大港油田污水資源化利用技術(shù)及評(píng)價(jià)

振華石油控股有限公司

大港油田污水資源化利用技術(shù)及評(píng)價(jià)

劉小兵 汪益寧 劉兵

振華石油控股有限公司

隨著油田含水率的上升，油田產(chǎn)出的污水日益增多。目前油田污水處理面臨的問題主要有產(chǎn)水量和注水量供需不平衡，現(xiàn)有污水處理工藝無(wú)法滿足要求，地層虧空、地面降低現(xiàn)象嚴(yán)重等。針對(duì)這些問題，一方面采用改性纖維球等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)油田采出污水處理達(dá)到低滲透油藏的注入水質(zhì)要求。另一方面采用物理化學(xué)、生物化學(xué)等污水處理技術(shù)對(duì)油田污水進(jìn)行深度處理，對(duì)油田采出污水二次分配，既可實(shí)現(xiàn)采出污水處理無(wú)害排放，又可實(shí)現(xiàn)油田采出污水的資源化利用，減少油田污水的排放總量，以滿足低滲透油層注水開發(fā)的需要。采用污水資源化利用技術(shù)，油田每天可減少外排污水量約5 300 m3，每年節(jié)省外排費(fèi)用約300萬(wàn)元。

大港油田；污水處理；污水回注；二次分配；無(wú)害化；資源利用

1 存在的問題

我國(guó)東部大港油田屬于復(fù)雜斷塊油田，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，油田開發(fā)已進(jìn)入后期，整體處于“雙高”開發(fā)階段。截至目前，油田共投產(chǎn)采油井3 592口，平均日產(chǎn)液量13.36×104m3，平均日產(chǎn)污水量11.78×104m3，原油綜合含水達(dá)到92.4%。油田目前共有污水處理站20座，外排污水處理站6座，其中4座在用。外排污水處理主要采用生物處理法、物理化學(xué)法等新工藝[1]。油田污水處理后達(dá)到了國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，外排污水的達(dá)標(biāo)率為100%。

隨著油田含水率的上升，油田產(chǎn)出的污水日益增多，由于產(chǎn)水、注水量的不平衡[2]，實(shí)現(xiàn)污水資源化利用成為油田開發(fā)后期的主要任務(wù)。目前油田污水處理面臨的問題主要有以下幾個(gè)方面：

（1）產(chǎn)水量和注水量供需不平衡。部分區(qū)塊所產(chǎn)污水大于地層注水需求量，地層產(chǎn)水無(wú)法有效合理利用。而另部分區(qū)塊產(chǎn)出的污水水量不足，需補(bǔ)充水量注水。

圖1 大港油田污水改清水工藝流程

（2）現(xiàn)有污水處理工藝無(wú)法滿足要求。隨著國(guó)家安全環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷升級(jí)，對(duì)外排污水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求也越來(lái)越高，油田現(xiàn)有的污水外排站設(shè)計(jì)處理指標(biāo)已經(jīng)不能滿足需要。若按照新的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工藝改造和升級(jí)，會(huì)大大增加成本。

（3）地層虧空、地面降低現(xiàn)象嚴(yán)重。經(jīng)過多年的開發(fā)，老油田的地層虧空現(xiàn)象非常嚴(yán)重，同時(shí)油田生產(chǎn)中采出大量的地下水，造成油田靜水位顯著降低。

2 油田污水資源化利用措施

2.1 應(yīng)用新工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)污水回注

對(duì)大港油田低滲透區(qū)塊污水改清水回注的可行性進(jìn)行了綜合研究評(píng)價(jià)，在專家充分研究論證的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了國(guó)內(nèi)石油開發(fā)領(lǐng)域第一個(gè)污水改清水試驗(yàn)工程，其注水工藝流程如圖1所示。污水處理采用先進(jìn)的改性纖維球過濾工藝技術(shù)，污水處理后的水質(zhì)指標(biāo)為：固體懸浮物含量2.6 mg/L；含油量6.3 mg/L；粒度中值1.7μm。而低滲透油藏的注入要求為：固體懸浮物含量低于3.0 mg/L；含油量低于8.0 mg/L；粒度中值低于2.0μm。處理后的污水水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到了低滲透油藏的注入要求。

污水處理站投產(chǎn)后生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)，在油田多口注水井改注污水后，注水開發(fā)效果良好，總體上注水壓力穩(wěn)中有降，注水能力明顯提升。目前已在油田開始推廣應(yīng)用該工藝，這項(xiàng)工藝技術(shù)的成功應(yīng)用及推廣，不僅減少了油田污水外排量，降低了環(huán)境污染，而且節(jié)約了地下水資源，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.2 污水二次分配以解決油田注采供需矛盾

為了解決油田污水的供需矛盾，在大港油田建成了整個(gè)油田的供水網(wǎng)絡(luò)以實(shí)施油田污水的二次分配和回注利用，以實(shí)現(xiàn)污水的宏觀調(diào)配及油田采出污水的資源化利用。為此開展了多項(xiàng)污水配伍性研究和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，從技術(shù)上確定了污水二次分配的可行性[3]。

2.2.1 選擇可靠的污水配伍性實(shí)驗(yàn)方法

對(duì)于污水配伍性效果評(píng)價(jià)方法，目前還沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或操作方法。常用的評(píng)價(jià)方法主要有以下幾種：①比較混配前、后固體懸浮物含量變化；②比較混配前、后污水濁度變化；③SI值或PTB值預(yù)測(cè)；④比較混配前、后污水中鈣和鎂離子含量。

上述方法中都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)以及適用范圍。固體懸浮物含量變化法的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確性高，缺點(diǎn)是工作量大，不能用于評(píng)價(jià)污水高溫下結(jié)垢后的配伍性；SI值或PTB值預(yù)測(cè)法的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用范圍廣，評(píng)價(jià)以數(shù)據(jù)計(jì)算為主，缺點(diǎn)是準(zhǔn)確度相對(duì)較低；鈣、鎂離子含量變化法的優(yōu)點(diǎn)是適用范圍廣，評(píng)價(jià)精度高，缺點(diǎn)是操作復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)工作量大。目前油田主要采用鈣、鎂離子含量變化法研究污水的配伍性。

2.2.2 污水配伍性實(shí)驗(yàn)

2站污水恒溫密閉放置48 h后，失鈣量為20 mg/L。1站和2站污水以4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4不同比例混合后恒溫密閉，分別測(cè)定放置48 h后水樣中的鈣、鎂離子含量變化值，并與單一種水的鈣、鎂離子含量的變化值進(jìn)行比較。1站和2站不同比例污水混配后的配伍性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

當(dāng)兩個(gè)站的污水以不同比例混合后，隨著2站污水比例的增加，失鈣量也會(huì)逐漸增加，當(dāng)2站的污水比例超過一半時(shí)，失鈣量已超出20 mg/L。因此，1站與2站污水混合時(shí)，2站的污水比例應(yīng)低于50%，超出該范圍后混合污水的配伍性會(huì)變差，無(wú)法滿足注水要求。

圖2 兩污水站不同比例污水混配后的失鈣量

同樣，2站污水恒溫密閉放置48 h后，失鈣量為20 mg/L。1、3站混合污水與2站污水的室內(nèi)配伍性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。1站、3站混合污水與2站污水以不同比例混合后，污水的失鈣量范圍為5～11 mg/L，都沒有超出單一回注污水的失鈣量。因此，可以確定1、3站混合污水與2站污水的配伍效果較好，兩種污水可在任意比例范圍內(nèi)混配。

圖3 1、3站混合污水與2站污水不同比例混配后的失鈣量

經(jīng)過全油田采油污水室內(nèi)配伍性實(shí)驗(yàn)綜合評(píng)價(jià)分析，對(duì)油田產(chǎn)出污水進(jìn)行了宏觀調(diào)控，可全部利用剩余油田污水，控制產(chǎn)量自然遞減，緩解地層虧空現(xiàn)象，徹底消除了污水、污染物的排放，降低污染，改善了地區(qū)環(huán)境質(zhì)量，節(jié)約了大量水資源，每年可以節(jié)省清水費(fèi)用上千萬(wàn)元。

由于油田各區(qū)塊產(chǎn)出污水的化學(xué)性質(zhì)差異較大，某些區(qū)塊的剩余污水能否回注地層，還需要進(jìn)一步做不同區(qū)域混合水與地層的配伍性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，論證污水回注的可行性，并制定方案。但因油田開發(fā)的不確定性，這項(xiàng)工藝改造工程也存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 污水深度處理實(shí)現(xiàn)污水無(wú)害化

以孔一聯(lián)污水站為例，該污水站位于環(huán)境污染敏感地帶，外排污水超標(biāo)的指標(biāo)主要為石油類和COD，通過分析表明，該站污水不適合采用生物處理法。經(jīng)過綜合研究論證，明確了孔一污外排污水處理站采用物理化學(xué)法處理工藝技術(shù)，即在污水中加入微絮凝破乳劑進(jìn)行除油、過濾，以去除污水中的乳化油和懸浮物，該處理方法能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。孔一污外排站主要工藝流程如圖4所示。

圖4 孔一污外排污水微絮凝破乳過濾處理工藝流程

孔一聯(lián)污水處理工程建成投產(chǎn)后運(yùn)行良好，跟蹤檢測(cè)（每季度1次）結(jié)果表明：入口污水COD平均含量為456 mg/L；出口污水COD平均含量為138 mg/L；入口石油類平均含量為385 mg/L；出口石油類平均含量為9.42 mg/L；處理后水質(zhì)達(dá)到GB8978—1996（污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)）二級(jí)指標(biāo)要求。通過實(shí)踐證明，采用物理化學(xué)法處理工藝技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)污水達(dá)標(biāo)治理。

大港油田還采用生化處理技術(shù)處理污水。根據(jù)水質(zhì)分析研究結(jié)果，優(yōu)選污水指標(biāo)具有較好的生化特性、適用于生化處理的污水站，最典型的是東二污外排站[4]。在該站，大港油田首次將高效優(yōu)勢(shì)菌生物處理技術(shù)和氧化塘處理技術(shù)同時(shí)應(yīng)用于油田廢水處理中，解決了油田污水礦化度高、溫度高、含油量高等技術(shù)難題。工程于1999年建成投產(chǎn)，其工藝流程見圖5。跟蹤檢測(cè)（每季度1次）結(jié)果表明：入口污水COD平均含量為342 mg/L；出口污水COD平均含量為102.1 mg/L；入口石油類平均含量為31.24 mg/L；出口石油類平均含量為7.58 mg/L；處理后水質(zhì)完全達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。東二污外排站是國(guó)內(nèi)陸上油田第一座達(dá)標(biāo)排放示范站。

圖5 東二污外排站生物處理工藝流程

大港油田污水處理配套新技術(shù)和新工藝的應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益：

（1）可全部利用剩余油田污水，油田可減少外排污水量約5 300 m3/d，每年節(jié)省外排費(fèi)用約300萬(wàn)元。

（2）優(yōu)化油田的水資源，提高油田整體經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于缺水欠注生產(chǎn)的油田，保證回注水源，可增加注水開發(fā)效果，控制了產(chǎn)量自然遞減，提高采收率，緩解了地層虧空和水資源短缺的問題，實(shí)現(xiàn)采油污水的資源化。

（3）節(jié)約了寶貴的水資源，每天可節(jié)約清水資源11 000 m3，年節(jié)約清水費(fèi)用近1 500萬(wàn)元。

（4）最大限度地減少了對(duì)環(huán)境的污染，徹底消除了污水和污染物排放量，明顯改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，降低環(huán)境污染和環(huán)保治理費(fèi)用，每年可節(jié)約外排處理及污染賠償費(fèi)用1 000萬(wàn)元。

（5）南北油田干線貫通，便于水量調(diào)配，有利于油田長(zhǎng)遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié)論

（1）利用污水改清水回注工藝技術(shù)，減少了油田污水的排放總量，滿足了低滲透油層注水開發(fā)的需要，提高了油田污水的利用率，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（2）對(duì)油田污水實(shí)行二次分配，完善地面供注水系統(tǒng)管網(wǎng)，適應(yīng)了油田長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的需要，既可以實(shí)現(xiàn)油田污水的資源化利用，又可以解決剩余污水和油田生產(chǎn)中存在的矛盾。

（3）結(jié)合油田各區(qū)塊的生產(chǎn)實(shí)際，以不同區(qū)塊水質(zhì)特點(diǎn)為基礎(chǔ)，應(yīng)用物理化學(xué)、生物處理等新工藝、新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了油田污水的達(dá)標(biāo)排放，最大程度地降低了環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)了油田污水的無(wú)害化，為油田的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

[1]韓超．大港油田污水處理淺析[J]．科技與企業(yè)，2012，16（5）：139.

[2]謝焜，梁曉亮，高蕊，等．大港油田污水處理新技術(shù)新工藝的應(yīng)用與分析[J]．油氣田地面工程，2010，29（10）：84-85.

[3]項(xiàng)勇，常斌．大港油田污水處理技術(shù)[J]．石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2002，13（2）：17-18.

[4]鄒紅麗，王冬石．曝氣生物濾池在大港油田污水處理中的應(yīng)用[J]．電力科技與環(huán)保，2010，26（1）：42-44.

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.11.031

劉小兵：高級(jí)工程師，1988年畢業(yè)于華東石油學(xué)院，從事油氣田地面工程和工藝的研究工作。

2015-07-24

基金論文：中國(guó)石油天然氣股份公司國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2008ZX05010）。

18729538416、lxb@zhenhuaoil.com