气处理后稀释聚合物母液，混配聚合物溶液浓度为1000 2500mg/Lo上述控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法使用的装置，包括空气压缩机、漩涡泵、电磁流量计、立式集水罐和溶解氧测定仪，立式集水罐自其底端面由下向上分别为溶气室和气体释放室，溶气室和气体释放室由微孔挡板隔开，底端面在中心轴线两侧固定有进气管和排水管，排水管与溶解氧测定仪相连接，立式集水罐侧身安装进水管，进水管外接电磁流量计和漩涡泵，溶气室中自底部到微孔挡板处绕置多组螺旋状不锈钢丝。上述方案中立式集水罐为不锈钢材质，溶气室中不锈钢丝的丝径为0.2mm;溶气室和气体释放室的容积比为1:3，立式集水罐顶端面沿中心轴线位置安装排气用的1/4球阀。上述方案中溶气室中多组螺旋状不锈钢丝分布情况为，有一组螺旋状不锈钢丝位于立式集水罐的中心，其周围围绕并相互毗邻支撑着其它的螺旋状不锈钢丝组，其它的每组螺旋状不锈钢丝又通过焊接在溶气室内壁的楔形钩固定，并相互毗邻支撑，防止受到气液流的冲击而倾斜、变形。上述方案中进水管安装在气体释放室1/3高度的位置，进水管上方安装压力表， 压力表安装在气体释放室1/2高度的位置。上述方案中微孔挡板上按IOmm等间距分布直径为5mm的微孔。有益效果
(1)本发明污水进入立式集水罐时，采用了变频调速旋涡泵泵入方式，便可以模拟不同流量条件，得到系列流量下实现污水最佳含氧量时的曝气充氧时间、曝氧压力，从而可建立关联式确定在油田地面曝气处理环节中不同污水量规模下的空气与水混合接触、作用时间，以及运行压力；再次，溶气室中绕置多组呈螺旋状的不锈钢丝，增大了空气与水的接触面积，延长了接触时间，易于粒径不等的连续气泡形成，引起气体及气泡的多向分散、绕流与碰撞，促进了气泡变小、溶解和能量传递，保证了在其它条件一定时曝氧过程的充分；与此同时，微孔挡板使溶气过程向气体释放过程很好地过渡，既通过溶氧消除了水体中的还原性物质，杀灭、减少了硫酸盐还原菌等厌氧菌，又使反应所形成可攻击聚合物分子链的自由基(0·)从水中尽量逸出，避免处理后污水配聚时发生分子链降解而引起粘损；另外，同常用先取小样、再实验测定的思路相比，其排水管直接与溶解氧测定仪相连接，将保证处理污水中溶解氧含量测定结果的准确性，消除了流场改变、外界大气环境条件改变等可能带来的干扰；同时，同步排出曝气处理至不同含氧量的污水进行后续配聚试验，将形成一套集污水高效处理、合理回用于一体的科学、可靠的技术手段。(2)本发明结构简单、合理，技术参数规范、可调，方法原理明确、易行，能确定适用于不同类别采出污水配注聚合物的最佳氧含量，将科学而有效地解决运用曝氧技术处理污水的合理氧含量界定模糊的问题，可操作性和实用性强。(3)本发明填补了一直以来油田地面工程污水曝氧处理工艺运行笼统，对配聚回用污水曝氧处理的合理含氧量尚无科学界定的空白，能够为工业生产运行中关键工艺参数确定、调整提供科学依据，既可应用在油田生产研究领域，又可推广应用到化工、环保等与污水综合治理密切相关的其它领域。四
图1为本发明装置的结构示意图； 图2是图1的A-A俯视图； 图3是图1的B-B俯视图。1立式集水罐2溶气室3气体释放室4微孔挡板5支撑脚 6进水管7 进气管 8排水管 9压力表10球阀 11不锈钢丝 12空气压缩机13电磁流量计 14漩涡泵 15溶解氧测定仪。五具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明
如图1所示，这种控制采油污水混配聚合物粘度损失的装置包括一个安装在支撑脚5 上的立式集水罐1，空气压缩机12与立式集水罐1的进气管7连接，漩涡泵14与立式集水罐1的进水管6通过管线连接，二者连接的管线上安装电磁流量计13，溶解氧测定仪15安装在立式集水罐1的排水管8上，溶解氧测定仪15可实时对污水中溶解氧含量进行测试， 测定结果准确，消除了流场改变、外界大气环境条件改变等可能带来的干扰。所述立式集水罐1为不锈钢材质，自其底端面由下向上分别为溶气室2和气体释放室3，之间由微孔挡板 4隔开，上述溶气室2与气体释放室3的容积比为1:3，且溶气室2中呈螺旋状绕置七组丝径为0. 2mm的不锈钢丝11，可以避免压缩气流直进，增大气体与进水的有效接触面积，延长接触时间，易于形成粒径不等的连续气泡，同时，能够引起气体及气泡的多向分散、绕流与碰撞，促使气泡进一步粉碎、溶解，增加曝氧效果，本实施方式中，溶气室2中七组螺旋状不锈钢丝分布情况为，有一组螺旋状不锈钢丝位于立式集水罐1的中心，其周围围绕并相互毗邻支撑着其它的六组螺旋状不锈钢丝，六组螺旋状不锈钢丝各自又通过焊接在溶气室2 内壁的楔形钩固定，并相互毗邻支撑；立式集水罐1底端面在中心轴线两侧有进气管7和排水管8，进水管6和压力表9自下而上分别安装在立式集水罐1气体释放室3的1/3高度和 1/2高度位置，立式集水罐1的顶端面沿中心轴线位置引出一排气用的1/4球阀。进气管7 和排水管8上均安装密封圈，立式集水罐1底端面和顶端面的封头均与罐内壁采用过盈配合和止动螺钉双重连接，既保证密封性，又方便清罐和溶气室2内部件的定期维护。图2是图1的A-A俯视图，它提供了微孔挡板4的结构示意图，如图所示，微孔挡板4平面上按IOmm等间距分布Φ 5mm的微孔，微孔挡板4使溶气过程向气体释放过程很好地过渡，避免处理后污水中由反应所形成的自由基(0·)不能及时逸出而引起配聚时分子链降解，造成粘度损失。
图3是图1的B-B俯视图，它提供了不锈钢丝11呈螺旋状绕置的结构示意图，如图所示，丝径为0. 2mm的不锈钢丝11自溶气室2底部到微孔挡板4绕置成螺旋状，每组通过楔形钩固定，并相互毗邻支撑，充分发挥促进气液分散、绕流、碰撞、溶解与能量传递的作用。本发明中漩涡泵14能够实现变频调速控制，可模拟不同流量条件，便于得到对应流量下实现污水最佳含氧量时的曝气充氧时间。本发明控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法
一、通过变频调速旋涡泵14将经过混凝除油、过滤除杂后的新鲜污水以一定流量泵入立式集水罐1，同时打开立式集水罐1进气管阀门，开启空气压缩机12，压入空气。二、调节立式集水罐1顶端面上排气球阀10的开度，控制罐内气液混合压力不低于0. IMPa，使空气和水在立式集水罐的溶气室2内发生充分接触、溶解、能量传递。三、记录曝气充氧时间，利用与排水管8对接的溶解氧测定仪15监测该流量来水在作用时间内的含氧量，得到某一定流量下，曝氧压力、曝氧时间与处理后水质含氧量的变化关系，污水含氧量测定采用隔膜电极法。四、利用上述得到的不同含氧量的污水分别去稀释聚合物母液，稀释聚合物溶液浓度为1000 2500mg/L，依次测定粘度，建立污水氧含量与其配聚浓粘特征的变化关系， 进行平行试验，重复测定各体系粘度值，得到可实现平均粘损最低时的曝氧量，确定污水体系最佳的氧含量。五、继续调节旋涡泵转速，得到系列进水流量下实现最佳氧含量所对应的曝氧压力、曝氧时间，并根据气体状态方程及空气中氧气所占的体积比，拟合建立出达到最佳氧含量时对应进水流量与曝氧压力、曝氧时间之间的函数关系Q=f (P，t，k)，其中k为综合了有效作用气体体积及氧气溶解比率的常数。完成污水稀释聚合物母液前期的运行参数的确定任务，为下一步进行利用污水稀释聚合物母液工作，提供技术指标，以控制采油污水混配聚合物的粘度损失。六、利用污水稀释聚合物母液，按照上述步骤四、五获得的污水体系最佳的氧含量及运行参数间关系，将采油污水泵入立式集水罐1，以与此最佳氧含量相对应的流量、压力、 时间参数进行曝氧，通过溶解氧测定仪15实时监测，并调参控制采油污水曝氧后的含氧量达到污水体系最佳的氧含量，再利用此曝氧处理后的污水稀释聚合物母液。由此，本发明前五步为第一个阶段，是为利用污水稀释聚合物母液任务进行的前期技术参数界定，第六步是重新开始的第二个阶段，是本发明将前五步获得的参数作为指导和依据，进行的利用污水稀释聚合物母液的工作，通过前五步为第六步控制污水混配聚合物溶液的粘度损失打下基础。实施例1
采用本发明所述控制采油污水混配聚合物溶液粘度损失的方法及装置进行了保密性试验，使用聚驱采油污水作为原水，以流量为12m3/h泵入立式集水罐1，并进行本发明第一步至第五步，通过本发明技术方案的第一阶段测试，得到进水流量为12m3/h，曝氧压力 0. 15MPa,曝氧时间7秒钟时，该污水体系最佳的氧含量为6. 50mg/L,拟合建立达到此最佳氧含量时对应进水流量与曝氧压力、曝氧时间之间的关系为 Q=O. 21X32 X 36 00X 106XkXP/ (8. 314X298XD。Xt)式中Q——进水流量，m3/h ； P——曝氧压力，MPa; t——曝氧时间，秒；
D0——水中最佳的溶解氧含量，mg/L，本实施例中Dq=6. 50mg/L ； k——常数，取值见表1。
表1常数k取值对照表
权利要求
1.一种控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法，其特征在于这种控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法一、通过变频调速旋涡泵(14)将采油污水以一定流量泵入立式集水罐(1)，同时打开立式集水罐(1)进气管(7 )阀门，开启空气压缩机(12 )，压入空气，空气在立式集水罐(1)中沿溶气室(2)中多组螺旋状不锈钢丝(11)螺旋上升，又通过微孔挡板(4)进入气体释放室， 使采油污水在立式集水罐(1)中曝气充氧；二、调节立式集水罐(1)顶端面上排气球阀(10)的开度，控制罐内气液混合压力不低于0. IMPa，使空气和水在立式集水罐(1)的溶气室(2)中发生充分接触、溶解、能量传递；三、记录曝气充氧时间，利用与排水管(8)对接的溶解氧测定仪(15)监测上述流量来水在作用时间内的含氧量，得到某一定流量下，曝氧压力、曝氧时间与处理后水质含氧量的变化关系；四、承接曝气处理至不同含氧量的污水稀释聚合物母液，测定粘度，建立污水氧含量与其配聚浓粘特征的变化关系，进行平行试验，重复测定各体系粘度值，得到可实现平均粘损最低时的曝氧量，确定污水体系最佳的氧含量；五、继续调节旋涡泵转速，得到系列进水流量下实现最佳氧含量所对应的曝氧压力、曝氧时间，并根据气体状态方程及空气中氧气所占的体积比，拟合建立出达到最佳氧含量时对应进水流量与曝氧压力、曝氧时间之间的函数关系Q=f (P，t，k)，其中k为综合了有效作用气体体积及氧气溶解比率的常数；六、按照上述步骤四、五获得的污水体系最佳的氧含量及运行参数间关系，将采油污水泵入立式集水罐(1)，以与此最佳氧含量相对应的流量、压力、时间参数进行曝氧，通过溶解氧测定仪(15)实时监测，并调参控制采油污水曝氧后的含氧量达到污水体系最佳的氧含量，再利用曝氧处理后的污水稀释聚合物母液。
2.根据权利要求1所述的控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法，其特征在于所述的采油污水为经过混凝除油、过滤除杂后的新鲜污水。
3.根据权利要求1所述的控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法，其特征在于所述的污水含氧量测定采用隔膜电极法。
4.根据权利要求1所述的控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法，其特征在于所述的污水曝气处理后稀释聚合物母液，混配聚合物溶液浓度为1000 2500mg/L。
5.一种权利要求1所述的控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法使用的装置，其特征在于它包括空气压缩机(12)、漩涡泵(14)、电磁流量计(13)、立式集水罐(1)和溶解氧测定仪(15)，立式集水罐(1)自其底端面由下向上分别为溶气室(2)和气体释放室(3)，溶气室(2)和气体释放室(3)由微孔挡板(4)隔开，底端面在中心轴线两侧固定有进气管(7) 和排水管(8)，排水管(8)与溶解氧测定仪(15)相连接，立式集水罐(1)侧身安装进水管 (6)，进水管(6)外接电磁流量计(13)和漩涡泵(14)，溶气室(2)中绕置多组螺旋状不锈钢丝(11)。
6.根据权利要求5所述的控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法使用的装置，其特征在于所述的溶气室中多组螺旋状不锈钢丝(11)分布情况为，有一组螺旋状不锈钢丝位于立式集水罐(1)的中心，其周围围绕并相互毗邻支撑着其它的螺旋状不锈钢丝组，其它的每组螺旋状不锈钢丝又通过焊接在溶气室(2)内壁的楔形钩固定，并相互毗邻支撑。
7.根据权利要求6所述的控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法使用的装置，其特征在于所述的立式集水罐(1)为不锈钢材质，溶气室(2)中绕置不锈钢丝(11)的丝径为 0. 2mm;溶气室(2)与气体释放室(3)的容积比为1 3，立式集水罐(1)顶端面沿中心轴线位置安装排气用的1/4球阀(10)。
8.根据权利要求7所述的控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法使用的装置，其特征在于所述的微孔挡板(4)上按IOmm等间距分布直径为5mm的微孔。
9.根据权利要求8所述的控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法使用的装置，其特征在于所述的进水管(6)安装在气体释放室(3) 1/3高度的位置，进水管(6)上方安装压力表(9)，压力表(9)安装在气体释放室(3) 1/2高度的位置。
全文摘要
本发明涉及的是控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法及装置，其中的控制采油污水混配聚合物粘度损失的方法为通过变频调速旋涡泵将采油污水以一定流量泵入立式集水罐，同时压入空气，使采油污水在立式集水罐中曝气充氧；记录曝气充氧时间，利用与排水管对接的溶解氧测定仪监测上述流量来水在作用时间内的含氧量，得到某一定流量下，曝氧压力、曝氧时间与处理后水质含氧量的变化关系，确定污水体系最佳的氧含量；以与此最佳氧含量相对应的流量、压力、时间参数为指导，将采油污水泵入立式集水罐进行曝氧，再利用曝氧处理后的污水稀释聚合物母液。本发明科学而有效地解决运用曝氧技术处理污水的合理氧含量界定模糊的问题，可操作性和实用性强。
文档编号C02F1/72GK102276047SQ20111014704
公开日2011年12月14日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日
发明者刘扬, 庞仁山, 王志华, 钟会影, 魏立新 申请人:东北石油大学