長慶油田含油污水處理關(guān)鍵技術(shù)分析

劉能杰，王 鋒，王志軍，孫 楊，曹華偉，盧藝帆

（1. 西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065； 2. 中國石油長慶油田分公司第九采油廠，寧夏 銀川 750006；3. 中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，陜西 西安 710018； 4. 中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西 西安 710018）

油田污水成分較為復(fù)雜，既含有少量原油，還有大量無機物和原油生產(chǎn)初加工中加入的各類化學(xué)藥劑[1]。單一的污水處理技術(shù)由于技術(shù)局限性，因而實際對污水處理效果不佳。因此應(yīng)用中往往是采用幾種方法并用，根據(jù)各方法的處理效果優(yōu)缺點進行互補組合，從而達到最佳的污水處理效果[2]。

目前長慶油田部分區(qū)塊油井含水率已達到85%以上，隨著油田開發(fā)逐步進入中后期開發(fā)階段，產(chǎn)出的污水也逐漸增多。將采出的污水回注到地井內(nèi)，既能補充地層壓力，又能將水資源循環(huán)利用，節(jié)省大量的水資源。但采出的油田污水中攜帶了大量成分復(fù)雜的礦物質(zhì)，其中主要成分包含少量原油、三價鐵離子、二價鈣離子、二價鎂離子、碳酸氫根離子、硫酸根離子、碳酸根離子和硫化氫等，以及為有害細(xì)菌提供了滋養(yǎng)生息環(huán)境的大量有機雜質(zhì)等[3]。同時這些有害物質(zhì)含量隨著油氣成藏地質(zhì)條件不同而差異巨大。所產(chǎn)出的污水若不經(jīng)過凈化處理而直接進行注入地層，將會產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，甚至在注水管道中產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕及結(jié)垢。注水管道腐蝕后易產(chǎn)生管道破損，導(dǎo)致污水注入其他地層或泄漏至地表，污染地層及地表水資源及生態(tài)環(huán)境。管道結(jié)垢將直接導(dǎo)致油管和注水管道堵塞，導(dǎo)致額外增加管道的清理維護費用，甚至致使油田停產(chǎn)。因此對油田污水進行有效處理，避免管道腐蝕、結(jié)垢等危害的產(chǎn)生，具有極大的環(huán)境和經(jīng)濟效益[4]。

在以往的污水處理工藝流程中，常見的初步處理技術(shù)有：重力分離、浮選及離心分離，主要除去浮油及固體；二次處理有過濾、粗粒化、化學(xué)處理等，主要是進一步去除分散油份；深度處理有生物處理、超濾、多級活性炭吸附等，主要是去除溶解油。根據(jù)油田采出污水水質(zhì)、水量情況，結(jié)合眾多污水處理技術(shù)方法，優(yōu)選、組合最佳的污水處理工藝流程，并針對處理流程中重點工藝環(huán)節(jié)，優(yōu)化系統(tǒng)運行參數(shù)。結(jié)合長慶油田某處理站污水水質(zhì)特征，分析了多種污水處理工藝技術(shù)方案，優(yōu)化了工藝系統(tǒng)運行參數(shù)，對各處理工藝處理后水質(zhì)情況、運行成本等方面進行比較分析。最終對提高處理水質(zhì)，降低運行成本，提升運行管理效率有著十分重要的意義。

1 油田污水處理要求

1.1 油田污水的危害

若油田采出污水不經(jīng)有效處理直接回注入地層，不僅不利于之后的石油開采，還會對生產(chǎn)設(shè)備造成損害，甚至破壞儲層結(jié)構(gòu)。

（1）油田污水富含各類離子，電化學(xué)活動活躍，導(dǎo)致污水對管道腐蝕。同時各類離子的聚集，在管道內(nèi)產(chǎn)生結(jié)垢，極易引起管道堵塞。

（2）油田污水中含有硫化物，若不有效處理，硫化物在水中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成弱酸，進一步導(dǎo)致水的腐蝕性加強，對注水系統(tǒng)形成安全隱患。

（3）當(dāng)使用河水、海水、江湖水等地表水與采出地層水混合進行注水采油時，水中的雜質(zhì)與所采出地層水中石油成分接觸，產(chǎn)生相互吸附并形成乳化塊，進而導(dǎo)致地層孔隙吼道的堵塞。

（4）回注水中含有機質(zhì)較多時，誘發(fā)污水中微生物大量繁殖，產(chǎn)生生物粘泥而堵塞地層。

因此在所產(chǎn)出污水回注地層前，必須進行有效處理，以達到安全環(huán)保的要求。

1.2 污水回注水質(zhì)要求

針對油田注入水水質(zhì)，須達到以下四點要求：

（1）懸浮固體顆粒直徑中值必須滿足國標(biāo)SY/T5329中對不同滲透能力油藏注入水中懸浮固體顆粒直徑的要求；

（2）控制二氧化碳、硫化氫溶于水中在水中的含量，有助于降低管道腐蝕速度，延長生產(chǎn)設(shè)施實用周期，保護地層不受腐蝕產(chǎn)物傷害。

（3）控制回注水中原油含量，避免原油顆粒和懸浮固體聚合成大顆粒，導(dǎo)致孔隙吼道堵塞，降低儲層滲透性。

（4）控制回注水中細(xì)菌含量，主要為硫酸鹽還原菌和鐵細(xì)菌含量。

2 污水處理主要技術(shù)

2.1 氣浮處理

向?qū)⒁幚淼奈鬯谐掷m(xù)注入大量的微小氣泡，微小氣泡與污水中的原油成分和其他懸浮顆粒接觸后會產(chǎn)生吸附作用，所形成絮狀或團狀顆粒浮油受浮力作用將漂浮到污水水面，從而使得污水中固液分離的凈水處理方法。根據(jù)氣泡產(chǎn)生不同方式，氣浮法主要可分為分為電解氣浮法、溶氣氣浮法、誘導(dǎo)氣浮法、生物及化學(xué)氣浮法和其他浮選法[5]。

以往實驗成果表明，污水中懸浮顆粒直徑與注入污水中微氣泡直徑接近時，氣浮作用下的固液分離效果最好。目前實驗測量得到的氣浮裝置所產(chǎn)生的微小氣泡直徑大概在20～100 μm之間，因此污水內(nèi)氣浮作用產(chǎn)生的絮狀或團狀顆粒直徑也在這個范圍時氣浮作用效果最佳。

2.2 微生物處理

微生物處理法是利用污水中含有的微生物的代謝作用對污染物進行分解，以實現(xiàn)凈化污水的處理技術(shù)。生物法與其他污水技術(shù)方法對比，具有處理效率高的優(yōu)點，同時幾乎不產(chǎn)生運行維護成本，且環(huán)保并節(jié)能[6]。

長慶油田目前主要采用曝氣生物濾池污水處理技術(shù)。多年實踐經(jīng)驗表明，該處理工藝建成投資成本和后期維護運行成本較低，工藝流程簡單，對污水凈化效果較好，且一次性處理污水量大。所建成處理廠占地面積小，能與其他處理技術(shù)同時應(yīng)用，以達到各類污水處理標(biāo)準(zhǔn)要求，基本上目前已經(jīng)形成了成熟可靠的油田污水處理技術(shù)工藝流程。

在實際處理過程中，為保證微生物分解作用的持續(xù)有效進行，需要間斷的給污水中投放人工培育的優(yōu)勢菌群。以保障微生物菌群在污水中存活量以及繁殖速度，最終形成一個能有效分解苯、烴、脂類等有機物的菌群環(huán)境，實現(xiàn)高效污水凈化的目的，也能保證不會造成對環(huán)境的二次污染。

2.3 濾罐過濾

污水過濾設(shè)備目前主要為填充式和濾芯安裝式兩類過濾器，國內(nèi)各油田主要采用的是填充式過濾器，其中包括濾料過濾器、纖維材料過濾器和核桃殼過濾器。核桃殼過濾器由于過濾篩與污水接觸面積大，吸附能力強，且過濾材料成本低，因此廣泛應(yīng)用于各油田污水處理站。

核桃殼濾料經(jīng)過一系列特殊處理，除去了核桃殼本身的油脂、色素及離子等后才能作為過濾材料添加到過濾器中。核桃殼具有多孔和多面性的優(yōu)點，且材料高硬度、低比重，在處理過程不易沉底，因此具有極強的除污能力和凈化性能。且成本低廉，不僅應(yīng)用于油田污水處理，甚至在工業(yè)廢水和民用廢水處理中都得到了廣泛的應(yīng)用。

在核桃殼過濾器剛投入污水處理時，新添核桃殼吸附能力強，除污效果好。但是在長時間處理后，核桃殼濾料間持續(xù)摩擦，使得核桃殼表面越來越光滑。同時由于表明吸附了大量油污，使得在長時間使用后濾料的除污能力逐漸下降，處理后的污水水質(zhì)達不到標(biāo)準(zhǔn)要求。因此在實際操作工程中，當(dāng)污水處理效果逐漸變差時，應(yīng)采用反沖洗方式改善濾料凈化效果，并新添加濾料，以保證污水處理效果。

3 實例分析

以長慶油田某污水處理站為例，該處理站經(jīng)過對處理工藝流程優(yōu)化后采用“調(diào)儲接收+氣浮+微生物處理+固液分離+濾罐過濾”的組合處理工藝。污水進站后首先進入調(diào)儲罐，經(jīng)過調(diào)儲罐重力分離后表面分出的污油自流進入污油罐。之后污水再進入氣浮處理裝置，氣浮裝置處理后的污油經(jīng)泵提升至外輸油系統(tǒng)。再輸入到微生物分解反應(yīng)池，經(jīng)過生微物反應(yīng)處理后的污水進入固液相分離裝置進行分離，固液分離器產(chǎn)生的污泥和微生物反應(yīng)池內(nèi)的污泥排入污泥濃縮罐，通過離心機分離后并對污泥進行干化處理。固液分離之后的污水進入沉降池，再泵入濾罐及凈化處理水罐。最終處理后的污水經(jīng)檢查達標(biāo)后，外輸至注水站，由外輸站進行調(diào)配回注，整個污水處理流程結(jié)束。

實際效果：隨著工藝技術(shù)的不斷改進，處理站對污水的處理效果越來越顯著，2016年8月污水處理站含油污水各處理流程含油量統(tǒng)計見表 1。經(jīng)過處理后的污水水質(zhì)情況完全滿足回注水水質(zhì)要求。

表1 處理站各流程污水含油量統(tǒng)計（mg/L）

4 結(jié) 語

（1）長慶油田各區(qū)塊所采用的“調(diào)儲接收+氣浮+微生物處理+固液分離+濾罐過濾”的組合處理工藝目前基本已經(jīng)發(fā)展完善，并逐漸成熟。與其他污水處理工藝流程相比，該流程工藝無論是在污水處理效果和投資成本方面，或是在環(huán)境保護方面，都具有很大的優(yōu)勢，因此目前是長慶油田較為實用的含油污水處理工藝。

（2）隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，污水處理的工藝技術(shù)也在不斷的向前發(fā)展，各類新技術(shù)將會不斷涌現(xiàn)，為含油污水的處理提供更為有效而低廉的處理方案。在將后來的實踐中，也應(yīng)當(dāng)不斷積極探索新工藝，實施新技術(shù)，進一步提高污水處理效果，降低運行成本。

［1］夏江峰. 薩南油田水處理技術(shù)發(fā)展及展望[J]. 集輸處理，2012 (6):48-49.

［2］袁惠民. 含油廢水處理方法[J]. 北工環(huán)保，1998，18(3):146-149.

［3］張繼武，張強，朱友益，等. 浮選技術(shù)凈化含油污水的現(xiàn)狀及展望[J]. 過濾與分離，2002，12(2):8-11.

［4］李志健，付政輝.電氣浮技術(shù)處理含油廢水的研究進展[J].工業(yè)水處理，2009，29(10):5-8.

［5］張弛, 蔡旭森. 油田污水微生物處理技術(shù)研究進展[J]. 石油化工應(yīng)用，2014(05) : 1-3.

［6］李靜，祁萬軍，吉慶林. 油田污水處理研究[J]. 過濾與分離，2010，20(2): 26-29.