长庆油田含油污水处理关键技术分析

2017-03-19刘能杰王志军曹华伟卢艺帆

辽宁化工 2017年2期

刘能杰，王锋，王志军，孙杨，曹华伟，卢艺帆

（1. 西安石油大学，陕西西安 710065； 2. 中国石油长庆油田分公司第九采油厂，宁夏银川 750006；3. 中国石油长庆油田分公司第三采气厂，陕西西安 710018； 4. 中国石油长庆油田分公司第一采气厂，陕西西安 710018）

油田污水成分较为复杂，既含有少量原油，还有大量无机物和原油生产初加工中加入的各类化学药剂[1]。单一的污水处理技术由于技术局限性，因而实际对污水处理效果不佳。因此应用中往往是采用几种方法并用，根据各方法的处理效果优缺点进行互补组合，从而达到最佳的污水处理效果[2]。

目前长庆油田部分区块油井含水率已达到85%以上，随着油田开发逐步进入中后期开发阶段，产出的污水也逐渐增多。将采出的污水回注到地井内，既能补充地层压力，又能将水资源循环利用，节省大量的水资源。但采出的油田污水中携带了大量成分复杂的矿物质，其中主要成分包含少量原油、三价铁离子、二价钙离子、二价镁离子、碳酸氢根离子、硫酸根离子、碳酸根离子和硫化氢等，以及为有害细菌提供了滋养生息环境的大量有机杂质等[3]。同时这些有害物质含量随着油气成藏地质条件不同而差异巨大。所产出的污水若不经过净化处理而直接进行注入地层，将会产生一系列的化学反应，甚至在注水管道中产生严重腐蚀及结垢。注水管道腐蚀后易产生管道破损，导致污水注入其他地层或泄漏至地表，污染地层及地表水资源及生态环境。管道结垢将直接导致油管和注水管道堵塞，导致额外增加管道的清理维护费用，甚至致使油田停产。因此对油田污水进行有效处理，避免管道腐蚀、结垢等危害的产生，具有极大的环境和经济效益[4]。

在以往的污水处理工艺流程中，常见的初步处理技术有：重力分离、浮选及离心分离，主要除去浮油及固体；二次处理有过滤、粗粒化、化学处理等，主要是进一步去除分散油份；深度处理有生物处理、超滤、多级活性炭吸附等，主要是去除溶解油。根据油田采出污水水质、水量情况，结合众多污水处理技术方法，优选、组合最佳的污水处理工艺流程，并针对处理流程中重点工艺环节，优化系统运行参数。结合长庆油田某处理站污水水质特征，分析了多种污水处理工艺技术方案，优化了工艺系统运行参数，对各处理工艺处理后水质情况、运行成本等方面进行比较分析。最终对提高处理水质，降低运行成本，提升运行管理效率有着十分重要的意义。

1 油田污水处理要求

1.1 油田污水的危害

若油田采出污水不经有效处理直接回注入地层，不仅不利于之后的石油开采，还会对生产设备造成损害，甚至破坏储层结构。

（1）油田污水富含各类离子，电化学活动活跃，导致污水对管道腐蚀。同时各类离子的聚集，在管道内产生结垢，极易引起管道堵塞。

（2）油田污水中含有硫化物，若不有效处理，硫化物在水中发生化学反应生成弱酸，进一步导致水的腐蚀性加强，对注水系统形成安全隐患。

（3）当使用河水、海水、江湖水等地表水与采出地层水混合进行注水采油时，水中的杂质与所采出地层水中石油成分接触，产生相互吸附并形成乳化块，进而导致地层孔隙吼道的堵塞。

（4）回注水中含有机质较多时，诱发污水中微生物大量繁殖，产生生物粘泥而堵塞地层。

因此在所产出污水回注地层前，必须进行有效处理，以达到安全环保的要求。

1.2 污水回注水质要求

针对油田注入水水质，须达到以下四点要求：

（1）悬浮固体颗粒直径中值必须满足国标SY/T5329中对不同渗透能力油藏注入水中悬浮固体颗粒直径的要求；

（2）控制二氧化碳、硫化氢溶于水中在水中的含量，有助于降低管道腐蚀速度，延长生产设施实用周期，保护地层不受腐蚀产物伤害。

（3）控制回注水中原油含量，避免原油颗粒和悬浮固体聚合成大颗粒，导致孔隙吼道堵塞，降低储层渗透性。

（4）控制回注水中细菌含量，主要为硫酸盐还原菌和铁细菌含量。

2 污水处理主要技术

2.1 气浮处理

向将要处理的污水中持续注入大量的微小气泡，微小气泡与污水中的原油成分和其他悬浮颗粒接触后会产生吸附作用，所形成絮状或团状颗粒浮油受浮力作用将漂浮到污水水面，从而使得污水中固液分离的净水处理方法。根据气泡产生不同方式，气浮法主要可分为分为电解气浮法、溶气气浮法、诱导气浮法、生物及化学气浮法和其他浮选法[5]。

以往实验成果表明，污水中悬浮颗粒直径与注入污水中微气泡直径接近时，气浮作用下的固液分离效果最好。目前实验测量得到的气浮装置所产生的微小气泡直径大概在20～100 μm之间，因此污水内气浮作用产生的絮状或团状颗粒直径也在这个范围时气浮作用效果最佳。

2.2 微生物处理

微生物处理法是利用污水中含有的微生物的代谢作用对污染物进行分解，以实现净化污水的处理技术。生物法与其他污水技术方法对比，具有处理效率高的优点，同时几乎不产生运行维护成本，且环保并节能[6]。

长庆油田目前主要采用曝气生物滤池污水处理技术。多年实践经验表明，该处理工艺建成投资成本和后期维护运行成本较低，工艺流程简单，对污水净化效果较好，且一次性处理污水量大。所建成处理厂占地面积小，能与其他处理技术同时应用，以达到各类污水处理标准要求，基本上目前已经形成了成熟可靠的油田污水处理技术工艺流程。

在实际处理过程中，为保证微生物分解作用的持续有效进行，需要间断的给污水中投放人工培育的优势菌群。以保障微生物菌群在污水中存活量以及繁殖速度，最终形成一个能有效分解苯、烃、脂类等有机物的菌群环境，实现高效污水净化的目的，也能保证不会造成对环境的二次污染。

2.3 滤罐过滤

污水过滤设备目前主要为填充式和滤芯安装式两类过滤器，国内各油田主要采用的是填充式过滤器，其中包括滤料过滤器、纤维材料过滤器和核桃壳过滤器。核桃壳过滤器由于过滤筛与污水接触面积大，吸附能力强，且过滤材料成本低，因此广泛应用于各油田污水处理站。

核桃壳滤料经过一系列特殊处理，除去了核桃壳本身的油脂、色素及离子等后才能作为过滤材料添加到过滤器中。核桃壳具有多孔和多面性的优点，且材料高硬度、低比重，在处理过程不易沉底，因此具有极强的除污能力和净化性能。且成本低廉，不仅应用于油田污水处理，甚至在工业废水和民用废水处理中都得到了广泛的应用。

在核桃壳过滤器刚投入污水处理时，新添核桃壳吸附能力强，除污效果好。但是在长时间处理后，核桃壳滤料间持续摩擦，使得核桃壳表面越来越光滑。同时由于表明吸附了大量油污，使得在长时间使用后滤料的除污能力逐渐下降，处理后的污水水质达不到标准要求。因此在实际操作工程中，当污水处理效果逐渐变差时，应采用反冲洗方式改善滤料净化效果，并新添加滤料，以保证污水处理效果。

3 实例分析

以长庆油田某污水处理站为例，该处理站经过对处理工艺流程优化后采用“调储接收+气浮+微生物处理+固液分离+滤罐过滤”的组合处理工艺。污水进站后首先进入调储罐，经过调储罐重力分离后表面分出的污油自流进入污油罐。之后污水再进入气浮处理装置，气浮装置处理后的污油经泵提升至外输油系统。再输入到微生物分解反应池，经过生微物反应处理后的污水进入固液相分离装置进行分离，固液分离器产生的污泥和微生物反应池内的污泥排入污泥浓缩罐，通过离心机分离后并对污泥进行干化处理。固液分离之后的污水进入沉降池，再泵入滤罐及净化处理水罐。最终处理后的污水经检查达标后，外输至注水站，由外输站进行调配回注，整个污水处理流程结束。

实际效果：随着工艺技术的不断改进，处理站对污水的处理效果越来越显著，2016年8月污水处理站含油污水各处理流程含油量统计见表 1。经过处理后的污水水质情况完全满足回注水水质要求。