油田污水處理質(zhì)量控制技術(shù)

許延軍

延長油田股份有限公司 計劃部 （陜西 延安 719000）

油田污水處理質(zhì)量控制技術(shù)

許延軍

延長油田股份有限公司 計劃部 （陜西 延安 719000）

介紹了中國油田污水的排放現(xiàn)狀、主要特征及處理難點，分析了油田污水處理質(zhì)量控制技術(shù)的現(xiàn)狀，闡述了污水回注水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，提出了油田污水回注過程中質(zhì)量控制方法和建議。結(jié)果表明，實施該方法能夠保障油田污水回注過程中水質(zhì)穩(wěn)定，環(huán)境適應(yīng)性好，地層污染少，能有效提高油田開發(fā)效果。

油田污水 污水處理 質(zhì)量控制

在油氣田勘探開發(fā)過程中，隨著原油和天然氣的采出，通常會產(chǎn)生大量的含油污水，這部分污水統(tǒng)稱為油氣田采出水(Produced Water)。油田含油污水種類廣泛，根據(jù)油氣田所處的位置，采出水又可細(xì)分為陸上(Offshore)油氣田污水和海上(Onshore)油氣田污水；根據(jù)油品性質(zhì)的不同，油田污水又可分為稠油污水、稀油污水和高凝油污水等；根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，油田污水又分為原油脫出水、鉆井污水及站內(nèi)其它類型的含油污水。依據(jù)油田生產(chǎn)、環(huán)境等因素，油田污水的處理可以有多種方式。當(dāng)油田需要注水時，油田污水經(jīng)處理后回注地層，此時要對水中的懸浮物、油等多項指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制，防止其對地層產(chǎn)生傷害[1]。然而石油生產(chǎn)單位大部分集中在干旱地區(qū)，水資源嚴(yán)重缺乏，如何將采油過程中產(chǎn)生的污水變廢為寶，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

油田污水的特點

油田污水水質(zhì)成分較為復(fù)雜，污水中的污染成分來源于采油生產(chǎn)的各個生產(chǎn)工序。其中既有原油，又有從地層中攜帶出來的各種鹽類、氣體和懸浮固體。在油氣集中輸送過程中，又摻進(jìn)了一些化學(xué)藥劑，同時污水中還含有一些微生物。由于我國各油田地質(zhì)條件、開發(fā)方式、油層改造措施、注水水質(zhì)、集輸工藝等的不同，因此各油田采油污水的性質(zhì)差異很大，使得采油污水的成分更加復(fù)雜。一般來說，有以下特點：

（1）含油量高。一般采油污水含有1 000～2 000 mg/L的原油，有些含油量甚至可達(dá)5 000mg/L以上。根據(jù)含油顆粒大小的不同，油類在水中的存在形式可分為浮油、分散油、乳化油和溶解油。采油污水原油中，一般90%左右的油類是以粒徑＞100μm的浮油和10～100μm的分散油形式存在，另外10%主要是0.1～10μm的乳化油，＜0.1μm的溶解油含量很低。

（2）含有懸浮固體顆粒。顆粒粒徑一般為1～100 μm，主要包括黏土顆粒、粉砂和細(xì)砂等。

（3）高含鹽量。一般油田采油污水無機(jī)鹽含量很高，每升高達(dá)幾千到幾萬甚至十幾萬毫克，各油田甚至各區(qū)塊、油層都不同。無機(jī)鹽離子主要包括：Ca2+，Mg2+，K+，Na+，F(xiàn)e2+，Cl-，HCO3-，CO32-等。

（4）含細(xì)菌。主要是腐生菌和硫酸鹽還原菌。

（5）部分油田污水含表面活性劑。主要存在于我國三次采油聚合物驅(qū)油田。

總體而言，采油污水水質(zhì)具有以下幾方面特點：含油量遠(yuǎn)大于各油田污水回注所要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；懸浮物含量高，顆粒細(xì)小；富含有機(jī)物；含有大量離子，其中既有成垢離子，又有腐蝕性的離子；色度高；含有微生物。目前注入油層的水大部分來自從開采原油中脫出的污水，大體已經(jīng)占了全國注水總量的80%左右。如果油層注入了未經(jīng)處理的污水，油層也會受到傷害。這種傷害主要體現(xiàn)在大量繁殖的細(xì)菌、機(jī)械雜質(zhì)以及鐵的沉淀物堵塞油層，引起注水壓力上升，注水量下降，影響水驅(qū)替原油的效率。因此，必須對注入油層的水進(jìn)行凈化處理[2]。

油田污水處理技術(shù)現(xiàn)狀

由于污水是從油層采出的，所以油田回注污水處理的主要目的是除油和除懸浮物。國內(nèi)外含油污水處理工藝是基本相同的，主要分為除油和過濾兩級處理，處理污水進(jìn)行回注。概括地講可分為兩個階段，第一段為除油階段，該階段是利用油、水密度差及藥劑的破乳和絮凝作用將油和水分離開來；第二段為過濾階段，該階段是利用濾料的吸附、攔截作用，將污水中懸浮固體、油和其他雜質(zhì)吸附于濾料的表面或不讓其通過濾料層。除油階段要根據(jù)含油污水中原油的密度、凝固點等性質(zhì)的不同而采用相應(yīng)的處理方法。目前國內(nèi)外除油階段主要采用的技術(shù)方法有：重力式隔油罐技術(shù)、壓力沉降除油技術(shù)、氣浮選除油技術(shù)、水力旋流除油技術(shù)等。應(yīng)根據(jù)注水地層的地質(zhì)特性，確定處理深度標(biāo)準(zhǔn)、選擇凈化工藝和設(shè)備[3]。

1 工藝流程

油田的水處理工藝，其流程一般為 “隔油-過濾”和“隔油-浮選（或旋流除油）-過濾”，即通常稱為“老三套”，其工藝主要是除去廢水中的油和懸浮物。在很長一段時間內(nèi)，此工藝流程被廣泛地應(yīng)用于各油田的采出水處理中，而且效果良好，處理后的水質(zhì)一般都能達(dá)到污水回注的要求。

2 技術(shù)分類

根據(jù)對油田污水處理程度和水質(zhì)要求的不同，通常將污水處理技術(shù)分為一級處理、二級處理和三級處理。一般來說一級處理屬于預(yù)處理，二級處理能除去90%左右可降解有機(jī)物和90%～95%的固體懸浮物。然而對于重金屬毒物和生物難以降解有機(jī)物高碳化合物以及在生化處理過程中出現(xiàn)氮、磷難以完全除去，還需進(jìn)行三級處理。各級處理技術(shù)主要包括重力分離、粗?；?、浮選法、過濾、膜分離以及生物法等十幾種方法。一二級處理主要是利用過濾、沉降、浮選方法把污水中的懸浮物除去。去除廢水中的礦物質(zhì)和大部分固體懸浮物、油類等。主要方法包括重力分離、離心分離、過濾、粗?；⒅泻?、生物處理等方法。這些技術(shù)在國內(nèi)外都比較成熟。

3 油田污水處理的一般工藝

油田污水成分比較復(fù)雜，油分含量及油在水中存在形式也不相同，且多數(shù)情況下常與其他廢水相混合，因此單一方法處理往往效果不佳。同時，因各種方法都有其局限性，在實際應(yīng)用中通常是兩三種方法聯(lián)合使用，使出水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。另外，各油田的生產(chǎn)方式、環(huán)境要求以及處理水的用途不同，使油田污水處理工藝差別較大。在這些工藝流程中，常見的一級處理有重力分離、浮選及離心分離，主要除去浮油及油濕固體；二級處理有過濾、粗?；?、化學(xué)處理等，主要是破乳和去除分散油；深度處理有超濾、活性炭吸附、生化處理等，主要是去除溶解油。

油田水處理評價標(biāo)準(zhǔn)

由于油田含油污水處理以后主要用于回注，處理的主要目標(biāo)污染物為油類物質(zhì)和懸浮物。在去除油類物質(zhì)的過程中，懸浮物能得到不同程度的去除，因此在油田含油污水的處理中，油水分離技術(shù)和過濾技術(shù)構(gòu)成常規(guī)處理流程的主體，同時輔以防垢、緩蝕、殺菌等化學(xué)處理措施，來滿足當(dāng)污水中油含量在1 000mg/L以下、懸浮固體在300mg/L左右時，處理后水能達(dá)到中、高滲透率油層所需的注水水質(zhì)要求[4,5]，見表1。

表1 碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦標(biāo)準(zhǔn)

在油田注水過程中，注入水質(zhì)的好壞直接影響油田的開發(fā)效果，各油田在實踐過程中采用以上行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推薦指標(biāo)為基準(zhǔn)。油藏儲層物性的復(fù)雜性和不確定性是導(dǎo)致不同油田水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不一致的主要原因，不能籠統(tǒng)使用一種水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)評價注入水水質(zhì)對不同類型油層的適應(yīng)程度，不同油田要結(jié)合各油田自身特點推出適合的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。另外，每個油田從開發(fā)初期到中、后期，始終執(zhí)行一個注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是否合理，值得研究。因為隨著油田開發(fā)時間的延長，原油含水率上升，注水量也要增加。有的油田承受不了就限制水的處理成本，不加藥或少加藥，故水質(zhì)難以達(dá)標(biāo)。超標(biāo)水繼續(xù)注入油層，也相當(dāng)于放寬了水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[6]。這種超標(biāo)水注入地層，究竟對不同油層有多大傷害，應(yīng)跟蹤研究，認(rèn)真總結(jié)，以便制定出可操作性強(qiáng)且經(jīng)濟(jì)有效的注入水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

油田污水處理過程中的質(zhì)量控制

油田污水處理是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從某種程度上講其管理難度要比采油的“油系統(tǒng)”還要復(fù)雜，因此質(zhì)量控制尤為關(guān)鍵。質(zhì)量控制是為了通過監(jiān)視質(zhì)量形成過程，消除質(zhì)量環(huán)上所有階段引起不合格或不滿意效果的因素，以達(dá)到質(zhì)量要求，獲取經(jīng)濟(jì)效益而采用的各種質(zhì)量作業(yè)技術(shù)和活動。質(zhì)量控制的主要功能就是通過一系列作業(yè)技術(shù)和活動將各種質(zhì)量變異和波動減少到最小程度。它貫穿于質(zhì)量產(chǎn)生、形成和實現(xiàn)的全過程。質(zhì)量控制的具體實施主要是影響產(chǎn)品質(zhì)量的各環(huán)節(jié)、各因素制定相應(yīng)的計劃和程序，對發(fā)現(xiàn)的問題和不合格情況進(jìn)行及時處理，并采取有效的糾正措施?！白鳂I(yè)技術(shù)”是控制手段和方法的總稱，“活動”則是人們對這些作業(yè)技術(shù)有計劃、有組織的系統(tǒng)運(yùn)用，是一種科學(xué)的質(zhì)量管理方法。前者偏重于方法、工具，后者偏重于活動過程。質(zhì)量控制的目的在于以預(yù)防為主，確保達(dá)到規(guī)定要求，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益[9]。除了控制產(chǎn)品差異，質(zhì)量控制部門還參與管理決策活動以確定質(zhì)量水平。在油田回注污水處理質(zhì)量控制中，宜從藥劑、設(shè)備、人員、生產(chǎn)指標(biāo)和環(huán)境等方面進(jìn)行分析，加強(qiáng)質(zhì)量控制，實現(xiàn)污水處理合格[10]。

1 現(xiàn)場應(yīng)用化學(xué)藥劑的質(zhì)量控制

污水處理的化學(xué)藥劑種類較多，化學(xué)藥劑的質(zhì)量控制可以從采購、監(jiān)督抽查、優(yōu)選供應(yīng)商等方面進(jìn)行控制。其中，入庫檢驗是物資采購過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，監(jiān)督抽查是對物資采購過程的跟蹤檢查，質(zhì)量檢驗是主要措施。優(yōu)選供應(yīng)商，從源頭抓質(zhì)量，是最大限度地保障進(jìn)入油田物資質(zhì)量的重要手段之一。

對現(xiàn)場應(yīng)用單位而言，應(yīng)該對化學(xué)品購入檢查、取樣檢驗、產(chǎn)品質(zhì)量要求等做出嚴(yán)格的入庫檢驗規(guī)定，購入檢查包括產(chǎn)品檢斤、外觀檢查、包裝驗收等，嚴(yán)格按化學(xué)品采購標(biāo)準(zhǔn)驗收（數(shù)量、包裝、標(biāo)志、外觀質(zhì)量、產(chǎn)品合格證等）規(guī)定，進(jìn)行外觀質(zhì)量檢驗。其中，使用性能抽檢是指藥劑到達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場后，按相關(guān)化學(xué)藥劑質(zhì)量驗收細(xì)則，以隨機(jī)抽樣的方式進(jìn)行質(zhì)量驗收，準(zhǔn)確填寫化學(xué)藥劑性能檢驗記錄的各項數(shù)據(jù)。產(chǎn)品質(zhì)量要求是指在現(xiàn)場進(jìn)行藥劑處理污水試驗，達(dá)到規(guī)定的水質(zhì)處理質(zhì)量要求。

2 設(shè)備管理質(zhì)量控制

污水處理設(shè)備主要包括過濾罐、沉降罐、過濾泵、加藥泵、加藥罐等，對壓力容器，應(yīng)建立設(shè)備檔案，收集技術(shù)資料，定期檢驗，定期清理維護(hù)；對泵類設(shè)備，其質(zhì)檢、保養(yǎng)和使用要嚴(yán)格按照使用說明書和維護(hù)保養(yǎng)規(guī)范來進(jìn)行操作，泵前要有過濾裝置。

3 人員的質(zhì)量控制

污水處理涉及到多個崗位之間的配合，除了嚴(yán)格執(zhí)行操作標(biāo)準(zhǔn)、管理規(guī)定、信息溝通制度等，人員的素質(zhì)和技能提高是控制污水處理質(zhì)量的關(guān)鍵。因此，必須加強(qiáng)人員的培訓(xùn)。對于新進(jìn)員工，要端正態(tài)度，掌握良好的基礎(chǔ)技能，做到能夠發(fā)現(xiàn)問題，這是提高生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)。對于在職員工，除了要加強(qiáng)基礎(chǔ)技術(shù)訓(xùn)練，熟悉崗位流程和設(shè)備操作，還要提高正確的判斷能力和認(rèn)真工作的熱情。對于管理崗位員工，主要是建立對質(zhì)量的共同理解，分享質(zhì)量的經(jīng)驗教訓(xùn)，注重專業(yè)技術(shù)的更新和補(bǔ)充，學(xué)習(xí)新方法，掌握新技術(shù)，提高技術(shù)技能和人際技能。對于領(lǐng)導(dǎo)，除應(yīng)熟悉專業(yè)技術(shù)外，還要掌握管理技能，提高人際技能和概念技能。

4 指標(biāo)的質(zhì)量控制

污水處理的最終目的是滿足指標(biāo)要求，減少水質(zhì)的波動?，F(xiàn)代質(zhì)量工程的主流是減小、抑制和控制產(chǎn)品實現(xiàn)過程中的波動。波動是導(dǎo)致質(zhì)量問題的根本原因，如何減小和控制產(chǎn)品實現(xiàn)過程中的波動，已成為當(dāng)代質(zhì)量工程領(lǐng)域的核心內(nèi)容。針對油田注水標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格的特點[11]，立足現(xiàn)有流程，進(jìn)行質(zhì)量控制，制定相應(yīng)的操作要求，對常出現(xiàn)的水質(zhì)超標(biāo)問題，制定出事故對策。針對不同流程制定出控制內(nèi)容、技術(shù)要求、檢驗方式、檢測周期和質(zhì)量管理級別，對污水處理過程中的各個因素進(jìn)行控制，從管 “結(jié)果”變?yōu)楣堋耙蛩亍?，把不合格品消失在它的形成過程之中，并對各個控制段和控制點的指標(biāo)及時進(jìn)行檢驗，做到不斷的質(zhì)量改進(jìn)。

5 環(huán)境質(zhì)量控制

從世界范圍講,一項為長遠(yuǎn)解決石油工業(yè)污染問題的環(huán)境控制技術(shù)正在興起和發(fā)展,同時也正在石油工業(yè)中引起一場變革。這門技術(shù)的特點是著重從鉆井、采油和油田地面工程內(nèi)部環(huán)節(jié)來解決工程與環(huán)境的相互影響,通過控制污染機(jī)理來預(yù)防環(huán)境污染、改善環(huán)境質(zhì)量。這一技術(shù)與傳統(tǒng)的廢物治理技術(shù)在思考方法和技術(shù)路線上有著顯著的本質(zhì)區(qū)別[12]。

由于油田的采油廢水不能全部回注地層，一部分需外排，且外排量越來越大。采油廢水是高污染物質(zhì)，排到環(huán)境中去，既污染環(huán)境，也不符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。因此，各油田應(yīng)針對各自油田采油廢水的特點，進(jìn)行污水處理的研究。為保護(hù)環(huán)境，將油田污水注入到油藏儲層中去，而不將油田污水外排到自然環(huán)境中去的一種注水方式。環(huán)保注水的特點是:處理水量大、工藝簡單、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低，周期短、清潔、安全，達(dá)到油田污水治理和保護(hù)環(huán)境的雙重目的。實踐證明環(huán)保注水是油田污水環(huán)保治理的好途徑[13]。

污水回注在油田的持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮了重要作用。加強(qiáng)質(zhì)量控制，提高污水處理質(zhì)量，是長期困擾油田污水處理企業(yè)的一個難題。這需要有質(zhì)量管理的思想、方法、技術(shù)和手段，而提高質(zhì)量的一個主要管理手段就是進(jìn)行有效的過程監(jiān)控。

結(jié)論

（1）未經(jīng)處理的污水，注入油層中，會導(dǎo)致大量繁殖的細(xì)菌、機(jī)械雜質(zhì)以及鐵的沉淀物堵塞油層，引起注水壓力上升，注水量下降，影響水驅(qū)替原油的效率。因此，必須對注入油層的水進(jìn)行凈化處理。

（2）針對具體油藏，要根據(jù)實際情況研究油井產(chǎn)出污水回注對地層的損害機(jī)理，制定合理、科學(xué)的注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和注水工藝措施，這是實現(xiàn)油井產(chǎn)出污水最大可能地回注的一條重要途徑。

（3）為使注入水符合地層巖石和流體的配伍要求，需要對油層中結(jié)垢、防堵和解垢進(jìn)行系統(tǒng)研究，保障注入水在理化性質(zhì)上與地層巖石、流體的相容性。這一研究包括巖石的礦物組分，注入水和地層水質(zhì)全分析，井下巖心的靜態(tài)試驗和動態(tài)試驗，并研究相互的配套工藝技術(shù)，切實了解油田產(chǎn)出污水回注地層的結(jié)垢機(jī)理，掌握對防垢和解垢的處理技術(shù)，保證使油井產(chǎn)出污水按配注要求注入。

（4）在油田污水處理中，對藥劑、設(shè)備、人員、指標(biāo)和環(huán)境等方面進(jìn)行質(zhì)量控制。加強(qiáng)生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制，必須嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和工藝規(guī)范，強(qiáng)化質(zhì)量控制點的管理監(jiān)督，完善質(zhì)量檢測設(shè)備，提高檢測人員素質(zhì)，才能增強(qiáng)生產(chǎn)過程的質(zhì)量保證能力，確保最終污水處理的質(zhì)量合格。

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An introduction is given to the discharging situation,the major characteristics and disposing difficulties of oilfield sewage in China.Then,the current situation of the quality technology about sewage treatment in oilfields is analyzed,followed by the explanation of quality standards of re-injected water from treated sewage.Next,some methods and advices about quality control in the process of disposed water reinjection in oilfields are presented.At last,it is shown that the use of these methods can ensure the water quality stability in the produced water re-injection,the good environment adaptability,less pollution in earth of oilfields,and thus effectively improve the effect of oilfield development.

oilfield sewage;sewage treatment;quality control

黃永場

2010-05-20