大庆油田某开发区水驱见聚对污水处理影响及对策

大庆油田有限责任公司第五采油厂规划设计研究所

大庆油田某开发区1998年首次在南1-3区开展聚驱试验，2009年开始由南到北聚驱工业化应用，目前已开展9个工业化应用区块。聚驱开发方式由最初的普通超高分聚合物、抗盐中分聚合物交替注入方式，发展到了目前抗盐超高分、两种普通超高分及抗盐中分聚合物交替注入的组合方式[1]，均采用“清配清稀”或“清配污稀”配注方式。由于聚驱回注采用大量清水，多余含聚污水回注至水驱地层，一般根据生产经验，预测注聚两年后水驱开始见聚，最高达150 mg/L。A3污水站、A4污水站、A1污水站地区分别于2012年、2018年、2019年水驱见聚；根据注聚安排，A2污水站、A5污水站地区分别于2020年、2023年水驱见聚。

1 水驱见聚形势分析

开发区由于含聚污水回注水驱量过大，且从节能等因素考虑，通过平衡调运含聚污水到其余区块，水驱二次见聚时间较预测相比已大幅提前，通过监测污水站来液，开发区内5座水驱联合站已全面见聚。根据2019年检测结果，A5污水站含聚合物质量浓度（以下简称含聚浓度）为40 mg/L，A4污水站含聚浓度70 mg/L，A1污水站含聚浓度48 mg/L，A2污水站含聚浓度41 mg/L，A3普通污水站含聚浓度191 mg/L。

含聚污水进入水驱系统的途径主要分为两种：注水端混合和调水端混合。注水端混合是将多余含聚污水与水驱污水在注水端直接进行混注。A3地区、A4地区水驱、聚驱回注水混合后一起回注；B3注水站、N5注水站、B5注水站及B2注水站这4座聚驱站场多余的含聚污水，均通过注水站建设的水聚驱注水联通回注至水驱地层。调水端混合是通过污水平衡调运，将多余含聚污水调运至水驱站场，与水驱污水混合后注入水驱。A4污水站、聚A4污水站与A5污水站之间，A2污水站与A4污水站、A3污水站、A1污水站均建有污水调运管道，污水互相调运地区是导致该地区水驱见聚的主要途径。这些都是导致开发区5座水驱污水站提前全面见聚的主要原因。

2 采出液物性研究

2.1 水驱采出液物性研究

根据理论研究，污水含聚后将出现黏度增高、乳化加剧、Zeta电位降低等问题[2]。水相黏度增加，乳化程度高，原油及悬浮固体形成稳定胶体体系，油水分离难度大。7座站场具体数据分析见表1。

（1）pH值：基本无变化。5座水驱二次见聚污水站、2座未见聚污水站共12座站场的pH值均为8.5左右，偏碱性。

表1 污水全数据分析Tab.1 Total data analysis of sewage

（2）电极电位：污水含聚浓度≤50 mg/L，Zeta电位绝对值略有升高；当含聚浓度≥50 mg/L时，Zeta电位绝对值是不含聚污水或低含聚污水的2～3倍。

（3）黏度：水驱污水含聚后黏度增加，由不含聚污水的0.65 mPa · s左右上升到最高的1.17 mPa·s，裹杂细小悬浮物的能力增强。

（4）离子成分及硫化物：水驱二次见聚污水中的Ca2+和Mg2+含量在80 mg/L左右，而水驱污水中的Ca2+、Mg2+含量在50 mg/L左右，可见污水含聚后携带能力有所增加。

2.2 不同类型聚合物混合采出液物性研究

生产过程中发现，由普通超高分聚合物改注抗盐中分聚合物一段时间后，采出水处理难度加大，水质不能稳定达标。为了进一步摸清注入体系对地面处理系统的影响，开展了两种相对分子质量聚合物对水质影响试验研究。

（1）两种聚合物组成成分分析。抗盐中分和普通超高分两种含聚溶液均含C、N、O、Na、Cl元素，含量相差较小；抗盐中分聚合物中含有S和Mg元素，含有聚表剂成分，促进乳化。两种聚合物元素分析见表2。

表2 两种聚合物元素分析Tab.2 Analysis of two kinds of polymer element

（2）两种分子量聚合物在不同含聚浓度下物性分析。通过分析研究，抗盐中分聚合物与普通超高分聚合物采出液化验数据差距不明显，但混合后聚合物溶液与单一分子量聚合物差距较大，混合后聚合物溶液处理难度进一步加大，聚合物混合采出液物性分析见表3。混合后电极电位绝对值高于单一分子量聚合物，上升近75%，稳定性增强；混合后聚合物分子线团细小，最小只有原来的1/3，裹带悬浮物含量增加；混合后黏度成倍增加，最大黏度增大7倍，处理难度增加。

表3 聚合物混合采出液物性分析Tab.3 Physical property analysis of polymer mixed produced fluid

3 工艺适应性分析

3.1 污水除油工艺

开发区水驱污水除油段工艺包括沉降罐和聚结除油器两种，聚结除油器带反洗功能的含油去除率一般在50%左右，不带反洗功能的在30%以下；两级沉降工艺含油去除率一般在60%～80%之间，尤其是在原水含油较高的情况下，更能够表现出较好的效果[2]。

3.1.1 聚结除油器

开发区有3座站场采用聚结除油器工艺，分别为A3、A4、A5站，共建聚结除油器19座。以A4污水站聚结除油器为例进行分析。

A4污水站于1981年投产，分别于2002年和2007年进行技术升级改造，目前采用“聚结除油器+三级核过滤”处理工艺，主要接收5座站产水，设计水质“8.3.2”，设计处理能力为1.5×104m3/d，目前A4污水站处理水量为0.93×104m3/d，负荷率为62%。89D块于2016年1月开始注聚，该站水质于2017年12月份开始变差。目前含聚浓度为70 mg/L，处理后污水含油29.8 mg/L，悬浮物8.6 mg/L。2016—2019年6月水质统计见表4。

表4 A4污水站水质统计Tab.4 Statistics of water quality in A4 sewage station

阶段一：来水含油100 mg/L以内，出水水质稳定达标。2017年12月26之前，油岗来水含油及悬浮物含量较低，含油量小于50 mg/L，悬浮物含量在12 mg/L以下，滤后水含油5 mg/L，悬浮物3 mg/L，水质达标。聚结除油器平均含油去除率54.2%、悬浮物去除率23.1%，虽然去除率均未达到设计要求，但由于来水较好，出水均能够达到稳定指标。

阶段二：来水含油200 mg/L以上，出水水质恶化。2018年11月—2019年3月和2019年6月，见聚浓度20～70 mg/L，聚合物类型为普通超高分和抗盐中分，油岗来水含油快速上升，超过200 mg/L，最高达到380 mg/L，污水处理难度加大，滤后平均含油超过20 mg/L，悬浮物超过9 mg/L，含油和悬浮物均不达标。目前89D区块已回注抗盐超高分、两种普通超高分及抗盐中分共四种聚合物，不同类型聚合物混合对水质的影响更加明显。在来水含油上升到200 mg/L以上时，聚结除油器平均含油去除率33.0%、悬浮物去除率26.5%，去除率均下降，来水含聚后聚结除油器逐渐出现不适应性。

3.1.2 两级沉降工艺

开发区有2座站场采用两级沉降工艺，分别为A1污水站和A2污水站，建有污水沉降罐7座，下面以A1污水站两级沉降工艺为例进行分析。

A1污水处理站采用“两级大罐沉降+三级过滤”处理工艺，设计水质“8.3.2”。污水站设计能力为2.5×104m3/d，目前处理水量在1.75×104m3/d左右，负荷率70%；老深处理站设计处理能力为1.0×104m3/d，实际处理量在0.6×104m3/d左右，负荷率60%；新深处理站设计处理能力为1.6×104m3/d，实际处理量在1.15×104m3/d左右，负荷率71.9%。2016—2019年6月水质统计见表5。

表5 A1污水站水质统计Tab.5 Statistics of water quality in A1 sewage station

阶段一：来水含油100 mg/L以内，出水水质稳定达标。2016年1—12月，老深处理站处理后含油为3.48 mg/L，悬浮物含量为1.97 mg/L；新深处理站含油量为4.34 mg/L，悬浮物含量为2.75 mg/L，均能够稳定达标。除油段平均含油去除率54%，悬浮物去除率17%；由于来水较好，出水均能够达到“8.3.2”指标。

阶段二：来水含油超过200 mg/L，出水含油稳定达标。2017年老、新深处理站处理后含油均稳定达标，悬浮物达标率在75%左右，2018年出水含油量为5.55 mg/L、5.78 mg/L，能够稳定达标，悬浮物持续不达标，2019年6月达到7 mg/L以上。在来水含油上升到200 mg/L以上时，除油段平均含油去除率达80%以上，悬浮物去除率在20%～30%之间，去除率均上升。在2018年8月检测原水时，含聚浓度为16 mg/L，2018年11月检测时含聚浓度为27 mg/L，目前含聚浓度达到49 mg/L。

3.2 核桃壳过滤工艺

从含油去除率来看核桃壳过滤能够达到60%以上，最高能达到80%，优于深处理两级石英砂过滤，对于悬浮物去除一级核桃壳与两级石英砂对比也能达到基本相当的水平[3]。以A2污水站为例进行分析。

2017年1月—2019月6月，总来水含油量在250～350 mg/L之间，最高接近500 mg/L，普通污水核桃壳过滤前含油在100 mg/L以内，含油去除率81.58%，悬浮物去除率32.94%；深处理两级石英砂过滤含油去除率41.18%，悬浮物去除率27.22%。一级核桃壳对于含油及悬浮物去除率均要高于两级石英砂过滤。A2污水站2017—2019年6月水质统计见表6。

选取含聚浓度及来水含油基本相同的A5污水站进行对比，A2污水站深处理采用两级石英砂过滤，A5污水站深处理采用“核桃壳+石英砂”两级过滤，含油去除率64.3%，悬浮物去除率45.0%，均高于A2污水站深处理两级石英砂过滤。A5污水站与A2污水站过滤水质对比见表7。

3.3 反冲洗升温工艺

为解决低温集输造成滤料污染的问题，开发区先后在A2、A1、A5 3座联合站进行反冲洗升温改造，对普通污水、深处理站反冲洗水全面进行升温，试验取得了较好的效果。以A2污水站为例，反冲洗水升温后主要带来如下效果：

表6 A2污水站水质统计Tab.6 Statistics of water quality in A2 sewage station

表7 A5污水站与A2污水站过滤水质对比Tab.7 Comparison of filtered water quality between A5 and A2 sewage station

（1）水质处理效果明显变好。反冲洗水升温后，核桃壳、石英砂滤罐过滤、反冲洗压差均降到0.03 MPa以下，水质明显变好[4]。A2污水站反冲洗升温后水质处理效果数据见表8。

表8 A2污水站水质处理效果数据Tab.8 Data of water quality treatment effect in A2 sewage station

（2）滤料再生效果明显变好。核桃壳滤罐：反冲洗水温为32 ℃时，罐体污油和杂质附着量较多，滤层表面有5 cm厚的污染物；反冲洗水温为44 ℃时，罐体污油和杂质附着量明显减少，滤料呈原来颗粒状；反冲洗水温由44 ℃下降到37 ℃时，滤层表面污油等污染物少量出现，滤料开始污染。石英砂滤罐：反冲洗水温为32 ℃时，罐体污油和杂质附着量较多，滤层表面存在2～3 cm厚污染物，污染严重；反冲洗水温为44 ℃时，罐体污油和杂质附着量明显减少，滤层表面呈现出滤料原来颗粒状态；反冲洗水温由44 ℃下降到37 ℃时，罐体污油和杂质附着量增多，滤层表面存在少量污染物，滤料开始污染。

4 解决措施

针对开发区水驱见聚影响水质的问题，根据运行情况及工艺现状，将水驱见聚治理细化为前段原水、中段除油、后段过滤三个环节[5]，制定了相应技术改造措施及总体治理思路，并通过优化运行，缓解水驱见聚导致污水不能稳定达标的矛盾。

（1）加强前段原水治理。为了提升原水的水质，进一步完成油岗沉降罐工艺，2019年已对A5污水站油岗效果较差的沉降罐进行更新；在“十四五”期间安排A1污水站、A2污水站各建设油岗沉降罐1座。

（2）除油段取消聚结除油器工艺。①A3污水站停运，与含聚站整合优化运行。结合开发水量预测，在聚A3污水站改造完成后，适时停运A3污水站，水驱污水全部由A3含聚站处理。依托已建工艺流程，将A3污水站产水全部输至含聚站处理，实现水、聚驱污水站合并处理，解决水驱站不适应见聚污水处理的问题。②2座污水站建设两级沉降工艺代替聚结除油器。针对A4污水站采出液见聚后，聚结除油器效果差等问题，2019年采用“两级沉降”工艺替代“聚结除油器”，新建沉降罐2座。A5污水站也在“十四五”规划中安排“两级沉降”工艺替代聚结除油器。

（3）过滤段保留核桃壳工艺，且完善反冲洗升温工艺。由于核桃壳过滤效果较好，建议在水驱见聚改造中保留核桃壳过滤工艺。根据生产变化情况摸索A5、A2、A1这3座污水站反冲洗升温运行参数；建议A4站普通污水处理站异地迁建时建设反冲洗升温流程；同时根据运行情况，安排定期清洗或更换滤料[6]。

5 建议

减少清水回注量，减少含聚污水进入水驱污水量，缓解水驱见聚。具体如下：

（1）研究调整聚驱配注方式。加快“污配污稀”现场试验，探索替代“清配清稀”及“清配污稀”配注方式的可行性，且实现工业化应用，减少清水配制稀释用量。

（2）对冷却效率低、处理能力小、腐蚀老化的冷却水塔及容积较小的冷却水罐进行改造完善，减少冷却清水量，实现清水高效循环。

（3）取消核减低效清水处理能力。建设调水管网16.2 km，将开发区多余污水调运至B作业区进行回注，满足B作业区补充水回注量，减少清水用量。

水驱见聚后应做到以下几点：

（1）需精细生产及技术管理。重视原水治理，细化节点、分段控制，加强放水指标监测及化验[7]；优化生产运行，及时清淤、检查等日常工作[8]；摸索运行参数，平衡生产矛盾。

（2）投加有效药剂是保障[9]。结合水质物性变化，动态研究投加药剂适应性及配伍性，优化各节点药剂投加种类、点位、浓度，实现药剂投加的个性化[10]。

（3）适时安排技术改造。根据开发安排及区块见聚情况，完善除油段与过滤工艺；除油段采用效果较好的两级大罐沉降工艺，过滤段建设反冲洗升温等辅助工艺。