交联胍胶返排液回注预处理工艺研究

王柳斌 易敏 马尧 李晓艳 秦金霞

1中国石油新疆油田分公司工程技术研究院

2中国石油新疆油田分公司准东采油厂

随着玛湖特大型油田的发现，“水平井+体积压裂”已经成为新疆油田公司增储上产的主要开发模式。随着该开发模式的广泛应用，交联胍胶采出水的处置方式成为油气田亟待解决的问题[1]。

交联胍胶采出水是一种复杂的多相分散体系[2]，新疆油田常用的交联胍胶采出水中主要含有增稠剂、交联剂、过氧化物类破胶剂、pH 值调节剂、助排剂、破乳剂、黏土稳定剂等，具有稳定性好、污染性大、COD 值高、处理难度大、处理工艺复杂、处理成本高等特点[3-8]，若不经过处理直接外排，将会对周围环境造成严重污染。因此，新疆油田公司工程技术研究院开展了交联胍胶采出水处理工艺研究，通过分析水质成分，研究出满足相应要求的交联胍胶采出水处理工艺，并在现场得到应用，实现了新疆油田交联胍胶采出水的有效利用，降低了企业的用水成本，具有重大的经济社会效益[9]。

1 研究背景

处理后的交联胍胶采出水主要用于复配压裂液、回注油田和达标外排。其中，复配压裂液受季节性影响较大，达标外排成本较高（约80～100元/m3），因此，回注油田成为较理想的处置方式。

目前，新疆油田常规采出水处理系统采用“重力除油+旋流反应+混凝沉降+压力过滤”处理工艺，处理后常规采出水回注地层，但由于交联胍胶采出水具有稳定性好、处理难度大、处理成本高等特点，该工艺不能用于处理交联胍胶采出水。交联胍胶采出水处理后直接回注油田成本约40～50 元/m3，相比常规采出水处理成本（约10元/m3）高，因此，开展交联胍胶采出水经预处理后进入已建采出水水处理系统的研究迫在眉睫。

2 水质成分分析

选取新疆油田某站前存储交联胍胶采出水的万方池水进行水质分析，分析结果见表1。

由表1 可知：①交联胍胶采出水水质基本都呈弱碱性，水质总铁含量较低；②矿化度在6 000～12 000 mg/L 之间，矿化度较高，均为氯化钙水型；③含油和悬浮物均较高；④细菌超标。

表1 交联胍胶采出水水质分析Tab.1 Water quality analysis of crosslinked guanidine gum produced water

3 交联胍胶采出水预处理进站技术

3.1 室内实验

针对电化学过程中药剂添加情况，开展了相关药剂实验。首先加入pH 值调节剂调节采出水pH 值为3～4，以增强氧化剂的氧化能力，再加入氧化剂氧化15 min，再调节pH 值至中性，投加净水剂和助凝剂进行絮凝。处理完成后测定絮体下沉时间，放置10 min 后测定含油浓度、悬浮物浓度和浊度。室内实验结果见表2。

由表2 可知：氧化剂在投加量为220 mg/L 时，处理效果达到较好水平，处理后絮体大而实，沉降速度快，悬浮物浓度可降低至10 mg/L 以下，含油浓度降至0.1 mg/L 以下。

表2 室内实验结果Tab.2 Laboratory test result

3.2 处理工艺

根据前期工艺技术调研和室内试验结果，新疆油田交联胍胶采出水处理工艺采用“气浮+电化学+过滤”的处理工艺。

“气浮+电化学+过滤”处理工艺主要由沉降罐、EIMT 污水处理设备（包含电化学催化反应器、气浮橇）、加药橇、过滤橇等组合而成。其原理是通过多级沉降降低来水中含油量，在流程中先加入氧化剂，将采出水中有机高分子化合物氧化降黏后，再进行混凝沉降处理，最终通过过滤将采出水中含油浓度、悬浮物浓度降至20 mg/L 以下。整套设备为橇装化装置，抗冲击负荷能力强，操作方便，出水水质好。

流程说明：三相分离器分离出的交联胍胶采出水通过管线输入沉降罐沉降，使采出水中含油浓度控制在100 mg/L 左右，然后用泵提升至电化学催化反应器中，将采出水中有机高分子化合物氧化降黏后，提升至气浮橇中，除去水中含油和悬浮物后，最后经过滤单元过滤，处理后出水水质能满足含油浓度≤20 mg/L，悬浮物浓度≤20 mg/L 的要求，随后掺入常规采出水处理系统处理。

工艺流程框见图1。

图1 预处理工艺流程Fig.1 Pretreatment process flow

3.3 应用情况

（1）预处理工艺。新疆油田交联胍胶采出水预处理装置于2019 年4 月在某采油厂试运行，预处理规模350 m3/d，采用“气浮+电化学+过滤”工艺，处理某联合站前万方池存水，经连续化验检测得出该工艺处理设备处理结果（表3、图2）。

表3 预处理后交联胍胶采出水水质Tab.3 Water quality of crosslinked guanidine gum produced water after pretreatment

图2 交联胍胶采出水预处理后水质情况Fig.2 Water quality of crosslinked guanidine gum produced water after pretreatment

（2）处理后交联胍胶采出水掺入常规采出水系统，常规采出水处理系统采用“重力除油+旋流反应+混凝沉降+压力过滤”处理工艺，处理规模1 800 m3/d。掺混试验期间，联合站满负荷运行，处理后水质情况见表4、图3 和图4。

表4 处理混合水后水质检测结果Tab.4 Water quality results after treatment of mixed water

图3 掺入常规采出水系统处理后含油检测值Fig.3 Detection results of the content of oil after mixing into the conventional produced water system

图4 掺入常规采出水系统处理后悬浮物检测值Fig.4 Detection results of the content of suspended solids after mixing into the conventional produced water system

预处理阶段水质达标并掺入常规采出水系统后，因交联胍胶采出水与常规采出水掺混比约为1∶5，需增加常规水处理药剂量，在净水剂加药浓度为400～600 mg/L、助凝剂加药浓度为15～20 mg/L时，处理后的净化水含油浓度≤5 mg/L，悬浮物浓度≤5 mg/L，达到回注油田的指标（Q/SY 0030—2015）[10]，处理成本（含预处理）约15 元/m3，累计处理液量17 310 m3。

4 效益分析

（1）经济效益。通过研究交联胍胶采出水预处理进站工艺，减少了交联胍胶采出水达标外排费用，以处理后的交联胍胶采出水达标外排费用90 元/m3来算，大约节省人民币129.83 万元，降低了新疆油田环保压力的同时，保证了采油厂的正常生产。

（2）社会效益。交联胍胶采出水的预处理进站工艺，对新疆油田实现可持续发展具有重大战略意义。交联胍胶采出水的回用，大幅降低了高COD、高盐采出水对环境的影响。

5 结论

针对交联胍胶采出水的水质特点，结合新疆油田常规采出水处理工艺，优选出了适合新疆油田的“气浮+电化学+过滤”预处理工艺，使得预处理后交联胍胶采出水满足悬浮物浓度≤20 mg/L、含油浓度≤20 mg/L 的要求；掺入常规采出水处理后，水质满足悬浮物浓度≤5 mg/L、含油浓度≤5 mg/L 的要求，确保了处理后的交联胍胶采出水掺入已建采出水处理系统后的平稳运行。

（1）开展交联胍胶采出水的预处理现场试验，采用“气浮+电化学+过滤”工艺处理后的交联胍胶采出水掺入常规采出水处理系统后，保证了常规采出水处理系统的平稳运行，处理后的水质达到含油浓度≤5 mg/L，悬浮物浓度≤5 mg/L 的回注标准，工艺具有流程短、效果好的特点。

（2）由于交联胍胶采出水成分复杂，稳定性高，处理难度大，需进一步研究处理工艺和配套药剂体系，以满足不同油田开发的需求。