基于防腐的油田污水改性研究

耿方志 孟 江 高秋英 许俊南 相志鹏 张 钦

（1.重庆科技学院，重庆 401331；2.中国石化西北油田分公司石油工程技术研究院，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引言

塔里木盆地塔河油田一号联合站污水存在较强的腐蚀和结垢特性，以点腐蚀为主，均匀腐蚀速率处于中度腐蚀区间，污水处理系统腐蚀穿孔频发［1］。目前，水质改性技术已成熟地应用于东部油田污水处理环节，可以从源头上降低水质腐蚀特性，实现污水水质达标并控制腐蚀［2-5］。由于塔河油田污水腐蚀环境苛刻，亟需开展适应塔河油田现场工况的水质改性技术研究，建立满足水处理指标的药剂体系，保障污水处理系统正常运行。

1 污水水质分析

在一号联合站接收罐来水管线取样，开展水质离子全分析检测，其分析结果见表1。从表1 数据分析该水具有“低pH 值、高矿化度、高Cl-含量、高Ca2+、Mg2+”的特点，整体呈弱酸性，存在较强的腐蚀和结垢问题。

表1 接收罐来水水质分析表

根据表1水质分析结果，利用水质改进技术，对于塔河油田一号联合站污水处理系统腐蚀治理采用“先氧化、后改性、再控制、最终水质稳定达标［6-7］”的技术方案。主要应用pH值调整剂、絮凝剂、助凝剂、水质稳定剂等组成系列水处理剂［8］，最终通过水处理剂的协同作用去除油质、颗粒悬浮物、HCO3-、铁离子等，稳定注入水水质，达到控制系统性腐蚀和结垢问题的目的［9-12］。

2 药剂筛选评价

室内模拟实验研究依据《SY／T5329-2012碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》中对注水水质腐蚀速率的规定：均匀腐蚀速率小于0.076 mm／a［13］；腐蚀程度评定执行NACE-0775-2005标准规定：点腐蚀速率小于0.2 mm／a。预期实现防腐效果为均匀腐蚀不超过0.025 mm／a，点腐蚀速率降幅大于等于50%。

2.1 pH调节剂的筛选评价

1）水的pH 值与腐蚀性关系分析［14］。将现场取样的塔河油田一号联合站油田污水装入试样瓶调整至不同pH值后挂入现场管道材质20号碳钢挂片，置于恒温水浴锅内，实验温度为40 ℃，实验周期为7 d。实验结束后分析常压静态均匀腐蚀速率和点腐蚀速率与pH值的关系。实验结果如表2和图1所示。

表2 水质改性前后静态腐蚀速率表

图1 不同PH值对应的挂片腐蚀微观形貌图

从表2和图1分析，室内静态腐蚀速率检测结果表明，污水处理系统腐蚀以点腐蚀为主，均匀腐蚀为辅。随着水质pH值的升高，腐蚀性呈现明显下降趋势。空白水样点腐蚀速率为0.545 8 mm／a，当pH值调整为6.5 时点腐蚀速率为0.161 5 mm／a，下降70.4%，已能够完全满足现场水质处理的要求。考虑到加注药剂成本，确定pH值调整为6.5。

2）pH 值调节剂的筛选与评价。加入pH 值调节剂一方面调节水的pH值，另一方面除去水中总铁离子，从两个方面降低水的腐蚀性。

取一号联合站接收罐来水，缓慢滴加复合碱和石灰乳pH 值调整剂，调节水质pH 值，滴加过程中不断测定水质pH 值，待pH 值调整至目标值6.5 后，确定pH 值调整剂的加注浓度。实验结果见表3。从表3 的数据分析，在达到相同的pH 值时复合碱相对石灰乳加量少，而且水中总铁含量低。结合经济角度考虑，推荐复合碱作为pH值调整剂。

表3 pH值调整剂的筛选评价数据表

2.2 混凝剂筛选评价

室内实验选用聚铝、聚铁等无机混凝剂进行评价，取样为一号联合站来水1 000 mL，氧化水体后加入复合pH 值调节剂调节水质pH 值到6.5，分别按100 mg／L 的浓度加入混凝剂，先快速搅拌1 min，然后缓慢搅拌2 min，停止搅拌后在不同时间段观察不同时刻絮凝沉降情况，测定烧杯中部清液透射比、总铁含量及除油效果。实验结果见表4，实验发现，聚铝的絮凝沉降速度较快，对于铁的去除效果最好；聚铁絮凝沉降较慢，需要足够的时间才能达到比较理想的沉降状态。因此选用聚铝作为一号联合站的混凝剂。

表4 混凝剂筛选评价数据表

为确定混凝剂的最佳加注浓度，水样氧化后，加入复合pH 值调节剂调节水质pH 值到6.5，加入聚铝絮凝沉降，检测水体的悬浮物含量、油含量和铁含量。实验结果见表5，从表5 可知，水样pH 值为6.5 时，聚铝混凝剂加注浓度为150 mg／L，总铁含量下降明显，絮凝沉降速度较快，铁的去除效果最好。因此，选用聚铝作为混凝剂，最佳加注浓度为150 mg／L。

表5 混凝剂最佳加注浓度筛选评价数据表

2.3 助凝剂筛选评价

备选助凝剂主要包括有机助凝剂和非离子聚丙烯酰胺助凝剂两种。预氧化水体后调整水质pH值到目标值6.5，加入150 mg／L 聚铝混凝剂后，评价两种助凝剂的药剂性能。加入助凝剂，观察污水的絮凝沉降效果，静置1 h后过滤，检测水体的悬浮物含量、油含量和铁含量，优选助凝剂的药剂类型。实验结果见表6，从表6 可知，水样中加入相同浓度的有机助凝剂比非离子聚丙烯酰胺有更好的絮凝效果，形成的絮团较大，絮团形成及沉降速度明显较快。表明有机助凝剂具有较好的网捕作用。因此，选择有机助凝剂作为助凝剂，与聚铝混凝剂配合使用。从表6 中的数据分析，当有机助凝剂浓度为10 mg／L时，助凝效果明显下降。因此，选用有机助凝剂推荐加注浓度为8 mg／L。

表6 助凝剂筛选评价数据表

2.4 水质稳定剂筛选评价

水质经过预氧化并絮凝沉降处理后，加入不同数量的水质稳定剂，检测水体的腐蚀速率和滤膜系数下降率［15］。实验结果见表7。

表7 水质稳定剂筛选评价数据表

由表7 中的检测数据可知，在其他条件相同时，随着水质稳定剂浓度的增大，水体的腐蚀速率在下降，而滤膜系数下降速率在增大。当加注浓度达到50 mg／L 时，腐蚀速率随着水质稳定剂的浓度增大变化不明显，滤膜系数下降率为8.0%。综合考虑药剂费用和加药效果，确定水质稳定剂的加注浓度为50 mg／L。

2.5 药剂体系实验评价

经过室内筛选实验，确定一号联合站水质改性加药剂体系为“pH 值调整剂+混凝剂+助凝剂+水质稳定剂”。室内确定各种药剂的投加浓度见表8。

表8 室内筛选药剂体系数据表

对该药剂体系应用效果进行实验评价。实验结果见表9，从表9 实验数据分析水质改性处理后的污水平均腐蚀速率为0.021 7 mm／a，缓蚀率达到68.8%，点腐蚀缓蚀率为0.080 6 mm／a，缓蚀率达到85.2%。筛选的“pH 值调整剂+混凝剂+助凝剂+水质稳定剂”的加药体系能满足现场生产要求。

表9 室内腐蚀速率评价表

3 结论

1）在兼顾水质处理效果和处理成本的条件下，水质改性的最佳pH调整值为6.5；确定各种药剂最佳加注浓度分别为混凝剂150 mg／L、助凝剂8 mg／L，水质稳定剂50 mg／L。

2）经水质改性处理后，水质腐蚀速率呈大幅下降趋势，均匀腐蚀速率由0.069 5 mm／a 下降到0.021 7 mm／a，降幅达到68.8%；点腐蚀速率由0.545 8 mm／a 下降到0.080 6 mm／a，降幅达到85.2%，有效控制了腐蚀发生，筛选的“pH 值调整剂+混凝剂+助凝剂+水质稳定剂”的水质稳定体系在室内试验确定浓度下能满足现场生产需求。