油田采出水中含油硅泥處理工藝技術(shù)優(yōu)化試驗(yàn)

云慶慶 孫森 李學(xué)軍 陳弘毅

1新疆油田公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)

2新疆油田公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院

含油硅泥主要是在油田采出水除硅處理過程中投加除硅藥劑、凈水劑等所形成的，屬于含油污泥的一種；如果含油率較高并得不到及時(shí)處理，將會(huì)導(dǎo)致水和土壤中的石油類物質(zhì)超標(biāo)，空氣中伴隨大量石油烴等易揮發(fā)物質(zhì)，進(jìn)而對(duì)生產(chǎn)區(qū)域和周邊環(huán)境造成不同程度的影響[1-3]。風(fēng)城油田緊鄰國(guó)家4A級(jí)風(fēng)景區(qū)域魔鬼城，區(qū)內(nèi)地面條件復(fù)雜，殘丘起伏，沖溝縱橫，217國(guó)道縱貫全區(qū)。轄區(qū)內(nèi)還有農(nóng)田、牧場(chǎng)、村莊、河流、地下水源等環(huán)境敏感區(qū)域，因此，對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)尤為重要。

目前，風(fēng)城油田稠油開采過程中，為了確保鍋爐的水質(zhì)，在采出水處理過程中增加了除硅工藝，除硅過程中產(chǎn)生的硅泥采用離心機(jī)脫水連續(xù)輸送工藝處理，但含油率較高，約8.0%。從采出水處理流程（圖1）中分析得出：所含污油的來源主要有系統(tǒng)采出水處理過程和回收水循環(huán)系統(tǒng)含油。因此，為了降低硅泥含油率，采取了兩種相應(yīng)措施：優(yōu)化反相破乳劑以降低調(diào)儲(chǔ)罐出水含油量；優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)工藝流程。離心機(jī)出水?dāng)y帶的硅泥含油率較高，為了使該部分硅泥含油率達(dá)標(biāo)（含油率≤2.0%）[4]，開展了“復(fù)合微生物制劑清洗+超聲波擾動(dòng)”工藝技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。

圖1 優(yōu)化前污水處理流程Fig.1 Sewage treatment flow before optimization

1 試驗(yàn)

1.1 降低離心機(jī)出泥含油率

為了使離心出泥的含油率降至2.0%以下，首先通過物料平衡估算調(diào)儲(chǔ)罐出水的含油量，估算過程如下：調(diào)儲(chǔ)罐出水含油量，Xmg/L；反應(yīng)器出口含油量，15 mg/L；調(diào)儲(chǔ)罐出水懸浮物含量，85 mg/L；反應(yīng)器出口懸浮物含量，15 mg/L；調(diào)儲(chǔ)罐出水二氧化硅含量，280 mg/L；反應(yīng)器出口二氧化硅含量，80 mg/L；除硅劑A，215 mg/L；除硅劑B，250 mg/L；凈水劑，200 mg/L；絮凝劑，35 mg/L。根據(jù)式子(X-15)/(X-15+70+200+215+250+200+35)≤2%，計(jì)算得出 X≤34.8 mg/L。

由于離心機(jī)出水?dāng)y帶部分油相，加之采取措施對(duì)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，減少了循環(huán)系統(tǒng)含油量，經(jīng)檢測(cè)該部分含油量約20 mg/L，因此，確定調(diào)儲(chǔ)罐出水含油量≤50 mg/L。

目標(biāo)值確定后進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，主要包括反相破乳劑的篩選、分段加藥試驗(yàn)和工藝流程的優(yōu)化。

（1） 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)除 油 劑CN-08、 除油劑CY-1、CY-5三種反相破乳劑進(jìn)行篩選。取沉降罐出口污水100 mL，加入一定濃度的除油劑，經(jīng)攪拌均勻后，靜置30 min，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)污水含油率進(jìn)行測(cè)定。

（2）反相破乳劑的分段加藥除油試驗(yàn)。首先使用現(xiàn)場(chǎng)除油劑CN-08對(duì)原油沉降罐出口污水進(jìn)行兩段加藥試驗(yàn)。將搖勻的污水樣品分別倒入具塞量筒，放入恒溫水浴中預(yù)熱10 min，分別加入一定量除油劑，搖勻恒溫沉降30 min，分出上部浮油；在剩余水樣中再加入一定量除油劑，搖勻恒溫靜置30 min，測(cè)中部水樣含油，觀察各除油劑的除油效果；然后對(duì)調(diào)儲(chǔ)罐進(jìn)口污水進(jìn)行第二段加藥試驗(yàn)。目前調(diào)儲(chǔ)罐進(jìn)口污水含油為200 mg/L左右（此時(shí)系統(tǒng)已采用一段加藥，濃度為30 mg/L左右），取該點(diǎn)水樣，補(bǔ)充少量除油劑，觀察除油劑的除油效果。

（3）對(duì)目前硅泥處理工藝系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化，具體為3種優(yōu)化方案：①調(diào)儲(chǔ)罐排泥進(jìn)入萬方池。調(diào)儲(chǔ)罐的排泥屬于油泥，改變調(diào)儲(chǔ)罐排泥的路線，由進(jìn)濃縮池改為進(jìn)萬方池，采用油泥的處置方式進(jìn)行處理。②回收水進(jìn)入新罐單獨(dú)處理。新建1個(gè)3 000 m3污水處理罐，將濃縮池回收水單獨(dú)回收處理，避免回收水中的污油在硅泥處理系統(tǒng)中循環(huán)。③離心機(jī)出水排入2#濃縮池。離心機(jī)出水中攜帶的硅泥含油量高，該硅泥乳化程度也較高。如果按原工藝流程將其排入1#濃縮池，繼續(xù)用該工藝進(jìn)行處理，不僅達(dá)不到理想目標(biāo)，反而加大系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷。綜上所述，對(duì)于該部分硅泥應(yīng)單獨(dú)存放在1個(gè)濃縮池中，研究新的處理技術(shù)。優(yōu)化后的工藝流程如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后的工藝流程Fig.2 Optimized process flow

1.2 離心機(jī)出水?dāng)y帶硅泥洗油

在降低離心機(jī)出泥含油率的優(yōu)化試驗(yàn)中，將離心機(jī)出水排入2#濃縮池，對(duì)該部分出水所含硅泥進(jìn)行洗油試驗(yàn)，篩選出適合的藥劑并設(shè)計(jì)相應(yīng)工藝，使處理后油、水、泥三相分離，且處理后泥中含油率≤2%。試驗(yàn)中所需的制劑主要為復(fù)合微生物制劑Y-1、Y-2、G-1、G-2、G-3，其中Y系列為處理油泥的制劑，G系列為處理硅泥的制劑。

（1）硅泥制劑篩選。對(duì)進(jìn)入2#濃縮池的硅泥，采用3種研發(fā)的制劑進(jìn)行分級(jí)處理，每種分級(jí)情況如表1所示。

表1 硅泥制劑篩選Tab.1 Screening of silicon sludge preparation

（2）硅泥+油泥混合試驗(yàn)。目前風(fēng)城油田復(fù)合微生物制劑處理油泥的技術(shù)較為完善，為了降低成本，優(yōu)先考慮硅泥和油泥混合處理。試驗(yàn)條件如表2、表3所示。

表2 硅泥+油泥混合試驗(yàn)Tab.2 Mixing test of silicon sludge and oil sludge

表3 硅泥+油泥+超聲波混合試驗(yàn)Tab.3 Mixing test of silicon sludge+oil sludge+ultrasonic

（3） 硅泥+超聲波試驗(yàn)。單獨(dú)采用硅泥+超聲波裝置進(jìn)行試驗(yàn)，三級(jí)超聲波的頻率采用定頻和變頻2種形式。試驗(yàn)條件如表4所示。

表4 硅泥+超聲波試驗(yàn)Tab.4 Silicon sludge+ultrasonic test

（4） 優(yōu)化“復(fù)合微生物制劑清洗+超聲波擾動(dòng)”試驗(yàn)。為了提高處理效率，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)除油效果的影響，確定出較優(yōu)的反應(yīng)時(shí)間（表5）。

表5 優(yōu)化試驗(yàn)Tab.5 Optimization test

1.3 測(cè)樣方法

硅泥的含水率通過質(zhì)量法測(cè)定[5]，硅泥的含油率采用溶劑油抽提-紫外分光光度法測(cè)定[6]，硅泥的含固率通過差減法測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 降低離心機(jī)出泥含油率的優(yōu)化試驗(yàn)

對(duì)含油硅泥的成分和調(diào)儲(chǔ)罐出口水質(zhì)進(jìn)行分析。由表6可知，硅泥的含油率、含水率較高，具有回收利用價(jià)值。調(diào)儲(chǔ)罐出水平均含油量為104 mg/L，主要受沉降罐來水水質(zhì)影響，波動(dòng)較大。具體數(shù)據(jù)如圖3中優(yōu)化前調(diào)儲(chǔ)罐出水含油量所示。

表6 含油硅泥成分分析Tab.6 Composition analysis of oily silicon sludge

圖3 調(diào)儲(chǔ)罐出水含油量Fig.3 Oil content of water from storage tank

表7 藥劑篩選試驗(yàn)Tab.7 Drug screening test

（1）反相破乳劑篩選。加入不同反相破乳劑之后，進(jìn)行藥劑篩選試驗(yàn)。由表7可知，現(xiàn)場(chǎng)除油劑CN-08、CY-1、CY-5的除油效果好，大部分除油率在96%以上。這是由于加入的反相破乳劑可以替換原界面膜成膜物質(zhì)，減弱界面膜強(qiáng)度，中和O/W乳化液表面電荷，壓縮破壞雙電層，使污水乳化液滴破乳，產(chǎn)生架橋和絮凝作用，促使油滴相互碰撞凝結(jié)形成大粒徑油珠，進(jìn)而達(dá)到反相破乳的目的[7-9]。CY-1、CY-5加入到污水中后，使污水中懸浮物全部絮凝至上部污油中，會(huì)導(dǎo)致污水除油罐污水回收油量增長(zhǎng)過快，污油中含泥量高，處理難度增大[10]，故CN-08適合污水的除油劑配方。

（2）反相破乳劑分段加藥試驗(yàn)。原油沉降罐出口污水的兩段加藥試驗(yàn)結(jié)果見表8。分段加藥可有效降低現(xiàn)場(chǎng)污水含油，這是由于一段加藥后，將上層浮油除去，減少大量浮油影響后續(xù)加入的破乳劑效果，此時(shí)污水中的含油率較低，加入少量破乳劑即能充分反應(yīng)。當(dāng)CN-08在兩段加藥量分別為40 mg/L和15 mg/L時(shí)，污水含油量可達(dá)到38.3 mg/L。調(diào)儲(chǔ)罐進(jìn)口污水的第二段加藥試驗(yàn)結(jié)果見表9。由表9可知，在污水調(diào)儲(chǔ)罐進(jìn)口加入除油劑后，污水含油量進(jìn)一步降低；當(dāng)CN-08加藥量為15 mg/L時(shí)，污水含油量可降至50 mg/L以下，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

表8 沉降罐出口污水除油試驗(yàn)Tab.8 Oil removal test of outlet sewage in crude oil settling tanks

表9 調(diào)儲(chǔ)罐進(jìn)口污水除油試驗(yàn)Tab.9 Oil removal test of storage tank inlet sewage

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行系統(tǒng)，建議采用兩段加藥模式（30 mg/L、20 mg/L），反相破乳劑的加藥點(diǎn)分別為污水除油罐進(jìn)口和污水調(diào)儲(chǔ)罐進(jìn)口。

（3）優(yōu)化工藝路線。根據(jù)反相破乳劑的優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果（30 mg/L+20 mg/L為指導(dǎo)濃度）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作，調(diào)整加藥量，并逐步對(duì)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化、完善。調(diào)儲(chǔ)罐出水含油量見圖3，硅泥含油率見圖4。

圖4 硅泥含油率Fig.4 Oil content of silicon sludge

由圖3、圖4可知，優(yōu)化效果較優(yōu)，調(diào)儲(chǔ)罐出水平均含油量由104 mg/L降到50.7 mg/L，大部分情況含油率≤50 mg/L，達(dá)到目標(biāo)值，除油率提高48.75%；硅泥平均含油率由8%降到2.13%，除油率提高73.4%，但只有個(gè)別情況≤2.0%，還需進(jìn)一步研究。

2.2 離心機(jī)出水?dāng)y帶硅泥除油的評(píng)價(jià)試驗(yàn)

（1）硅泥制劑篩選的試驗(yàn)結(jié)果見圖5。從圖5看出，樣品8的除油效果較好，含油率為2.7%，即采用三級(jí)反應(yīng)處理硅泥。

圖5 硅泥制劑篩選Fig.5 Screening of silicon sludge preparation

（2）對(duì)硅泥+油泥進(jìn)行混合試驗(yàn)，除油效果如圖6所示。由圖6可知，制劑無論是單獨(dú)使用還是混合使用，除油效果都不理想，即使增加超聲裝置也未能達(dá)到≤2.0%的目標(biāo)。這主要是由于油泥和硅泥混合后，形成乳化程度更高的新型污泥，其中硅泥的主要成分是硅酸鹽，相比油泥含油率較低；而油泥所含污油多為膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，黏附性較強(qiáng)，與硅泥混合后將二者緊緊吸附在一起，加之在處理過程中進(jìn)行攪拌，加大了乳化程度。

圖6 硅泥+油泥混合試驗(yàn)Fig.6 Mixing test of silicon sludge+oil sludge

（3）硅泥+超聲波試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。由圖7可知，變頻處理硅泥的效果較好，達(dá)到0.3%，確定三級(jí)反應(yīng)采用變頻處理硅泥。

圖7 硅泥+超聲波試驗(yàn)Fig.7 Silicon sludge+ultrasonic test

（4）優(yōu)化“復(fù)合微生物制劑清洗+超聲波擾動(dòng)”試驗(yàn)。從圖8可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的減少，硅泥的含油率越來越大；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為4 h時(shí)，含油率＞2.0%，在《油田含油污泥污染控制要求》中含油率規(guī)定限值為≤2.0%，因此，確定反應(yīng)時(shí)間為6 h處理硅泥。

圖8 反應(yīng)時(shí)間優(yōu)化試驗(yàn)Fig.8 Optimization test of reaction time

3 結(jié)論

（1）通過降低離心機(jī)出泥含油率的優(yōu)化試驗(yàn)，確定了反相破乳劑采用二段加藥形式（30 mg/L+20 mg/L為指導(dǎo)濃度），進(jìn)一步調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)工藝流程，調(diào)儲(chǔ)罐出水含油量由104 mg/L降至50.7 mg/L（大部分情況達(dá)到≤50 mg/L的目標(biāo)），除油率提高48.75%；硅泥平均含油率由8%降到2.13%，但只有個(gè)別情況≤2.0%，需進(jìn)一步對(duì)調(diào)儲(chǔ)罐出水含油量?jī)?yōu)化，使硅泥含油率達(dá)到≤2.0%。

（2）通過對(duì)離心機(jī)出水?dāng)y帶硅泥除油的評(píng)價(jià)試驗(yàn)，確定了采用“復(fù)合微生物制劑清洗+超聲波擾動(dòng)”技術(shù)處理該部分硅泥，即采用三級(jí)反應(yīng)處理硅泥，反應(yīng)時(shí)間為6 h，制劑總濃度為0.6%。處理后含油率≤2.0%，符合油田污泥綜合利用污染控制要求。