石南油田采出水处理药剂筛选及性能评价

宗明月 孙林港 罗春林

（中国石油工程设计有限公司新疆设计院）

石南油田采出水处理药剂筛选及性能评价

宗明月 孙林港 罗春林

（中国石油工程设计有限公司新疆设计院）

根据新疆油田石南4井区采出水高含盐、强腐蚀、结垢、药剂絮凝反应效果差的水质特性，通过室内实验及药剂评价，筛选出适宜的水质净化剂及稳定剂。在净水剂加药量为100 mg/L，助凝剂加药量4.0 mg/L，催化剂加药量30 mg/L，缓蚀剂加药量为50 mg/L，阻垢剂加药量为15～20 mg/L时，采出水处理效果较好，有效降低了腐蚀结垢强度，满足Q/SYXJ 0065—2003《克拉玛依油田注水水质标准》要求。采用此药剂处理，成本为1.17元/m3。

采出水净化；药剂筛选；净水剂；助凝剂；催化剂；缓蚀剂；阻垢剂

0　引 言

随着油田开发的进行，目前石南油田开发已进入油层开发中后期［1］，采出水的组成和性质较油田开发初期发生了较大的变化，原采出水处理系统已无法适应水质变化后的采出水处理要求，给油田生产带来较大影响。本研究根据石南油田采出水水质分析，从水质净化、控制腐蚀、结垢等方面着手，研究筛选适应石南采出水处理的药剂体系，提高采出水处理效率［2］，降低运行成本。

1　采出水处理工艺流程

石南联合站采出水处理工艺流程为：原油多功能处理器来水→两座300 m3接收罐→两台增压泵→两座反应罐→两座200 m3斜板沉降罐→两座60 m3缓冲罐→两台提升泵→核桃壳过滤器→注水罐。

原油处理系统分离的采出水，首先进入接收罐，去除大部分浮油和悬浮物，经泵提升进反应器，反应器上部和中部加入净水药剂；出水进斜板沉降罐，小絮体进一步聚集和沉降后，经缓冲罐缓冲由泵提升至过滤器，过滤器出水进入注水罐，合格水用于油田注水。

2　石南油田采出水水质分析

石南联合站采出水水质分析见表1。

由表1看出：油田采出水矿化度较高，特别是Cl-含量高，表明该类型水具有较强的腐蚀性。HCO3-、SO24-含量高，同时具有过量的Ca2+，在压力、温度等条件发生变化时，该类型水具有较强的结垢趋势。实际的生产运行也验证了这一分析，采出水处理系统及注水系统机泵、管线结垢严重，造成设备管线经常性清洗。由于矿化度含量高，药剂絮凝反应效果差［3］。

3　研究思路

根据石南油田采出水处理工艺流程及变化后的水质，通过实验室水质净化实验，优选净水剂和助凝剂。中和胶体表面电荷，改善药剂反应条件；投加催化助沉剂，增大絮体之间的凝结力，增大絮体密实度，加快沉降；加入絮凝剂，使细小的颗粒凝结成较大的颗粒或絮体。

4　净水体系研究

采出水的净化处理效果好坏是处理水质达标的关键，因此净水药剂的筛选是水处理药剂筛选的关键。根据石南油田采出水水质特点，净水药剂的筛选主要包括混凝剂、絮凝剂、助沉剂的筛选。

4.1净水体系药剂

4.1.1净水剂筛选

阳离子净水剂不仅对悬浮在水中表面带负电的固体颗粒和油珠起着静电中和作用，而且还有一定的吸附桥联、絮凝聚结的作用［4-5］。因此，阳离子净水剂处理含油污水的效果十分明显［6］。

本实验水样为石南油田原油系统分离出的采出水。在水样中加入四种不同的净水剂，分别考察净水剂对采出水浊度的影响，实验结果见图1。

由图1可知，加入JS-1时，对悬浮物的去除率较好，当加药量大于100 mg/L时，浊度变化已经不明显，因此确定JS-1的最佳加药浓度为100 mg/L。

4.1.2助凝剂

由表1数据可知，石南采出水含油量高，约为80 mg/L，严重影响净水药剂形成絮体的沉降，因此有必要筛选助凝剂增加絮体比重。

在水样分别投加四种不同的助凝剂，考察助凝剂对采出水浊度的影响，实验结果见图2。

图2　助沉剂对采出水浊度的影响

由图2可知，助凝剂ZN-2加药量为4 mg/L时，处理效果较好，因此选择ZN-2为助凝剂，最佳加药量为4.0 mg/L。

4.1.3催化剂

从净水药剂筛选结果可以看出，在水质净化过程中，净水效果虽然比较理想，但絮体沉降速度尚待提高，因此有必要投加催化剂，增大反应强度，加快反应速率，增强絮体紧密度，促进絮体沉降。表2为催化剂投加前后及不同加药浓度对采出水处理的影响。

表2　催化剂筛选结果

从表2筛选结果可知，催化剂的加入，明显加快药剂反应速度，提高水质净化效果。但是随着加药量的增大，效果反而降低，因此确定催化剂最佳加药量30 mg/L。

4.2水流线速度、搅拌时间对净水体系的影响

4.2.1水流线速度

在水处理净化体系中，水流线速度对药剂作用影响很大。水流线速度对强化絮凝净水药剂净水效果影响见图3。

图3　水流线速度与浊度的关系

由图3可以看出，水样中净水剂JS-1加药量100 mg/L、助凝剂ZN-2加药量4.0 mg/L，催化剂加药量为30 mg/L的情况下，随着水流线速度的提高，净水药剂的净水效果有所提高，水流线速度到达0.6 m/s以后，效果趋于稳定，因此该药剂体系在流速较低的情况下，仍有较高的适应性。

4.2.2搅拌时间

水处理过程中，搅拌时间与水处理效果有很大关系：加入净水剂后搅拌时间过短，药剂与污水反应不充分，会使处理后污水水色不清；时间过长，会增大反应罐的体积；加助凝剂后，搅拌时间过短，会使絮体难以聚集或聚集不充分，搅拌时间过长，将使形成的絮体被打散，影响絮体的沉降及水质。搅拌时间对净水效果影响见图4和图5。

图4　净水剂搅拌时间与剩余浊度的关系

图5　助凝剂搅拌时间与剩余浊度的关系

从图4可知，当加入净水剂后，搅拌时间为60 s时，剩余浊度达到最低，水中悬浮物基本趋于稳定。

从图5可知，当加入助凝剂后，搅拌时间为40 s效果最好。

5　其他药剂优化

由水质分析结果可知，石南油田采出水p H＞7呈弱碱性，其中Ca2+、HCO3-、Cl-含量较高，水中检测到有不同程度的细菌存在，造成系统腐蚀、结垢现象，进一步加速细菌滋生［7］。为保证处理后采出水达到石南地区回注要求，降低对地层的损害，需要进一步对水质稳定药剂进行筛选优化。

5.1缓蚀剂

石南油田采出水处理的缓蚀剂筛选结果见图6。

图6　缓蚀剂评价实验结果

从图6可知，参与评价的几种缓蚀剂均有一定的缓蚀效果，其中缓蚀率最高的是HS-1，在加药量50 mg/L时缓蚀率达到90%以上，使用效果优于其他药剂。

5.2阻垢剂

从石南油田采出水水质全分析可知，水中Ca2+和HCO3-、SO24-含量较高，属于易结垢水型，为降低、抑制水中结垢现象，在室内进行阻垢剂筛选［8］，结果见图7。

图7　阻垢剂使用效果评价

从筛选结果可知，当ZG-1加药量为15 mg/L时，阻垢率可达到100%，可以有效控制污水结垢问题。考虑到现场水质对阻垢剂的影响，建议加药量15～20 mg/L。

6　成本核算

在对石南水质状况调查、水质分析、原水净化药剂评价及工艺研究工作的基础上，本研究采用重力除油、混凝沉降、过滤工艺能够使石南站污水处理达标回注。

按照药剂筛选结果，可以保证处理后污水水质满足设计要求，处理成本在1.17元/m3。净水加药方案及成本核算见表3、表4。

表3　净水加药方案

表4　方案成本核算

7　结 论

①石南油田污水水质p H＞7，Ca2+含量和HCO3-含量较高，属于易结垢水质；污水中Cl-含量较高，静态腐蚀结果比较严重。

②净水剂JS-1加药量为100 mg/L，助凝剂ZN-2加药量为4.0 mg/L，催化剂加药量为30 mg/L，水样浊度降至约2 NTU，处理效果好；水流线速度达到0.6 m/s，搅拌时间为40～60 s时，净水药剂体系效果稳定。

③缓蚀剂HS-1加药量为50 mg/L，缓释率可达90%以上，阻垢剂ZG-1加药量为15～20 mg/L，阻垢率可达100%。

④新药剂体系适应能力强，在低流速、高含油、高悬浮物情况下，依然可以满足 Q/SYXJ 0065—2003《克拉玛依油田注水水质标准》要求。

⑤针对石南4含油污水，采用的净化药剂体系，可以保证处理后污水水质满足设计要求，处理成本在1.17元/m。

［1］ 王建华.中高含水期油田地面工程改造的几点认识［J］.吐哈油气，2006，11（4）：362-363.

［2］ 曲虎，刘静，马梓涵，等.油田采出水处理系统用药剂进展［J］.油气田环境保护，2012，22（2）：14-18.

［3］ 王爱军，连贵宾，周正坤，等.彩南油田采出水处理技术［J］.中国给水排水，2008，24（16）：70-72.

［4］ 赵景霞，林大泉，回军，等.ZB系列絮凝剂在油田采出液及含油污水处理中的应用［J］.精细石油化工进展，2002，3（2）：27-30.

［5］ 张震华，张风山，吴艳梅.超稠油污水处理剂的研制与应用［J］.钻采工艺，2003，26（3）：79-81.

［6］ 刘世景，屈撑囤，焦琨.油田污水处理絮凝剂的研究及发展［J］.辽宁化工，2013，42（11）：1303-1306.

［7］ 陈忠喜，舒志明.大庆油田采出水处理工艺及技术［J］.工业用水与废水，2014，45（1）：36-39.

［8］ 孔林，孔秀琴.阻垢剂在废水中阻垢性能的实验研究［J］.应用化工，2104，43（9）：1567-1571.

（编辑 王蕊）

10.3969/j.issn.1005-3158.2015.06.008

1005-3158（2015）06-0029-04

2015-01-21）

宗明月，2011年毕业于中国石油大学（华东）环境科学与工程专业，现在中国石油工程设计有限公司新疆设计院从事水处理、环境保护工作。通信地址：新疆克拉玛依市友谊路115号新疆设计院，834000