撬装式采出水处理装置工艺优化研究

陈 斌 ，鱼 涛 ，屈撑囤 ，3*

（1.中国石化江汉油田分公司江汉采油厂，湖北潜江 433124；2.西安石油大学，陕西省油气田环境污染控制与储层保护重点实验室，陕西西安 710065；3.石油石化污染物控制与处理国家重点实验室，北京 102206）

近年来，随着石油开发进程的不断进行，油田采出液的含水率及产出水总量不断增加。采出水含有悬浮物、油、溶解盐等，具有一定的储层伤害性、腐蚀性及结垢性[1]，为了实现油田的可持续发展，需要实现采出水处理达标后就地回注。

目前，对于断块油田以及产量较低的偏远区块，产出液量较低[2]，适宜采用撬装式采出水处理装置进行就地处理、就地回注。这类装置属于小型活动式处理装置，由调储罐、反应器、加药系统、气浮或沉降装置、过滤器、污泥罐等组成。其中加药控制系统、反应器、气浮或沉降装置、过滤器、药剂是撬装式废水处理装置的核心[3]。撬装式采出水处理系统适用于小型油田或边缘区块开发油田的污水处理，从装置结构上它要求单体处理设备体积小、效率高。

论文通过对撬装式采出水处理水质稳定性的评价，进而对撬装式采出水处理装备工艺进行优化，建立合理的处理工艺。

1 实验部分

1.1 主要试剂及仪器

主要试剂：无水乙醇、石油醚、丙酮等分析纯试剂，NaOH、聚合氯化铝（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）等工业用品。

主要仪器：分析天平、UNIC-2100紫外分光光度计、无菌注射器、细菌培养箱、恒温水浴锅、SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵及配套的玻璃砂芯过滤装置等。

1.2 实验方法

1.2.1 离子含量分析 钙离子、镁离子、硫酸根离子、碳酸氢根离子等依据《水和废水监测分析方法第四版》进行分析。

1.2.2 悬浮物、含油量等的分析 悬浮物、含油量、腐蚀速率、细菌含量等依据《碎屑岩油藏注入水水质标准及分析方法》（SY/T5329-2012）进行。

2 结果与讨论

2.1 采出水水质分析

依据1.2.1、1.2.2方法，对陕北某油田采出水进行分析，结果（见表1）。

表1 陕北某油田采出水水质分析结果

从表1数据看出，该采出水中Fe3+含量较低，为4.47 mg/L；二价硫含量较高，为7.41 mg/L；钙离子含量为837.67 mg/L，SRB与TGB含量为1 100个/毫升；腐蚀速率较高，为0.111 4 mm/a。

2.2 pH值的优选

以NaOH为水质调节剂，在7.0～8.0范围内进行pH值的优选，以悬浮物絮体量、沉降时间以及上清液透光率为依据，实验结果（见表2）。

表2 不同pH值下絮凝效果的对比

由表2可知：pH值为7.0时，悬浮絮体量较少，絮体沉降速度慢，上清液透光率较差；随着pH值增加，悬浮絮体量也在增加，絮体沉降时间变短，沉降速度加快，上清液透光率变好；当pH值为8.0时，絮凝效果最好，上清液透光率达到93.6%。这是因为随着pH值增加，产生的絮体增加，絮体所包裹的悬浮物和油分增多，水中残留的悬浮物和油分减少，因此透光率逐渐增加[4]；随着pH值的增大，结垢量会逐渐增加，产生的污泥量也会越来越大。根据以上原因，选择将pH值控制在7.5为宜。

2.3 无机絮凝剂加量的优选

用4%的NaOH将污水的pH值调至7.5，分别向其中加入20 mg/L～140 mg/L的PAC，以上清液悬浮物含量、透光率和色度为依据，考察无机絮凝剂（PAC）加量对污水絮凝处理效果的影响，结果（见表3）。

表3 PAC加量对絮凝效果的影响

由表3可知，当采出水的pH值恒定时，无机絮凝剂加量从20 mg/L增加到140 mg/L时，絮体形成速度均较快，上清液的透光率增加幅度较小，上清液悬浮物含量以及色度均出现先下降后上升的现象。主要原因是该采出水悬浮物含量较高，为38.00 mg/L，含油量相对较低，为4.10 mg/L，易形成絮体；同时由于该采出水二价硫含量较高，为7.41 mg/L，二价硫会与聚合氯化铝形成较大颗粒的絮体，使絮体沉淀速度加快，悬浮絮体量减少，进而使得上清液色度逐渐降低[5-8]。综合以上因素，再考虑成本以及污泥产生量的因素，选择无机絮凝剂加量为120 mg/L。

2.4 有机絮凝剂相对分子质量的优选

用4%的NaOH将该采出水的pH值调至7.5，加入120 mg/L的无机絮凝剂PAC，然后分别向其中加入相对分子质量为400、800、1 000、1 200万的有机絮凝剂PAM，以上清液悬浮物含量、透光率和色度为依据，考察有机絮凝剂相对分子质量对污水絮凝处理效果的影响，结果（见表4）。

由表4可知，当采出水的pH值为7.5，且无机絮凝剂PAC加量恒定时，随着有机絮凝剂的相对分子质量从400～1 200万不断增加，上清液透光率以及色度随相对分子质量的增大而增加，说明随着PAM相对分子质量的增大，采出水处理效果越来越好，即PAM（1 200万）的处理效果最好[9]。这是因为随着相对分子质量的增大，PAM吸附架桥的能力增强，同时黏度升高，细微絮体的布朗运动减弱，彼此的接触碰撞机会减少，聚沉效果在这两种趋势的共同作用下，产生了峰值效应。因此，选择相对分子质量为1 200万的PAM。

表4 不同相对分子质量阳离子PAM对絮凝效果的影响

2.5 有机絮凝剂加量的优选

用4%的NaOH将该采出水的pH值调至7.5，加入120 mg/L的无机絮凝剂PAC，然后分别向其中加入相对分子质量为1 200万的有机絮凝剂PAM 0.8 mg/L～1.0 mg/L，以上清液悬浮物含量、透光率和色度为依据，考察有机絮凝剂加量对污水絮凝处理效果的影响，结果（见表 5）。

表5 不同加药量下的阳离子PAM对絮凝效果的影响

由表5可知，当采出水的pH值为7.5，无机絮凝剂PAC加量为120 mg/L且有机絮凝剂的相对分子质量恒定时，随着有机絮凝剂PAM加量从0.8 mg/L～1.0 mg/L不断增加，上清液透光率变化幅度并不明显；另一方面，从表中还可以看出，PAM的浓度越大，上清液悬浮物含量越少，色度越小，间接说明了随着PAM加药量的增大，采出水处理效果越来越好，即PAM浓度为1.0 mg/L时，处理效果最好。这是因为随着PAM浓度的增加，吸附架桥的能力增强。考虑成本问题，选择浓度为1.0 mg/L的PAM。

2.6 有机絮凝剂与无机絮凝剂加药顺序优选

用4%的NaOH将采出水的pH值调至7.5，加入120 mg/L的无机絮凝剂PAC，1.0 mg/L的有机絮凝剂PAM（1 200万），改变PAC和PAM（1 200万）的加药顺序，以上清液悬浮物含量、透光率和色度为依据，考察加药顺序对污水絮凝处理效果的影响，结果（见表6）。

由表6可知，先加PAC后加PAM（1 200万）的效果比先加PAM（1 200万）后加PAC的效果好。这是因为PAC水解后得到多种络离子，其通过压缩双电层及电中和作用使污水中许多稳定的胶体粒子或者细小油珠脱稳和凝聚，生成小絮体，加入PAM后可以把上述小絮体通过静电引力、范德华力及氧键力搭桥联结为更大的絮体，加快絮体的沉降分离速度[10]。因此，选择先加PAC后加PAM（1 200万）的加药顺序。

表6 有机絮凝剂与无机絮凝剂加药顺序对絮凝效果的影响

2.7 絮凝处理后水质分析

根据以上研究结果对该采出水进行絮凝处理，处理后水质进行分析，结果（见表7），污水进行絮凝处理后，含油量、二价硫离子含量、铁离子含量、腐蚀速率均在控制指标以内，水质达标。

表7 进水絮凝处理前后水质分析结果

表7 进水絮凝处理前后水质分析结果（续表）

2.8 工艺选择及优化

针对油田采出水的特点、回注的注水要求、撬装式油田采出水处理装置的特点，在上述研究的基础上提出以下工艺（见图1）。

图1 优化后的工艺流程

3 结论

（1）在 pH 为 7.5，无机絮凝剂（PAC）加量为120 mg/L，有机絮凝剂（PAM）的相对分子质量选取1 200万，加量为1.0 mg/L，加药顺序为PAC+PAM时，该采出水的含油量、悬浮物含量、二价硫离子含量、二价铁离子含量、腐蚀速率分别为3.0 mg/L、1.49 mg/L、1.33 mg/L、0.42 mg/L、0.004 902 mm/a。

（2）优化形成的工艺路线为：采出水来水→集水池→过滤清洗网→自然除油罐→气浮池→缓冲罐→三级过滤（核桃壳、石英砂、改性纤维球）→清水池→出水。

参考文献：

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[3]程南，林斌，程远.油田废水撬装式处理装置控制系统的研究[J].中国给水排水，2013，29（17）：74－76.

[4]刘嘉夫，齐昕.采出水处理工艺技术改造及效果分析[J].油气田地面工程，2013，12（12）：87－88.

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[10]魏敏，邹晓兰，贺莹.油田采油污水处理技术及面临的问题[J].山东化工，2007，36（5）：19－21.