Hans Journal of Chemical Engineering and Technology 化学工程与技术, 2013, 3, 97-99 http://dx.doi.org/10.12677/hjcet.2013.33018 Published Online May 2013 (http://www.hanspub.org/journal/hjcet.html) Research on Influential Factors of Iron Removal for Reinjection Water* Wensen Zhao1,2, Jian Zhang1,2, Guorong Tan1,2, Ming Duan3, Jianchong Gao1,4, Y ingxi an Cui1,2 1State Key Laboratory of Offshore Oil Exploitation, Beijing 2CNOOC Research Institute, Beijing 3Southwest Petroleum University, Chengdu 4Tianjin Branch, CNOOC China Limited, Tianjin Email: zhaows@cnooc.com.cn Received: Jan. 15th, 2013; revised: Feb. 18th, 2013; accepted: Feb. 27th, 2013 Copyright © 2013 Wensen Zhao et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract: In view of th e Fe2+ in the reinjection water affected the content of suspend solid, the writer used the reactive material to oxidize and catalyze the Fe2+, and researched the influential factors of iron removal, such as reactive time, the thickness and the curren t velocity. The results showed that the reactive material removed the Fe2+ and was reduced to 0.1 mg/L from 10 mg/L when its reactive time was 6 days, the thickness was 0.8 m an d the current velocity was 0.1 L/min, which was go o d fo r r educing the content of suspend solid. Keywords: Reinjection Water; Iron Removal; Reactive Material; Evaluation and Test 回注水除铁的影响因素研究* 赵文森 1,2,张 健1,2,檀国荣 1,2,段 明3,高建崇 1,4,崔盈贤 1,2 1海洋石油高效开发国家重点实验室,北京 2中海油研究总院,北京 3西南石油大学,成都 4中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 Email: zhaows@cnooc.com.cn 收稿日期:2013 年1月15 日;修回日期:2013 年2月18 日;录用日期:2013 年2月27 日 摘 要:针对油田回注水中Fe2+影响悬浮固体含量的问题,本文采用活性材料催化氧化并辅以截留分离的方法, 除去水中的 Fe2+。考察了活化时间、材料厚度及过滤速度等因素对除铁效果的影响。实验结果表明:活性材料 在活化时间 6天、活性材料厚度 0.8 m、过滤速度 0.1 L/mi n条件下,能够有效去除水中 Fe2+,其含量由 10 mg/L 降低至 0.1 mg/L以内。在油田现场回注水处理时,可将水中的 Fe2+含量由 0.6 mg/L降低至 0.05 mg/L,有利于降 低水中悬浮固体含量。 关键词:回注水;除铁;活性材料;评价与试验 1. 引言 油田注水工作的核心是解决注够水,注好水的问 题。首先是注够水,使注水量满足注水实施方案的要 求[1]。为了保持油田的注采平衡,除将处理合格的生 产污水进行回注外,还需再注一定量的水源井水(清 水)[2]。由于清水中含有一定的Fe2+,当系统中进氧时, *基金项目:国家科技重大专项“海上稠油化学驱油技术” (2011ZX05024-004)。 Copyright © 2013 Hanspub 97 回注水除铁的影响因素研究 很容易产生Fe(OH)3胶体,会影响水中悬浮固体含量。 一方面,Fe(OH)3胶体沉淀直接或间接参与对地面处 理设备、工艺管线和注水设备的腐蚀,并伴随产生一 定的腐蚀产物FeS;另一方面,Fe(OH)3胶体随水注入 地层时会对储层造成不同程度的伤害[3]。因此,有必 要针对回注水开展除铁技术研究。 一般情况下,去除水中的Fe2+,首先要将二价铁 氧化为三价铁,使其形成 Fe(OH)3絮体然后去除,且 以空气作为氧化剂,但只采用空气直接氧化二价铁, 反应速度较慢,相应反应时间会延长,造成工程投资 和运行费用增加[4]。本文采用活性材料催化氧化并辅 以截留分离的方法,催化氧化Fe2+,使水中 Fe2+快速 氧化成 Fe3+,形成 Fe(OH)3,再通过装有活性材料的 30 mm滤柱截留分离进一步去除 Fe(OH)3,实现回注 水除铁目的。为评价活性材料的除铁效果,室内通过 添加硫酸亚铁将水中的 Fe2+含量增加到 10 mg/L,考 察了活性材料除铁效果的主要影响因素。 2. 实验部分 2.1. 实验材料 清水:取自水源水处理系统的细滤器出口,是已 处理完毕的水。 污水:取自生产污水处理系统的气浮选出口,是 尚未处理完的污水。 硫酸亚铁:分析纯。 2.2. 分析方法 水质分析:执行石油天然气行业标准 SY/T5329。 Fe2+浓度的测定:采用邻菲罗啉分光光度法。 3. 实验结果与讨论 3.1. 活化时间对除铁效果的影响 由于活性材料需要一段时间在其表面形成活性 滤膜后,才能表现出高效的除铁效果,通常也把滤膜 的形成过程称为活化时间。于是,开展了活性材料的 活化时间对除铁效果的影响研究。 从图 1可见,随着活化时间的延长,滤料出口水 中的 Fe2+浓度逐渐降低。由此可知,随着活化时间的 延长,活性材料表面的滤膜逐渐形成,滤料的除铁效 果也逐渐显现。在滤料活化初期,滤料入口水中的亚 Figure 1. The relationship of activation time and Fe2+ concentra- tion; The entrance concentration of Fe2+ is 10 mg/L, the thickness is 0.8 m, the current velocity is 0.1 L/min 图1. 活化时间与水中 Fe2+浓度的关系;入口浓度[Fe2+] = 10 mg/L, 滤料层厚度 = 0.8 m,流量 = 0.1 L/min 铁离子含量在10 mg/L时,滤料出口的亚铁离子含量 在4.5 mg/L,说明Fe2+在经过活性材料时,由于活性 材料的氧化作用,使大部分Fe2+被氧化成 Fe3+,但是 由于活性滤膜没有形成,所以活性材料的除铁效果没 有完全显现。当滤料的活化时间在 6天时,滤料出口 水中的 Fe2+浓度小于 0.1 mg/L,表明滤料的活性滤膜 已经形成,表现出了高效的除铁效果。 3.2. 活性材料厚度对除铁效果的影响 在活性滤料除铁过程中,滤料与含铁水质的接触 时间,直接决定着滤料的除铁效果。随着活性材料层 厚度的增加,与水的作用时间也随之增加,除铁效果 增强。于是,开展了活性材料厚度对除铁效果的影响 研究。 从图 2可知,随着活性材料厚度的增加,滤料出 口水中的Fe2+浓度逐渐降低。表明随着滤料层厚度的 增加,活性材料与Fe2+的接触时间延长,其催化氧化 Fe2+的能力增强,除铁效果增加。 在入口 Fe2+浓度固定在10 mg/L情况下,当厚度 在0.3 米时,滤料出口的Fe2+含量在 2.7 mg/L;当滤 料层厚度增加到 0.8 米时,滤料出口的 Fe2+含量降低 到0.1 mg/L。可见,在活性材料厚度为 0.8 m时,水 中Fe2+与活性材料的接触较充分,发挥出了较好的除 铁效果。 3.3. 过滤速度对除铁效果的影响 在活性材料的除铁过程中,含铁水质在活性滤料 中的过滤速度关系着滤料与含铁水质的接触时间,对 Copyright © 2013 Hanspub 98 回注水除铁的影响因素研究 Copyright © 2013 Hanspub 99 Figure 2. The relationship of thickness and Fe2+ concentration; The entrance concentration of Fe2+ is 10 mg/L, the current velocity is 0.1 L/min, the active time is 6 d Figure 3. The relationship of filtration velocity and Fe2+ concentra- tion; The entrance concentration of Fe2+ is 10 mg/L, the thickness is 0.8 m, the active time is 6 d 图2. 活性材料厚度与水中 Fe2+浓度的关系;入口浓度[Fe2+] = 10 mg/L,流量 = 0.1 L/min,活化时间 = 6 天 图3. 过滤速度与水中 Fe2+浓度的关系;入口浓度[Fe2+] = 10 mg/L, 滤料层厚度 0.8 m,活化时间 6天 除铁效果也会有一定影响。为此,开展了不同过滤速 度对除铁效果的影响研究。 Table 1. The iron removal result of field water 表1. 油田现场水除铁效果 从图 3可知,随着过滤速度的降低,滤料出口的 Fe2+含量逐渐降低;说明过滤速度的降低,使活性滤 料与 Fe2+接触的时间延长,其催化氧化 Fe2+的能力增 强,滤料的除铁效果增加。 Fe2+含量(mg/L) 水样 除铁前 除铁后 清水 1.5 0.05 污水 0.3 0.05 回注水 0.6 0.05 当过滤速度在 0.5 mL/min时,滤料出口的 Fe2+ 含量在 3.7 mg/L;当过滤速度降低至0.1 mL/m in时, 滤料出口的Fe2+含量在 0.1 mg/L。可见,在过滤速度 为0.1 mL/min时,活性滤料与 Fe2+接触时间充分,发 挥出了较好的除铁效果。 过滤速度 0.1 L/min条件下,采用过滤的方法能够将 清水中的 Fe2+含量由10 mg/L左右降低至 0.1 mg/L以 内。 3.4. 活性除铁材料使用性能评价 2) 活性材料能够将现场回注水中的Fe2+浓度由 0.6 mg/L降低到 0.05 mg/L,将有利于降低水中悬浮固 体含量。 为了验证活性材料的除铁效果,在海上平台开展 了现场除铁实验。通过测量除铁后清水、污水和清污 混合水的悬浮固体含量变化,评价活性滤料的除铁效 果,实验结果见表 1。 参考文献 (References) 实验参数:滤料活化时间 6天,滤料层厚度 0.8 m, 过滤速度0.1 mL/min;入口清水 Fe2+浓度 2.0 mg/L。 [1] 周守为等. 中国近海典型油田开发实践[M]. 北京: 石油工业 出版社, 2009. [2] 朱海山, 邱里. 绥中36-1 油田整体开发将首次大规模采用生 产污水回注[J]. 中国海上油气(工程), 1999, 11(2): 40-43. 从表 1中实验结果可以看出,油田现场未处理过 的清水中Fe2+浓度在 1.5 mg/L,经过活性材料处理后 的清水中Fe2+浓度降低到 0.05 mg/L;同时,活性材料 能够将现场回注水中的 Fe2+浓度由 0.6 mg/L降低到 0.05 mg/L。由此说明活 性材料能够有效地将水中的 Fe2+去除,将有利于进一步提高注入水水质。 [3] 朱成华. 宝浪油田污水系统高氧化除铁室内实验[J]. 油气地 面工程, 2011, 30(8): 27-29. [4] 于永辉, 孙承林, 黄津等. 油田采出液除铁用 于配注聚合物 工程改造[J]. 中国给排水, 2012, 28(10): 66-69. 4. 结论 1) 活性材料在活化时间 6天、滤料层厚度 0.8 m、 |