寶浪油田寶北區(qū)塊污水除鐵技術(shù)應(yīng)用研究

黃家驥，王富來，文守成

（1. 長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢 430100；2. 中國(guó)石化集團(tuán)河南油田新疆勘探開發(fā)中心，新疆焉耆 841100）

寶浪油田寶北區(qū)塊污水除鐵技術(shù)應(yīng)用研究

黃家驥1，王富來2，文守成1

（1. 長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢 430100；2. 中國(guó)石化集團(tuán)河南油田新疆勘探開發(fā)中心，新疆焉耆 841100）

摘 要：寶浪油田產(chǎn)出水水質(zhì)復(fù)雜，含鐵量高，同時(shí)由于含有腐蝕性極強(qiáng)的硫化氫組分，水體腐蝕性強(qiáng)，且污水處理溫度低等特點(diǎn)，污水處理后難以達(dá)到回注或直接排放標(biāo)準(zhǔn)。為此研究了一種處理高含鐵污水的處理工藝。改進(jìn)后的工藝在25℃、氧化劑125 mg/L時(shí)高含鐵污水處理后水質(zhì)指標(biāo)提高較大，除Fe、除S效果較佳，污水腐蝕性控制較好。采用該工藝通過持續(xù)開展污水水質(zhì)綜合治理，寶浪油田注水系統(tǒng)腐蝕速率得到有效控制，沿程水質(zhì)均達(dá)到A3標(biāo)準(zhǔn)。目前仍運(yùn)行良好。關(guān)鍵詞：高含鐵油田污水；混凝；氧化除鐵

Study of the Technique for Treatment of Produced Water with High Iron-Content in Baolang Oilfield

HUANG Jiaji1, WANG Fulai2, WEN Shoucheng1

（1. Petroleum Engineering College of Yangtze University, Wuhan Hubei 430100, China; 2. Xinjiang Exploration and Development Center, Henan Oilfield of SINOPEC, Yanqi Xinjiang 841100, China）

Abstract:The produced water from Baolang oilfield is very complex, with high iron-content, bearing with H2S which is very corrosive, and the treatment temperature on produced water is low. Therefore, it is very difficult to reach the water quality standard for reinjection of produced water and direct discharge of produced water. To solve this problem, a new technique for treatment of the produced water with high iron content from Baolang Oilfield has been studied. Through treatment with this technique, the water quality has been improved greatly at the temperature of 25℃ and oxidizing agent of 125 mg/L, with obvious effects of iron removal and sulfur removal and a better control on corrosion of produced water. By sustainable and comprehensive treatment of produced water with this technique, the corrosion rate of injected water has been controlled effectively in Baolang oilfield, and the water quality has reached A3 standard. This technique has been used up to now with excellent operation result.

Keywords:produced water with high iron-content; chemical coagulation; oxidized removal of iron

寶浪油田油井產(chǎn)出水水質(zhì)復(fù)雜，礦化度高達(dá)32 180 mg/L、游離CO2及HCO3-質(zhì)量濃度780 mg/L、二價(jià)硫離子質(zhì)量濃度6.2 mg/L、二價(jià)鐵離子質(zhì)量濃度105 mg/L、Cl-質(zhì)量濃度19 140 mg/L、pH值低，只有6.5。污水處理溫度25 ℃，污水腐蝕速率高達(dá)0.443 2 mm/a；具有腐蝕性很強(qiáng)、處理溫度低等特點(diǎn)。

本文針對(duì)寶浪油田污水特性，采用一種新工藝技術(shù)——“氧化除鐵技術(shù)”處理油田污水，可有效去除Fe2+、H2S、降低燒堿投加量，有效控制腐蝕，從而保持水質(zhì)穩(wěn)定；并在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，氧化除鐵技術(shù)完全適用于寶浪油田高含鐵污水的處理。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1 主要儀器和藥劑

儀器：2100Q便攜式濁度儀；DBJ-621型六

聯(lián)攪拌機(jī)；752N型分光光度計(jì)；測(cè)鐵、硫、氧比色管；細(xì)菌測(cè)試瓶；砂柱過濾器；恒溫箱。藥劑：強(qiáng)氧化劑H2O2；燒堿；混凝劑PAC，自制，含Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)15.6%，堿化度66%；絮凝劑PAMA，相對(duì)分子質(zhì)量120×104。水質(zhì)分析方法采用SY/T5329—1994《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

過氧化氫與亞鐵離子結(jié)合形成的Fenton試劑，具有極強(qiáng)的氧化能力[1]。該工藝首先用強(qiáng)氧化劑將油田污水中的Fe2+、S2-及有機(jī)物雜質(zhì)等有害成分進(jìn)行氧化，使其中有害離子變?yōu)榭衫诔两档挠杏贸煞?，降低低溫含油污水后續(xù)處理的難度；同時(shí)利用堿性調(diào)整劑緩慢釋放出的OH-打破水中由于HCO3-和CO32-的存在而形成的緩沖區(qū)，污水的pH提至7.3以上，上述反應(yīng)實(shí)際是Fe2+的氧化及沉積；反應(yīng)方程式如下：

Fe2++2OH-→Fe(OH)2↓

R.O+O2+H+→R.OH+2[O]

R.OH+ OH-→R.O+H2O

2Fe2++[O]+4H2O→2Fe(OH)3↓+2H+

4Fe(OH)2+2[O]+2H2O→4Fe(OH)3↓

Fe2+氧化沉積產(chǎn)物為絮狀，該物質(zhì)能破壞水體原有的膠體微粒的平穩(wěn)狀態(tài)，使膠體間靜電斥力消失，膠粒間發(fā)生聚結(jié)；投加的混凝劑迅速水解成多核羥基配合物，發(fā)揮其電中和、吸附和絡(luò)合作用，達(dá)到脫色、除濁、脫穩(wěn)、除鐵硫及有機(jī)物雜質(zhì)的效果，形成小絮體；在絮凝劑的吸附、卷掃、網(wǎng)捕、架橋作用下使新形成的絮體達(dá)到密、實(shí)、重的效果，加速沉降，提高透光率。該工藝最佳的處理?xiàng)l件為pH值7.4、處理溫度20 ℃；pH值和溫度過高、過氧化氫過量等均會(huì)增大污水腐蝕性。具體改進(jìn)工藝后的加藥工藝流程，如圖1所示。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)步驟如下：現(xiàn)場(chǎng)取污水站處理前污水（污水站來水水質(zhì)見表1），準(zhǔn)確量取1 000 mL水樣置于1 000 mL燒杯中；在150 r/min速度攪拌下分別按實(shí)驗(yàn)要求加入各種污水處理藥劑；150 r/min速度繼續(xù)攪拌1 min，再以35 r/min速度攪拌3 min；靜置15 min；分別取上層清水，經(jīng)砂濾后置于燒杯中分析各項(xiàng)指標(biāo)。

圖1　氧化除鐵處理污水工藝流程圖

表1　試驗(yàn)用污水站來水性質(zhì)

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 氧化劑用量對(duì)水質(zhì)的影響

氧化劑用量對(duì)凈化污水中的Fe2+、S2-、懸浮物的影響見圖2。由圖2可以看出，氧化劑過氧過氫的最佳用量為160～200 mg/L，寶浪油田高含鐵污水在氧化劑作用下，可以有效降低污水中的Fe2+、S2-等離子，從而使Fe2+具有更多的發(fā)生電中和、降低電位、壓縮雙電層的電荷[2]，可以降低混凝劑的用量。另外S單質(zhì)和被氧化后的有機(jī)物可以成為絮體成長(zhǎng)的晶核．從而延長(zhǎng)了絮體成

長(zhǎng)的時(shí)間，除S、降低有機(jī)雜質(zhì)的效果會(huì)增加。S2-的降低能較好地抑制注水水質(zhì)的惡化，從而能夠控制由其引起的局部腐蝕。

圖2　氧化劑用量對(duì)污水凈化水質(zhì)的影響

2.2 燒堿用量對(duì)水質(zhì)的影響

燒堿用量對(duì)凈化污水中的Fe、S、懸浮物的影響見圖3。由圖3可以看出，在氧化劑加量200 mg/L的情況下，寶浪油田高含鐵污水，隨燒堿投加量的增加，總鐵、二價(jià)鐵有大幅度下降，懸浮物也隨之下降，但燒堿存在一個(gè)最佳加藥點(diǎn)，加藥量高各項(xiàng)指標(biāo)有所升高，污水pH值也升高，燒堿投加量在200 mg/L時(shí)，污水pH值為7.3，此時(shí)污水腐蝕性也最低[3]，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

圖3　燒堿用量對(duì)污水凈化水質(zhì)的影響

2.3 氧化除鐵現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果分析

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中為防止氧化劑過量引起污水系統(tǒng)腐蝕性增加，我們采取欠量投加氧化劑方法，讓污水中存在少量二價(jià)鐵離子，并且污水pH值控制在7.5以下，經(jīng)過5個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，聯(lián)合站到注水井沿程水質(zhì)得到了極大改善，取得了良好的效果，試驗(yàn)前后水質(zhì)對(duì)比情況見表2、表3。

表2　試驗(yàn)前后凈化罐水質(zhì)對(duì)比

表3　試驗(yàn)前后注水站水質(zhì)對(duì)比

試驗(yàn)前后測(cè)得凈化罐出口和注水站污水含油、含氧量均為零，氧化除鐵后，隨著鐵離子含量下降，注水中懸浮物含量、細(xì)菌、腐蝕速率等指標(biāo)均優(yōu)于氧化除鐵前，主要控制指標(biāo)達(dá)SY/T5329—1994《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》的A3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

為了確定氧化除鐵技術(shù)對(duì)污水處理系統(tǒng)的腐蝕程度，分別在沉降罐、凈化罐、注水站、單井等處進(jìn)行了掛片試驗(yàn)，并對(duì)除鐵前腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，數(shù)據(jù)見表4、圖4。表4數(shù)據(jù)表明，各節(jié)點(diǎn)污水腐蝕速率對(duì)比除鐵前有較大幅度的下降，除鐵后均低于0.076 mm/a，含氧量檢測(cè)均為零，表明氧化劑欠量投加，有效的控制了污水腐蝕性，氧化劑無(wú)殘留，不會(huì)對(duì)隨后流程的水質(zhì)帶來負(fù)面影響。

表4　掛片的腐蝕速率

圖4　除鐵前后腐蝕速率對(duì)比圖

2.4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2011年12月進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，目前仍運(yùn)行良好。圖5顯示了水質(zhì)治理前后注水井水質(zhì)變化。通過一年的現(xiàn)場(chǎng)投加試驗(yàn)運(yùn)行，我們認(rèn)為，為了確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)穩(wěn)定，污水腐蝕性不反彈，在藥劑投加及水質(zhì)檢測(cè)方面做好以下幾點(diǎn)：

（1）必須保證過氧化氫欠量投加；（2）污水pH值控制在7.3±0.1；（3）污水處理沿程檢測(cè)污水含氧量并將含氧量控制在0.05 mg/L以內(nèi)；（4）污水處理藥劑投加做好個(gè)人防護(hù)工作。目前通過持續(xù)開展污水水質(zhì)綜合治理，寶浪油田注水系統(tǒng)腐蝕速率得到有效控制，沿程水質(zhì)均達(dá)到A3標(biāo)準(zhǔn)。

圖5　水質(zhì)治理前后注水井水質(zhì)變化曲線

3　結(jié)論

（1）氧化除鐵技術(shù)能有效地去除污水中的鐵、硫等還原性物質(zhì)，殺滅細(xì)菌，有效解決了沿程水質(zhì)連續(xù)變差問題，提高注水水質(zhì)。

（2）氧化劑欠量投加，并且和燒堿聯(lián)合投加，即有效除鐵，又提高污水pH值，可有效降低污水腐蝕速率。

（3）氧化除鐵技術(shù)處理工藝簡(jiǎn)單，是一種可行的油田含鐵污水處理的輔助手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊志剛，張寧生．絮凝沉降-Fenton氧化-吸附法處理采油污水實(shí)驗(yàn)研究[J]．西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，20（1）：50-53．

[2]朱成華．寶浪油田污水系統(tǒng)高氧化除鐵室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究[J]．油田地面工程，2011，30（8）：18-20．

[3]牛耀玉．寶浪油田污水腐蝕性研究[J]．全面腐蝕控制，2006，20（6）：14-17．

作者簡(jiǎn)介：第一黃家驥，男，1992年生，長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院在讀本科生，石油工程專業(yè)。E-mail：fygswangfulai@126.com。

收稿日期：2014-11-18；改回日期：2015-01-05

文章編號(hào)：1008-2336（2015）01-0070-04

中圖分類號(hào)：TE357.6+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2015.01.070