溶氣氣浮工藝處理三元復(fù)合驅(qū)采出水試驗(yàn)

大慶油田有限責(zé)任公司規(guī)劃計(jì)劃部

溶氣氣浮工藝處理三元復(fù)合驅(qū)采出水試驗(yàn)

丁良濤大慶油田有限責(zé)任公司規(guī)劃計(jì)劃部

針對(duì)三元采出污水特性，開(kāi)展了溶氣氣浮工藝處理三元采出污水的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，通過(guò)投加水質(zhì)調(diào)節(jié)劑及復(fù)合絮凝劑，經(jīng)兩級(jí)氣浮工藝處理后，污水中含油量和懸浮物含量基本可滿足“20、20”注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。該工藝加藥量為1 200～1 500 mg/L，噸水運(yùn)行費(fèi)用約5.90元，具有處理流程簡(jiǎn)單、停留時(shí)間短、運(yùn)行效果好、出水水質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)。

三元復(fù)合驅(qū)；采出水；溶氣氣浮；含油量；懸浮固體含量

引言

大慶油田開(kāi)展了大規(guī)模的三元復(fù)合驅(qū)工業(yè)化推廣工作，取得了顯著的增油降水效果，比水驅(qū)采收率提高20%以上[1-2]。但隨著三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)的推廣和應(yīng)用，采出污水中含有大量的聚合物、表面活性劑和堿等，導(dǎo)致原有污水處理流程處理效率大幅度降低，采出污水的處理已經(jīng)成為制約三元復(fù)合驅(qū)推廣應(yīng)用的一大難題。聚合物水解聚丙稀酰胺增加了污水的黏度，使污水的膠態(tài)性質(zhì)更加穩(wěn)定；表面活性劑則降低了油水間的界面張力，增加了乳狀液的穩(wěn)定性，使油的脫除效率降低；堿的加入使得污水的pH值高達(dá)10以上，污水的乳化程度更加嚴(yán)重，造成常規(guī)水處理藥劑失效[3]。同時(shí)，由于堿溶液對(duì)巖石的溶蝕作用，導(dǎo)致采出污水中懸浮固體增多且細(xì)小，增加了污水的處理難度，用常規(guī)水處理藥劑很難處理三元復(fù)合驅(qū)采出污水[4]。

因此，在南五區(qū)開(kāi)展了溶氣氣浮工藝處理三元復(fù)合驅(qū)采出水現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)期間三元采出水含聚濃度為640～540 mg/L，黏度為5～8 mPa·s，pH值為8～10，來(lái)水含油量為495～174 mg/L，來(lái)水懸浮物含量為420～540 mg/L。

1現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

1.1 方案

試驗(yàn)裝置由溶氣氣浮裝置、高效管式反應(yīng)器和藥劑組成。原水首先進(jìn)入高效管式反應(yīng)器與藥劑充分作用后，使三元污水中三元體系脫穩(wěn)，然后進(jìn)入溶氣氣浮裝置，與溶氣水混合。由于氣體密度僅為水密度的1/775，分散的油珠和懸浮固體附著在小氣泡表面，加快浮升速度，從而達(dá)到污油、懸浮固體與水高效分離的目的。高效管式加藥反應(yīng)器由3個(gè)特殊設(shè)計(jì)的混合管道組成，在管道上投加藥劑并輸入溶氣水，通過(guò)控制各管段的混合能量和混合時(shí)間，使藥劑與污水充分混合，達(dá)到藥劑的最佳作用效果。一級(jí)氣浮裝置投加酸性pH值調(diào)質(zhì)劑，調(diào)節(jié)污水pH值；二級(jí)氣浮裝置投加復(fù)合型絮凝劑，提高懸浮物絮凝上浮效果。

在南五區(qū)三元污水站沉降罐進(jìn)水管道安裝旁通管道，引污水站原水至試驗(yàn)裝置進(jìn)口，選擇兩級(jí)溶氣氣浮處理技術(shù)對(duì)三元污水進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)。通過(guò)篩選適宜的藥劑，調(diào)整試驗(yàn)裝置運(yùn)行參數(shù)，驗(yàn)證溶氣氣浮技術(shù)與藥劑組合條件下處理三元采出水的可行性。試驗(yàn)主要研究溶氣氣浮技術(shù)對(duì)三元污水中油和懸浮物的去除效果，同時(shí)考察所需加藥量和加藥濃度；研究選配的水質(zhì)調(diào)節(jié)劑及復(fù)合絮凝劑對(duì)三元污水的適應(yīng)性及其處理效果。

1.2 流程

三元污水首先進(jìn)入調(diào)節(jié)水箱，均質(zhì)、均量地調(diào)節(jié)水箱出水進(jìn)入第一級(jí)高效管式反應(yīng)器，同時(shí)在高效管式反應(yīng)器內(nèi)加入水質(zhì)調(diào)節(jié)劑，藥劑與三元水在高效管式反應(yīng)器內(nèi)充分混合、反應(yīng)后進(jìn)入一級(jí)溶氣氣浮裝置進(jìn)行分離；一級(jí)氣浮裝置出水進(jìn)入第二級(jí)高效管式反應(yīng)器，與加入的復(fù)合型絮凝劑充分混合、反應(yīng)后進(jìn)入第二級(jí)溶氣氣浮裝置進(jìn)行分離，經(jīng)二級(jí)氣浮裝置處理后出水達(dá)到注水指標(biāo)要求?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工藝流程

2試驗(yàn)效果

依次開(kāi)展了溶氣未加藥空白試驗(yàn)、藥劑篩選、參數(shù)優(yōu)化及穩(wěn)定運(yùn)行階段的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)空白階段試驗(yàn)證明，在該水質(zhì)特性下，沒(méi)有藥劑配合的情況下，單純依靠氣浮設(shè)備的物理性能，處理三元采出污水基本沒(méi)有效果。經(jīng)藥劑篩選、參數(shù)優(yōu)化調(diào)整等階段，最終確定試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)處理能力為15 m3/h，實(shí)際運(yùn)行水量為15 m3/h，污水在裝置內(nèi)停留時(shí)間為15 min，酸性水質(zhì)調(diào)節(jié)劑投加量為4～5 mg/L，復(fù)合絮凝劑投加量為1 200～1 500 mg/L，氣浮裝置回流比為25%。

2.1 對(duì)油類去除效果

穩(wěn)定運(yùn)行期間，試驗(yàn)裝置對(duì)油類去除效果較好。來(lái)水含油量為174～495 mg/L，波動(dòng)較大，平均263 mg/L。經(jīng)一級(jí)溶氣氣浮工藝處理后出水含油量為58～258 mg/L，平均199 mg/L，平均去除率為24.33%。經(jīng)兩級(jí)溶氣氣浮工藝處理后出水含油量為0.50～1 mg/L，平均0.73 mg/L，系統(tǒng)總平均去除率為99.72%。溶氣氣浮工藝各工藝節(jié)點(diǎn)含油量見(jiàn)圖2。

圖2 各工藝節(jié)點(diǎn)含油量

投加藥劑量在上述加藥量區(qū)間內(nèi)調(diào)整，系統(tǒng)出水中含油量指標(biāo)變化不大，基本保持在1.0mg/L以下。

2.2 對(duì)懸浮物去除效果

來(lái)水懸浮物含量在420～540 mg/L之間波動(dòng)，平均467 mg/L。經(jīng)一級(jí)溶氣氣浮工藝處理后出水懸浮物含量為620～1 020 mg/L，平均801 mg/L。經(jīng)兩級(jí)溶氣氣浮工藝處理后出水懸浮物含量為14～27 mg/L，平均21 mg/L，系統(tǒng)總平均去除率為95.50%。溶氣氣浮工藝各工藝節(jié)點(diǎn)懸浮物含量見(jiàn)圖3。

圖3 各工藝節(jié)點(diǎn)懸浮物含量

一級(jí)氣浮工藝出水中懸浮固體含量和聚合物含量明顯高于原水中懸浮固體含量和聚合物含量。分析認(rèn)為，由于在溶氣氣浮過(guò)程中，污水中部分聚合物被氧化，使得這些聚合物和有機(jī)物失穩(wěn)，形成懸浮固體和短分子鏈的聚合物，導(dǎo)致一級(jí)氣浮裝置出水中懸浮固體含量和聚合物含量升高，同時(shí)降低了污水黏度。脫穩(wěn)后的三元采出水進(jìn)入二級(jí)氣浮裝置，使大量斷鏈的聚合物分子和懸浮固體能夠得到有效去除。

三元采出水處理過(guò)程中懸浮固體的去除是影響處理效果達(dá)標(biāo)的主要因素，當(dāng)原水中懸浮固體含量為420～600 mg/L，水質(zhì)調(diào)節(jié)劑和復(fù)合絮凝劑投加量分別為5、1 500 mg/L時(shí)，系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定。當(dāng)原水中懸浮固體含量＜420 mg/L，水質(zhì)調(diào)節(jié)劑和復(fù)合絮凝劑投加量分別為4、1 200 mg/L時(shí)，系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定。系統(tǒng)加藥量需根據(jù)來(lái)水水質(zhì)的不同進(jìn)行實(shí)時(shí)地調(diào)整。

2.3 對(duì)聚合物濃度的影響

來(lái)水含聚濃度在540～640 mg/L之間波動(dòng)，平均467 mg/L。經(jīng)一級(jí)溶氣氣浮工藝處理后出水含聚濃度為776～1 100 mg/L，平均869 mg/L。經(jīng)兩級(jí)溶氣氣浮工藝處理后出水含聚濃度為5.7～19 mg/L，平均17 mg/L，系統(tǒng)總平均去除率為96.36%。溶氣氣浮工藝各工藝節(jié)點(diǎn)聚合物含量見(jiàn)圖4。

圖4 各工藝節(jié)點(diǎn)聚合物含量

2.4 系統(tǒng)浮渣產(chǎn)生量分析

污水處理系統(tǒng)中浮渣的產(chǎn)生量主要受原水中懸浮固體含量和加藥量影響。本試驗(yàn)流程一級(jí)氣浮裝置投加水質(zhì)調(diào)節(jié)劑，以水質(zhì)調(diào)節(jié)為主，浮渣產(chǎn)生量較少；浮渣主要產(chǎn)生于二級(jí)氣浮裝置，由于投加絮凝劑，采出水中懸浮固體、斷鏈的聚合物分子被微小氣泡攜浮至液面。氣浮工藝產(chǎn)生浮渣的特點(diǎn)是含水率低（90.0%～95.0%），但浮渣含有較多的微氣泡，增大了浮渣所占的體積，約占處理水量體積的5%左右。

2.5 運(yùn)行費(fèi)用分析

運(yùn)行費(fèi)用包括動(dòng)力費(fèi)、藥劑費(fèi)、污泥浮渣處理費(fèi)及自耗水費(fèi)（不包括人工、折舊等）。經(jīng)綜合評(píng)價(jià)噸水運(yùn)行成本約5.90元，其中藥劑投加費(fèi)用為4.10元/立方米。

3結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)投加水質(zhì)調(diào)節(jié)劑，并結(jié)合溶氣氣浮工藝及曝氣機(jī)理，該工藝對(duì)處理三元污水有效。系統(tǒng)出口除油率達(dá)99.72%，平均含油量?jī)H為0.73 mg/L；懸浮物去除率95.50%，平均懸浮物含量為21.0 mg/L。對(duì)來(lái)水水質(zhì)變化適應(yīng)性較強(qiáng)，處理效果穩(wěn)定。

（2）通過(guò)對(duì)未加藥溶氣空白階段和加藥穩(wěn)定階段運(yùn)行效果對(duì)比可見(jiàn)，三元污水處理的關(guān)鍵在于使三元污水中三元體系脫穩(wěn)，加酸性水質(zhì)調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH值的方法對(duì)處理三元污水有效。

（3）該工藝同樣也存在加藥量大、后續(xù)浮渣污泥產(chǎn)生量多、噸水綜合運(yùn)行成本高，以及大量污泥、浮渣需進(jìn)一步深度處理等問(wèn)題。因此，還需進(jìn)一步篩選高效藥劑，優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，降低藥劑投加量及污泥產(chǎn)生量，以進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。

[1]方洪波，王春生，陳愚，等．三元復(fù)合驅(qū)油采出液化學(xué)破乳脫水研究[J]．化學(xué)研究，1996，13（2）：136-141.

[2]王鳳蘭，伍曉林，陳廣宇，等．大慶油田三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)進(jìn)展[J]．大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2009，28（5）：154-162.

[3]Deng Shubo，Yu Gang，Jiang Zhanpeng，et al．Destabilization of oil droplets in produced water from ASP flooding[J]．Colloids and Surfaces A：Physicochem Eng Aspects，2005（252）：113-119.

[4]申玉星，傅紹斌，徐德慧，等．三元復(fù)合驅(qū)采出污水處理影響因素研究[J]．石油天然氣學(xué)報(bào)，2006，28（6）：169-171.

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.8.020

丁良濤：工程師，2004年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院給水排水工程專業(yè)，現(xiàn)就職于大慶油田有限責(zé)任公司規(guī)劃計(jì)劃部。

13945907068、dingliangtao@petrochina.com.cn

2015-05-25