專利名稱：：一種將油田產(chǎn)出水處理成配聚水的電化學(xué)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種將油田產(chǎn)出水(也稱油田污水)處理成配聚水的電化學(xué)方法，屬于油田產(chǎn)出水處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：聚合物驅(qū)(一種三次釆油方法)在中國的許多油田，特別是大油田，如大慶油田、勝利油田等得到了廣泛的推廣、應(yīng)用，取得了較好的采油效果和經(jīng)濟(jì)效益，成為注水開發(fā)油田可持續(xù)發(fā)展的重要接替技術(shù)之一。在聚合物驅(qū)實(shí)施過程中，如何保持注入的聚合物溶液粘度是貫穿這項(xiàng)技術(shù)始終的核心技術(shù)，也是目前聚合物驅(qū)研究的重要內(nèi)容之一。為了保持聚合物注入液粘度，我國大部分油田現(xiàn)行的做法是采用超高分子量聚合物(超高分子量聚丙烯酰胺)，并且同時采用清水配聚工藝。這是因?yàn)榍逅锌山档途酆衔锶芤赫扯鹊囊粌r陽離子和可嚴(yán)重降低聚合物溶液粘度的高價(二價、三價)陽離子濃度都很低。因此，可以使聚合物溶液保持較高的溶液粘度，保證聚合物驅(qū)的實(shí)施效果。隨著油田開發(fā)的不斷進(jìn)行，采用聚合物驅(qū)的規(guī)模也越來越大，配制聚合物溶液所需的清水量也會越來越大，但我國油田普遍清水水源不足；另一方面，大部分油田又都處于高含水期，每天會產(chǎn)生大量的油田產(chǎn)出水(油田污水)。為了充分利用油田產(chǎn)出水資源，多數(shù)油田建立了污水處理站，但處理方式仍為簡單的殺菌、沉降、過濾，處理過的油田產(chǎn)出水在一定程度上能夠用于回注。但上述處理方式，不能降低油田產(chǎn)出水中的Fe"、Ca2+、Mg2+、Fe2+、K+、Na+等離子，而這些離子會嚴(yán)重降低聚合物溶液的粘度。其中，二價陽離子Ca2+、Mg^使溶液粘度下降的能力大約9倍于一價陽離子Na+、K+;二價陽離子F^+離子不僅會使溶液粘度下降，還會使溶液穩(wěn)定性下降；三價離子F^+離子對溶液粘度的影響大于二價離子。這就導(dǎo)致油田產(chǎn)出水不能用作配制聚合物溶液，不能得到有效地利用，需要外排或無效回注。這樣不利于節(jié)能減排，不僅給油田造成巨大的能耗，還使油田面臨巨大的外排壓力。因此，將油田產(chǎn)出水處理成可以用作配制聚合物(聚丙烯酰胺)溶液的用水，即配聚水，可以使油田水資源得以合理利用，這對油田開發(fā)生產(chǎn)具有重大意義。目前，主要采用化學(xué)法將油田產(chǎn)出水處理成配聚水。通過向油田產(chǎn)出水中添加綜合水質(zhì)改性處理劑，快速移除和屏蔽Ca2+、Mg^等二價陽離子和F^+等三價陽離子，從而提高油田產(chǎn)出水配制聚合物溶液的粘度保留率，實(shí)現(xiàn)油田產(chǎn)出水替代清水配制聚合物溶液。三價陽離子離子F^+和二價陽離子離子C^+、Mg2+、F^+帶正電荷，能沉淀或屏蔽這些離子的基團(tuán)必須帶負(fù)電荷。而我們所用的化學(xué)藥劑是電中性的，即上述基團(tuán)的K+、Na+等一價陽離子的復(fù)合物。例如，EDTA陰離子(用Y^表示)可用作Ca2+、Mg^離子的掩蔽基團(tuán)，但我們不能只向油田產(chǎn)出水中添加Y4—離子，而只能添加Y^離子與K+、Na+等一價陽離子的復(fù)合物Na2H2Y。因此，向油田產(chǎn)出水中添加掩蔽基團(tuán)，掩蔽Ca2+、Mg^等二價陽離子的同時，不可避免的增加了油田產(chǎn)出水中的K+、Na+等一價陽離子。K+、Na+等一價陽離子濃度的增加也會使聚合物溶液粘度下降。故使用基于化學(xué)法的綜合水質(zhì)改性處理劑，將油田產(chǎn)出水處理成配注水不是一個好方法。目前尚無用電化學(xué)方法除去油田產(chǎn)出水中的Ca2+、Mg2，nF^+等二價陽離子，同時不增加油田產(chǎn)出水中K+、Na+等一價陽離子濃度，將油田產(chǎn)出水軟化處理成配聚水的報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)的不足，提供了一種將油田產(chǎn)出水(油田污水)處理成配聚水的電化學(xué)方法。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，一種將油田產(chǎn)出水處理成配聚水的電化學(xué)方法，其特征在于包括以下步驟(1)電解向油田產(chǎn)出水中通電電解；利用陽極的氧化作用，將亞鐵離子氧化成鐵離子，鐵離子水解生成Fe"OH)m^一+膠體沉淀；利用陰極(包括陰極表面)的強(qiáng)堿性，將鈣離子轉(zhuǎn)換生成CaC03、Ca(OH)2沉淀，鎂離子轉(zhuǎn)換生成Mg(OH)2沉淀，亞鐵離子轉(zhuǎn)換生成Fe(OH)2沉淀；(2)絮凝；(3)沉降；(4)過濾，得到鈣離子含量《30mg/L、鎂離子含量《50mg/L的配聚水，采用該配聚水配置的聚合物溶液的黏度是采用清水配置同一濃度同一種聚合物溶液的黏度的50%99.8%。步驟(1)所述陽極和陰極的極板是反應(yīng)性金屬材料、惰性金屬材料、合金、金屬鍍層、非金屬材料中的一種或多種。步驟(1)所述陽極是釕、銠、銥和鈦的復(fù)合電極；陰極的極板材料是鋁、鐵、鉑、釕、銠、鈦、金、鈮、鉭、不銹鋼或石墨。步驟(1)所述陽極和陰極是一對或一對以上，陽極和陰極之間以串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)組合相連接。所述的陽極和陰極的極板之間的距離為0.1100mm，優(yōu)選0.550mm，極板間電壓為0.550V，優(yōu)選120V,極板的電流密度為103000A/m2之間，優(yōu)選503000A/m2。所述的陽極和陰極的極板之間用含有離子基團(tuán)的填料進(jìn)行充填。所述的離子基團(tuán)是磺酸、磺酸鹽、羧酸、羧酸鹽或季胺鹽；所述的填料是聚苯乙烯。步驟(1)所述通電是通單向連續(xù)直流電、定期反向連續(xù)直流電、單向脈沖直流電、定期反向脈沖直流電或交流電流。'本發(fā)明提出一種將油田產(chǎn)出水處理成配聚水的電化學(xué)方法。向油田產(chǎn)出水中通電電解，利用陽極的氧化作用，將在油田產(chǎn)出水中溶解度較大、難以除去的F^+離子氧化成Fe"離子，如反應(yīng)(1)所示，進(jìn)而發(fā)生水解，生成Fe"OH)m^^+膠體沉淀，如反應(yīng)(2)所示。隨著電解的進(jìn)行，陰極發(fā)生如式(3)所示的反應(yīng)；H+離子不斷消耗，會促進(jìn)水發(fā)生電離，如反應(yīng)式(4)所示；隨著陰極區(qū)(包括陰極表面)OH'離子濃度不斷增加，OH—離子與油田產(chǎn)出水中的HC(V離子反應(yīng)，生成水和CO,離子，如反應(yīng)式(5)所示；CO,離子的增加打破了原來與<^2+離子之間的平衡，進(jìn)而生成CaC03沉淀，如反應(yīng)式(6)所示；同時，由于OH'離子在陰極區(qū)局部過濃，會與Ca2+、Mg2+、Fe"和Fe3+離子生成Ca(OH)2、Mg(OH)2、Fe(0H)2和Fe(OH》沉淀，分別如反應(yīng)式(7)、反應(yīng)式(8)、反應(yīng)式(9)和反應(yīng)式(10)所示。這些沉淀可以通過絮凝、沉降、過濾除去，最終達(dá)到去除油田產(chǎn)出水中的(^2+、Mg2+、Fe2+和Fe3+離子的目的。Fe2+-e=Fe3+(1)xFe3++3mOH'—Fex(OH)m(3x-m)+(棕色)丄(2)2H++2e=H2T(3)H20=H++Off(4)HCCV+OH-=H20+CO:(5)Ca2++C032-=CaCOU(6)Ca2++20H-=Ca(OH)2丄(7)Mg2++20H.=Mg(OH)2丄(8)Fe2++20H-=Fe(OH)2丄(9)Fe3++30H-=Fe(O賜(10)本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及有益效果(1)采用本發(fā)明方法將油田產(chǎn)出水(油田污水)處理成鈣離子含量《30mg/L、鎂離子含量《50mg/L的配聚水，很好地滿足了配置聚合物用水的要求；(2)在本發(fā)明的電解步驟中，不使用化學(xué)藥劑，起作用的"化學(xué)試劑"是電子，因此在除去Ca"、Mg2+、F^+等二價陽離子和F^+等三價陽離子的過程中，還具有不增加油田產(chǎn)出水中的K+、Na+等一價陽離子的優(yōu)點(diǎn)，這樣處理得到的配聚水有利于保持所配置聚合物(聚丙烯酰胺)溶液的粘度，有利于節(jié)約資源和成本，符合"綠色化學(xué)"工藝；(3)殺菌不產(chǎn)生抗藥性，操作簡便、安全，易于調(diào)控和實(shí)現(xiàn)自動化，對水量大小有廣泛的適應(yīng)性，便于推廣和應(yīng)用。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1本實(shí)施例采用電化學(xué)方法，向油田污水通入單向連續(xù)直流電，處理某污水站的油田產(chǎn)出水，處理流量為238mVh。每對陰、陽電極間的電壓為5.12V，電流為3840A，4對電極采用并聯(lián)方式連接，電極總面積1.28m2，則電流密度為3000A/m2，每對陰、陽電極極板間距為50毫米，每對陰、陽電極之間用含有羧酸鹽的聚苯乙烯樹脂充填，陽極材料為鈦和釕、銠、銥的復(fù)合電極，陰極材料為不銹鋼。陽極將油田產(chǎn)出水中還原性物質(zhì)，如F^+、S2—等離子和FeS膠體等氧化、水解成膠體Fex(OH)m^^+和單質(zhì)硫，同時徹底殺滅細(xì)菌。在陰極區(qū)，生成CaC03、Ca(OH)2、Mg(OH)2、Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀。隨后進(jìn)行絮凝、沉降、過濾，除去油田產(chǎn)出水中對粘度影響較大的(^2+、Mg2+、F^+等二價陽離子和Fe"等三價陽離子，最終將油田產(chǎn)出水處理成滿足配制聚合物要求的配聚水。本實(shí)施例的結(jié)果如表l所示表1配聚水中各物質(zhì)的含量<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例2本實(shí)施例采用電化學(xué)方法，向油田污水通入定期反向連續(xù)直流電，處理某污水站的油田產(chǎn)出水，處理流量為354m3/h。每對陰、陽電極間的電壓為4.37V,電流為6724A，21對電極采用并聯(lián)方式連接，電極總面積6.72m2，則電流密度為1000A/m2，每對陰、陽電極極板的間距為20毫米，每對陰、陽電極之間用含有磺酸鹽的聚苯乙烯樹脂充填，陽極材料為鐵、鋁、鈾，陰極材料為不銹鋼。陽極將油田產(chǎn)出水中還原性物質(zhì)，如Fe2+、S^等離子和FeS膠體等氧化、水解成膠體Fex(OH)m^W+和單質(zhì)硫，同時徹底殺滅細(xì)菌。在陰極區(qū)，生成CaC03、Ca(OH)2、Mg(OH)2、Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀隨后進(jìn)行絮凝、沉降、過濾，除去油田產(chǎn)出水中對粘度影響較大的(^2+、Mg2+、F^+等二價陽離子和F^+等三價陽離子，最終將油田產(chǎn)出水處理成滿足配制聚合物要求的配聚水。本實(shí)施例的結(jié)果如表2所示表2配聚水「P各物質(zhì)的含量<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例3本實(shí)施例采用電化學(xué)方法，向油田污水通入單向脈沖直流電，處理某污水站的油田產(chǎn)出水，處理流量為430mVh。每對陰、陽極間的電壓為1V，電流為5497A。本實(shí)施例共有由26對電極，第一組共13對電極并聯(lián)，第二組共13對電極并聯(lián)，然后兩組之間以串聯(lián)方式連接；電極總面積8.32m2，則電流密度為1602A/m2，每對陰、陽電極極板間距為25毫米，每對陰、陽電極之間用含有季銨鹽的聚苯乙烯樹脂充填，陽極材料為鈦和釕、鉑、釕的復(fù)合電極，陰極材料為不銹鋼。陽極將油田產(chǎn)出水中還原性物質(zhì)，如Fe"、S2—等離子和FeS膠體等氧化、水解成膠體Fex(OH)m^^+和單質(zhì)硫，同時徹底殺滅細(xì)菌。在陰極區(qū)，生成CaC03、Ca(OH)2、Mg(OH)2、Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀。隨后進(jìn)行絮凝、沉降、過濾，除去油田產(chǎn)出水中對粘度影響較大的Ca2+、Mg2+、F^+等二價陽離子和Fe"等三價陽離子，最終將油田產(chǎn)出水處理成滿足配制聚合物要求的配聚水。本實(shí)施例的結(jié)果如表3所示:表3配聚水4P各物質(zhì)的含量Ca2+(mg/L)Mg2+(mg/L)Fe2+(mg/L)Fe3+(mg/L)SRB(個/L)要求《30《50《0.1《0.1《10處理前2487914.72.36000處理后304900.10實(shí)施例4本實(shí)施例采用電化學(xué)方法，向油田污水通入定期反向脈沖直流電，ib理某污水站的油田產(chǎn)出水，處理流量為2.97mVh。每對陰、陽電極間的電壓為1.14V，電流為48A，3對電極采用并聯(lián)方式連接，電極總面積0.96m2，則電流密度為50A/m2，每對陰、陽電極極板間距為0.5毫米，陽極材料為鈦和釕、銠、銥的復(fù)合電極，陰極材料為石墨。陽極將油田產(chǎn)出水中還原性物質(zhì)，如Fe2+、S^等離子和FeS膠體等氧化、水解成膠體？^(0印1]1(3—+和單質(zhì)硫，同時徹底殺滅細(xì)菌。在陰極區(qū)，生成CaC03、Ca(OH)2、Mg(OH)2、Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀。隨后進(jìn)行絮凝、沉降、過濾，除去油田產(chǎn)出水中對粘度影響較大的"2+、Mg2+、F^+等二價陽離子和F^+等三價陽離子，最終將油田產(chǎn)出水處理成滿足配制聚合物要求的配聚水。本實(shí)施例的結(jié)果如表4所示:表4配聚水^<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實(shí)施例5本實(shí)施例采用電化學(xué)方法，向油田污水通入交流電流，處理某污水站的油田產(chǎn)出水，處理流量為238mVh。每對陰、陽電極間的電壓為20.16V，電流為3840A，4對電極采用并聯(lián)方式連接，電極總面積1.28m2，則電流密度為3000A/m2，每對陰、陽電極極板間距為50毫米，陽極材料為石墨，陰極材料也為石墨。陽極將油田產(chǎn)出水中還原性物質(zhì)，如F^+、S^等離子和FeS膠體等氧化、水解成膠體Fex(OH)^x^+和單質(zhì)硫，同時徹底殺滅細(xì)菌。在陰極區(qū)，生成CaC。3、Ca(OH)2、Mg(OH)2、Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀。隨后進(jìn)行絮凝、沉降、過濾，除去油田產(chǎn)出水中對粘度影響較大的<^2+、Mg2+、F^+等二價陽離子和F^+等三價陽離子，最終將油田產(chǎn)出水處理成滿足配制聚合物要求的配聚水。本實(shí)施例的結(jié)果如表5所示:表5配聚水c<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由上述實(shí)施例可知，采用本發(fā)明方法將油田產(chǎn)出水(油田污水)處理成鈣離子含量《30mg/L、鎂離子含量《50mg/L的配聚水，很好地滿足了配置聚合物用水的要求；且在電解步驟中，不使用化學(xué)藥劑，起作用的"化學(xué)試劑"是電子，因此在除去(^2+、Mg2+、F^+等二價陽離子和F^+等三價陽離子的過程中，還具有不增加油田產(chǎn)出水中的K+、Na+等一價陽離子的優(yōu)點(diǎn)，這樣處理得到的配聚水有利于保持所配置聚合物溶液的粘度，有利于節(jié)約資源和成本。權(quán)利要求1、一種將油田產(chǎn)出水處理成配聚水的電化學(xué)方法，其特征在于包括以下步驟(1)電解向油田產(chǎn)出水中通電電解；利用陽極的氧化作用，將亞鐵離子氧化成鐵離子，鐵離子水解生成Fex(OH)m(3x-m)+膠體沉淀；利用陰極的強(qiáng)堿性，將鈣離子轉(zhuǎn)換生成碳酸鈣、氫氧化鈣沉淀，鎂離子轉(zhuǎn)換生成氫氧化鎂沉淀，亞鐵離子轉(zhuǎn)換生成氫氧化亞鐵沉淀；(2)絮凝；(3)沉降；(4)過濾，得到鈣離子含量≤30mg/L、鎂離子含量≤50mg/L的配聚水，采用該配聚水配置的聚合物溶液的黏度是采用清水配置同一濃度同一種聚合物溶液的黏度的50％～99.8％。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將油田產(chǎn)出水處理成配聚水的電化學(xué)方法，其特征在于步驟(1)所述陽極和陰極的極板為反應(yīng)性金屬材料、惰性金屬材料、合金、金屬鍍層或非金屬材料。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將油田產(chǎn)出水處理成配聚水的電化學(xué)方法，其特征在于步驟(1)所述陽極是釕、銠、銥和鈦的復(fù)合電極；陰極的極板材料是鋁、鐵、鉑、釕、銠、鈦、金、鈮、鉭、不銹鋼或石墨。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將油田產(chǎn)出水處理成配聚水的電化學(xué)方法，其特征在于步驟(1)所述陽極和陰極是一對或一對以上，陽極和陰極之間以串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)組合相連接。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種將油田產(chǎn)出水處理成配聚水的電化學(xué)方法，其特征在于所述的陽極和陰極的極板之間的距離為0.1100mm，極板間電壓為0.550V，極板的電流密度為103000A/m2。6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種將油田產(chǎn)出水處理成配聚水的電化學(xué)方法，其特征在于所述的陽極和陰極的極板之間的距離為0.550mm，極板間電壓為120V，極板的電流密度為503000A/m2。7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種將油田產(chǎn)出水處理成配聚水的電化學(xué)方法，其特征在于所述的陽極和陰極的極板之間用含有離子基團(tuán)的填料進(jìn)行充填。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種將油田產(chǎn)出水處理成配聚水的電化學(xué)方法，其特征在于所述離子基團(tuán)是磺酸、磺酸鹽、羧酸、羧酸鹽或季胺鹽；所述填料是聚苯乙烯。9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將油田產(chǎn)出水處理成配聚水的電化學(xué)方法，其特征在于步驟(1)所述通電是通單向連續(xù)直流電、定期反向連續(xù)直流電、單向脈沖直流電、定期反向脈沖直流電或交流電流。全文摘要本發(fā)明公開了一種將油田產(chǎn)出水處理成配聚水的電化學(xué)方法。該方法利用陰極區(qū)(包括陰極表面)的強(qiáng)堿性，使游離的Ca²⁺、Mg²⁺離子生成CaCO₃、Ca(OH)₂和Mg(OH)₂沉淀，最后通過絮凝、沉降、過濾，處理得到鈣離子含量≤30mg/L、鎂離子含量≤50mg/L的配聚水，達(dá)到除去油田產(chǎn)出水中的Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺等二價陽離子和Fe³⁺等三價陽離子的目的，且不增加油田產(chǎn)出水中K⁺、Na⁺等一價陽離子濃度，以最大限度的保持所得配聚水配置的聚合物溶液的粘度。該方法無污染，節(jié)約資源，節(jié)約成本，而且殺菌不產(chǎn)生抗藥性，操作簡便、安全，易于調(diào)控和實(shí)現(xiàn)自動化，對水量大小有廣泛的適應(yīng)性，便于推廣和應(yīng)用。文檔編號C02F1/461GK101391846SQ20081021881公開日2009年3月25日申請日期2008年10月31日優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日發(fā)明者游革新申請人:華南理工大學(xué)