“曝气+微絮凝+两级三合一净化工艺”处理大港油田钻修井废水的中试应用

郭伟，王晓梅，袁甲.中国石油天然气管道局天津设计院，天津300457.中国石油大港油田公司石油工程研究院，天津30080

“曝气+微絮凝+两级三合一净化工艺”处理大港油田钻修井废水的中试应用

郭伟1，王晓梅2，袁甲1
1.中国石油天然气管道局天津设计院，天津300457
2.中国石油大港油田公司石油工程研究院，天津300280

为有效提高钻修井废水的处理效率，满足排放或回用标准，对油田钻修井废水的处理工艺进行了研究。首先介绍了油田钻修井废水特性及其主要处理工艺现状；对“曝气+微絮凝+两级三合一净化工艺”处理大港油田钻修井废水中试试验流程和试验情况进行了详细分析，试验结果表明，该工艺对钻修井废水具有良好的处理效果，可实现处理后各项指标满足相关水质标准；最后对该工艺工业化应用经济效益进行了预测，每年可节约回注清水的费用约160万元，具有良好的经济效益和社会效益，因此该工艺具有广阔的应用前景。关键词：大港油田；废水；曝气；微絮凝；两级三合一净化工艺；中试试验

1 油田钻修井废水概况

在油田所产生的各种污水中，钻井、修井作业产生的钻修井废水成分复杂，处理难度较大。钻修井废水主要来源于泥浆替换过程流失的废弃泥浆、自然降水、随钻井过程涌出的地层水、压裂液、测试放喷过程中产生的废液、冲洗钻井设备、检修等排放的废水等。钻修井废水主要污染物为悬浮固体（SS）、化学需氧量（COD）、石油类等，其特性是COD浓度高、Cl-含量高，pH值高，具有高色度、高悬浮物、高含盐性、高稳定性，并且生化降解难度大等特点。

2 国内油田钻修井废水主要处理工艺

目前国内常用的钻修井废水的处理方法主要有化学处理法、生化处理法、絮凝处理法、直接填埋法、固液分离法、焚烧法、地层渗透法、坑内密封法等。主要的处理过程为离心处理、吸附处理、酸化处理、氧化处理和中和处理等［1-3］。

国内油气田常用的钻修井废水处理工艺见表1。

表1　国内油气田钻修井废水处理工艺

3 “曝气+微絮凝+两级三合一净化”工艺处理大港油田钻修井废水中试

大港油田某污水处理站针对油田污水处理中较难处理的钻修井废水进行了研究并开展了中试试验。

3.1工艺流程

中试试验主体流程采用“曝气+微絮凝+两级三合一净化”工艺，运行排量5 m3/h，主体的工艺流程见图1。

图1　“曝气+微絮凝+两级三合一净化”工艺流程

（1）钻修井废水经过已建一级、二级、三级沉降池的自然沉降后，通过泵提升进入到曝气罐，通过鼓风机向罐内通入空气，空气在水中释放压缩双电层，将有机胶质进行脱稳，悬浮物、石油类从胶质内分离出来；同时在氧气的作用下，亚铁离子氧化成铁离子，部分硫化物通过曝气挥发，降低了亚铁离子和硫化物的含量。

（2）曝气罐出水通过水泵提升与供风系统送入的压缩空气一起进入旋流净化器的强力混匀器进行气液混匀，污水及气体通过混匀器产生强烈的碰撞、混合，将气体大分子切割成细小的气体小分子，使气体以微细颗粒状态均匀地悬浮于液体中。气体以切向方向进入旋流净化器内旋流分离，分离出来的浮油及浮沫通过排污管排出。

（3）旋流净化器出水与计量泵送入的复合高分子无机化合物（净水剂、助凝剂、氧化剂复配）在混匀器内混合后，再与计量泵送入的聚丙烯酰胺药剂混合，生成絮凝矾体后进入高效微絮凝处理机再进行低强度的旋流溶气分离，细小的油粒、悬浮物等杂质被絮凝矾体裹挟，通过释放的微细气泡浮至微絮凝处理机顶部，当微絮凝处理机的液位控制阀抬高水位时，顶部聚集的油渣通过刮渣机将浮渣排到排污管道，再排入一级沉降池，进入泥浆处理系统进行净化处理。

（4）高效微絮凝处理机出水自流进入延时氧化反应罐，在氧化罐内残余的氧化剂进一步分解污水中的胶质，残余的空气将污水中再次分离的悬浮物颗粒裹挟浮在液面，通过溢流控制阀的控制将其溢流排出。

（5）延时反应罐出水再通过泵的提升进入两级三合一净化器进行过滤，进一步去除废水中残留的污染物，第一级三合一净化器采用粗颗粒的过滤介质（粒径0.8～1.0 mm），第二级三合一净化器采用微细的过滤介质（粒径0.5～0.8 mm）。过滤出水可以达到油田港东地区注水要求。

3.2三级沉降池的原水水质

原水水质见表2。

表2　原水水质

3.3处理后水质指标

本中试试验设计的处理后出水水质指标要达到Q/SYDG2022-2013《大港油田注水水质指标》的要求，具体水质指标见表3。

表3　处理后水质指标［5］

3.4“曝气+微絮凝+两级三合一净化器”工艺处理效果

现场实验过程的三个主控出水水质详见表4。

表4　实验过程出水水质

2014年5月12、13日为试验效果摸索调整期，厂家根据检测结果进行了药剂加入量、处理排量、微絮凝处理机出水液位、三合一净化器反洗周期的摸索，5月14日以后，试验步入正轨。

中试运行初期（5月14日-29日），主要控制指标共检测了8个油样：其中含油量达标率100％，悬浮固体含量达标率62.5％，粒径中值达标率50％。

5月29日-6月9日悬浮物出现连续不合格，经分析后于6月11日对三合一净化器用清水进行反冲洗，运行一段时间后，6月12日-17日测得的水样中粒径中值指标有所超标，经分析于6月17日下午对微絮凝机进行了排污，随后的3 d三项主控指标（含油量、悬浮固体含量、粒径中值）达标率均为100％。

“曝气+微絮凝+两级三合一净化器”工艺处理效果水样对比如图2所示。

图2　“曝气+微絮凝+两级三合一净化器”工艺处理效果水样对比

3.5“曝气+微絮凝+两级三合一净化工艺”处理工业化应用经济效益预测

本中试试验所在污水处理站计划新建一座规模为800 m3/d的钻修井废水处理站，按照每年装置开工300 d来进行计算，根据污水量预测，新建钻修井废水处理工程年需处理废水总量20.29万m3，这部分处理合格的污水全部用于回注地层，每年可节约等量的清水，按照工业用水7.85元/m3成本计算，每年可节约回注清水的费用约160万元，所产生的经济效益非常可观。

4 结束语

采用“曝气+微絮凝+两级三合一”净化工艺对大港油田某污水站开展了钻修井废水处理试验，结果表明该工艺既能有效地提高污水的处理效率，满足排放或回用标准，又能降低处理成本，同时又可节约大量的清水资源，具有良好的经济效益和社会效益。

［1］郭伟.超滤+反渗透+三效蒸发器污水处理工艺在天然气处理终端的应用［J］.石油工程建设，2015，41（4）：59-61.

［2］唐丽.新疆油田稠油污水处理回用蒸汽锅炉的跟踪研究［J］.石油工程建设.2014，40（1）：61-65.

［3］郑旭华，郑璐.钻井废水的无害化处理研究［J］.当代化工，2013，42（10）：1 456-1 460.

［4］姬涛，潘永宝，吴魁，等.油田钻井作业废水特性及处理措施探讨［J］.绿色科技，2014，51（8）：181-182.

［5］Q/SYDG2022-2013，大港油田注水水质指标［S］.

“Aeration+Micro-flocculation+Two Sets of Trinity Purification Process”Applied in Treating Drilling and Workover Wastewater ofDagang Oilfield

GUO Wei1，WANG Xiaomei2，YUAN Jia1
1.China Petroleum Pipeline Bureau Tianjin Design Institute，Tianjin 300457，China
2.Petroleum Engineering Research Institute of Dagang Oilfield，Tianjin 300280，China

In order to improve the efficiency of treating drilling and workover wastewater and satisfy the standards of water discharge or reuse，the study on treatment process of drilling and workover wastewater is carried out.Firstly，the characteristics of drilling and workover wastewater in oilfields and the current situation of main treatment processes are introduced in this paper.Then the pilot test procedure applying“aeration+micro-flocculation+two sets of trinity purification process”for treating drilling and workover wastewater of Dagang Oilfield is analyzed in detail.The pilot test indicates that the process gains good treatment results，enabling the wastewater quality indexes to meet the relevant demand of standard.Finally the economic benefits of the process industrialized application is predicted.It will save about 1.6 million Yuan due to saving injection of clean water.The new process has very good economic and social benefits，so it has a very wide application prospect.

Dagang Oilfield；wastewater；aeration；micro-flocculation；two sets of trinity purification process；pilot test

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.04.017

郭伟（1980-），男，山西平遥人，高级工程师，2003年毕业于天津城市建设学院给水排水专业，从事工业与民用给排水相关设计工作。Email：gweei@163.com

2015-12-14；

2016-04-10