注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中水質(zhì)二次污染原因及解決方法

武偉男

摘 要：本文通過(guò)對(duì)注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中二次污染問(wèn)題的研究，經(jīng)檢測(cè)水體中懸浮固體及各種離子、細(xì)菌，發(fā)現(xiàn)造成二次污染的主要原因是鈣鎂結(jié)垢、管線腐蝕和細(xì)菌滋生等。分析了造成二次污染的物質(zhì)組成以及產(chǎn)生的過(guò)程，提出了相應(yīng)的防護(hù)措施，即定期清理管線、投加殺菌劑和管線防腐的方法。

關(guān)鍵詞：注水開(kāi)發(fā) 二次污染 防護(hù)

中圖分類號(hào)：TE357.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（a）-0129-02

注水開(kāi)發(fā)是目前油田開(kāi)發(fā)的主要方式，大慶油田絕大部分區(qū)塊均采用注水開(kāi)發(fā)方式。經(jīng)過(guò)凈化處理后油田采出水或開(kāi)采地下水利用高壓泵回注地層彌補(bǔ)地層壓力，同時(shí)攜帶油流出，提高采收率。為了保證注水的可持續(xù)性以及地層的可利用性，必須保證注水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。由于各油田或區(qū)塊油藏孔隙結(jié)構(gòu)和喉道直徑不同，其相應(yīng)的滲透率也不相同，注入水水質(zhì)不同。盡管各地區(qū)油田注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)差異很大，但都要符合注水水質(zhì)的基本要求[1]。本文以大慶某油田注水站為例，通過(guò)分析二次污染污染物成分及其變化規(guī)律，來(lái)確定相應(yīng)的解決方法，為以后注水開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)[2]。

1 注水開(kāi)發(fā)二次污染原因分析

通過(guò)分析水樣中金屬離子、陰離子、細(xì)菌、pH、油含量及濾后懸浮固體成分，判斷污染水樣的組成成分。其中著重分析懸浮固體的成分，是因?yàn)閼腋」腆w是造成污染的主要物質(zhì)。由于測(cè)定含油污水中懸浮固體采用濾膜過(guò)濾，而水中含有一定的油，會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生干擾，通常采用過(guò)濾后用汽油（石油醚）清洗方式提高懸浮固體測(cè)定準(zhǔn)確性。經(jīng)測(cè)定結(jié)果得到，懸浮固體主要組成分為兩部分，即有機(jī)物和無(wú)機(jī)物。有機(jī)物主要是油和細(xì)菌，無(wú)機(jī)物主要是可溶和不可溶成分，計(jì)算了懸浮固體中油含量、細(xì)菌含量、無(wú)機(jī)成分中酸溶物和酸不溶物含量，結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖中可見(jiàn)，在懸浮固體組成中，有機(jī)成分大約占了43%，無(wú)機(jī)成分大約占了57%，其中有45%可溶性成分，不溶性物質(zhì)大約占了12%。同時(shí)通過(guò)掃描電鏡檢測(cè)懸浮固體具體成分，最終發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)成分是造成懸浮固體增加的主要原因[3]，具體結(jié)果如下。

（1）鈣鎂離子沉積結(jié)垢。

對(duì)水中各離子含量進(jìn)行了測(cè)定，采用飽和指數(shù)法對(duì)鈣鎂離子結(jié)垢趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。根據(jù)行標(biāo)SY/T0600-1997推薦的方法，計(jì)算飽和指數(shù)SI，然后進(jìn)行判斷，數(shù)據(jù)分析：

其中：K為由水中離子強(qiáng)度u決定的修正值。u由下式計(jì)算得到：

u

為各離子濃度，mol/L；

為各離子價(jià)數(shù)。

為濃度（mol/L）負(fù)對(duì)數(shù)：

為溶液中總堿度負(fù)對(duì)數(shù)：

根據(jù)最后計(jì)算結(jié)果，若SI>0，有結(jié)垢趨勢(shì)。對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)算，結(jié)果見(jiàn)表1。從結(jié)果可見(jiàn)，樣品中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的SI指數(shù)均大于0，在1～2之間，說(shuō)明具有形成碳酸鈣的趨勢(shì)，管線有結(jié)垢可能。

碳酸鈣鎂垢形成主要是水中的CO2（游離碳酸）嚴(yán)格地與CO32-中的CO2（固定碳酸）保持平衡，當(dāng)溫度升高或壓力降低時(shí)，CO2即可從水中逸出，為使上述平衡得以保持，溶解在水中的Ca（HCO3）2開(kāi)始分解[4]，即：

以補(bǔ)充水中的CO2（游離碳酸）。導(dǎo)致其反應(yīng)發(fā)生主要條件是有以下幾個(gè)：

當(dāng)溶液中CO2度增加時(shí)，反應(yīng)向左移動(dòng)，CaCO3垢沉淀減少，相反，CO2濃度降低時(shí)，CaCO3和MgCO3垢沉淀增加。在兩相系統(tǒng)中，由于溶液中的CO2濃度隨系統(tǒng)的壓力或氣體中CO2濃度的增加而增加，因此系統(tǒng)壓力降低或氣體中CO2濃度降低時(shí)，CaCO3和MgCO3垢沉淀增加。溫度升高，CaCO3和MgCO3溶解度減小，沉淀增加。在地面上不結(jié)垢的水，注入到井底后由于溫度升高則有可能結(jié)垢；pH值較高時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多的沉淀。而對(duì)于注水系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，污水經(jīng)過(guò)高壓泵注入地下，在管線流動(dòng)過(guò)程中壓力有所降低，導(dǎo)致CO2濃度降低時(shí)，CaCO3和MgCO3垢沉淀增加。

（2）腐蝕問(wèn)題。

鐵是影響懸浮固體含量的另一個(gè)因素，從電鏡掃描結(jié)果可見(jiàn)，沖洗水中鐵含量最高。其次是硅、鋁、鋇、鈣、鎂等成分，可見(jiàn)干線已經(jīng)有了腐蝕，但是正常運(yùn)行條件下懸浮固體中鐵含量增加不明顯，說(shuō)明正常運(yùn)行條件下腐蝕形成的鐵不能被水流沖刷下來(lái)，形成了沉積[5]。

其次是鐵細(xì)菌。也是一種好氧細(xì)菌，就算在含氧量小于0.5mg/L的系統(tǒng)中也能夠生長(zhǎng)，一般酸性環(huán)境對(duì)其發(fā)育有利。它造成的危害可以分為以下幾個(gè)方面：第一，將水中的二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵，形成顆粒性沉淀。第二，水中溫度、pH、壓力等變化也可造成腐蝕，使懸浮固體中鐵含量升高。這就是鐵含量增加的原因[6]。

（3）細(xì)菌和其他增量。

油田污水具有一定溫度，pH接近中性，水中含油，有機(jī)物含量高，因此細(xì)菌容易滋生。

由于無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算細(xì)菌重量，因此將其與其他未預(yù)見(jiàn)干擾放在一起比較，其對(duì)懸浮固體增量貢獻(xiàn)為19.77%。導(dǎo)致懸浮固體增量各類物質(zhì)含量如圖2所示。

從圖2中可見(jiàn)，懸浮固體增加量中貢獻(xiàn)最大的為可溶性離子成分，其次油影響也較大，細(xì)菌增長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致懸浮固體含量升高。酸不溶物由于有沉積過(guò)程，移動(dòng)緩慢，到達(dá)井口時(shí)間長(zhǎng)，影響相對(duì)較小[7]。

2 二次污染控制方法研究

2.1 對(duì)于油和不溶性沉積物處理方法

油在管線中是一個(gè)累積過(guò)程，其在流動(dòng)過(guò)程中從水中溢出移至管線上吸附在管線內(nèi)壁上，在累積到一定程度后，在水力作用下表層油脫附下來(lái)重新進(jìn)入管線，而在管線內(nèi)壁上油層會(huì)越來(lái)越厚。隨著沖洗時(shí)間的延長(zhǎng)，到達(dá)井口的油和懸浮固體含量都在升高。說(shuō)明沖洗干線能夠在一定程度上解決管線二次污染問(wèn)題[8]。

2.2 結(jié)垢問(wèn)題對(duì)應(yīng)的調(diào)控方法

對(duì)于水質(zhì)結(jié)垢問(wèn)題，通過(guò)化學(xué)和物理手段，對(duì)回注的污水進(jìn)行離子的調(diào)控，以此達(dá)到改善注入水水質(zhì)，降低出現(xiàn)大量鹽類垢風(fēng)險(xiǎn)的目的。物理防垢技術(shù)就是利用超聲波和電磁波作用于成垢晶核上，這些被聲磁電作用過(guò)的垢的晶核在水中就將保持彌散或膠體的形式，在后繼碰到管線表面時(shí)，也很難再長(zhǎng)大形成垢。這種方法可以和注水泵、電動(dòng)潛油泵以及油水聚集的管線處結(jié)合使用[9]。endprint

2.3 細(xì)菌的解決方法

目前檢測(cè)結(jié)果顯示，從注水站出口至注水井井口，由于水質(zhì)適合細(xì)菌滋生，因此其細(xì)菌數(shù)量都有不同程度增加，細(xì)菌滋生增加管線腐蝕，導(dǎo)致懸浮固體含量增加，而細(xì)菌本身也是顆粒，也對(duì)懸浮固體增加具有貢獻(xiàn)。在細(xì)菌增量中細(xì)菌總量增加明顯，因此必須篩選光譜的殺菌劑，提高殺菌效果，同時(shí)提高殺菌劑在體系中的用量，保證其進(jìn)入井口之前水中有一定的殘值保證其在管線中效果[10]。

3 結(jié)論

（1）該區(qū)塊存在水質(zhì)二次污染問(wèn)題，即隨著處理后水在管線運(yùn)移距離增加，水中懸浮固體含量在升高，水質(zhì)二次污染明顯，井口注水水質(zhì)難以達(dá)標(biāo)。（2）造成懸浮固體增加原因主要在于有機(jī)和無(wú)機(jī)成分含量增加，有機(jī)主要是重質(zhì)油在水中的累積，細(xì)菌在水中生長(zhǎng)；無(wú)機(jī)成分主要是可溶性鈣鎂離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致生成不溶物，管線腐蝕導(dǎo)致鐵含量增加形成鐵物質(zhì)沉積，酸不溶性物質(zhì)在管線中逐步累積等。（3）建議采用定期清洗管線、投加高效殺菌劑以及防止管線腐蝕辦法控制懸浮固體含量增加。

參考文獻(xiàn)

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