不同油藏采出水處理工藝選擇及應(yīng)用

馬彥濤 劉洋 趙曉龍

（中國(guó)石油華北油田公司第五采油廠）

0 引言

華北油田采出水處理工藝一般為“沉降—過(guò)濾—回注”，即通常所稱的“老三套”。具體工藝過(guò)程為混凝沉降罐（或重力）—調(diào)節(jié)罐—多功能過(guò)濾器—儲(chǔ)水罐—注水泵—注水井。該工藝在新建油田地面工程產(chǎn)能建設(shè)中應(yīng)用普遍，對(duì)水中的油及懸浮物去除效果較好，處理后的水質(zhì)可以達(dá)到水驅(qū)油藏的要求。隨著油田的深入開發(fā)，壓裂、酸化、三次采油等措施的工作量加大，油田采出液水質(zhì)特性發(fā)生變化；同時(shí)隨著新標(biāo)準(zhǔn)的頒布，尤其是對(duì)于平均空氣滲透率≤0.01 μm2的特低滲透油田水質(zhì)要求進(jìn)一步提高，“老三套”采出水處理工藝已不能完全滿足注水水質(zhì)的要求。為滿足不同油藏滲透率下的注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化組合水處理工藝，摸索采出水處理的標(biāo)準(zhǔn)化工藝，有利于油田注水開采的順利進(jìn)行。

1 采出水處理工藝簡(jiǎn)介

水質(zhì)指標(biāo)根據(jù)SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》，按照平均空氣滲透率將整個(gè)采出水回注水水質(zhì)分為五級(jí)指標(biāo)，水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)

1.1 一體化連續(xù)流處理工藝

1.1.1 工藝技術(shù)

一體化連續(xù)流工藝是集渦旋向心氣浮除油、溶氣增氧脫硫除鐵、微渦旋除污降濁、多介質(zhì)濾層過(guò)濾凈化、濾料體外循環(huán)和體內(nèi)渦流搓洗再生、機(jī)泵充裝濾料等多種功能于一體的裝置。連續(xù)流含油污水處理裝置流程示意見圖1。

圖1 連續(xù)流含油污水處理裝置流程示意圖

1.1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

無(wú)需停運(yùn)反沖洗或更換過(guò)濾介質(zhì)，無(wú)需加藥，運(yùn)行費(fèi)用低，自動(dòng)控制，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行安全可靠。

1.2 微生物處理工藝

1.2.1 工藝技術(shù)

微生物吞噬高分子化合物，將油等有機(jī)物分解成無(wú)機(jī)物、二氧化碳、水。微生物處理技術(shù)是通過(guò)對(duì)各油田區(qū)塊的水樣進(jìn)行分析，找到針對(duì)處理不同水質(zhì)的專性微生物菌群，經(jīng)過(guò)生物強(qiáng)化選擇區(qū)強(qiáng)化選擇高效特殊菌種，使處理水質(zhì)合格。

1.2.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

不需加凈水劑、混凝劑等化學(xué)藥劑，生物降解產(chǎn)物為H2O和CO2，是一種無(wú)害化處理方式。微生物處理工藝流程簡(jiǎn)單，長(zhǎng)期運(yùn)行水質(zhì)穩(wěn)定，不需清洗更換濾料，只需根據(jù)來(lái)水情況少量補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)基，產(chǎn)生污泥量較?。?］。

1.2.3 工藝組合

“微生物+膜分離”工藝組合適用于低滲、特低滲油田，出水水質(zhì)可以達(dá)到第一級(jí)水質(zhì)指標(biāo)。膜能夠精細(xì)截留水體中的懸浮物、有機(jī)物、膠質(zhì)顆粒、微生物等，使水質(zhì)得到凈化。通過(guò)膜的錯(cuò)流過(guò)濾壓差，使分子之間離散，Ca2+、Mg2+等成垢陽(yáng)離子不易形成沉積，對(duì)高礦化度水可以起到水質(zhì)穩(wěn)定的作用。為防止膜通量的降低和膜污染，需定期反洗和更換。

“微生物+兩級(jí)精細(xì)過(guò)濾”工藝適用于低、中、高滲油田。兩級(jí)精細(xì)過(guò)濾主要流程為一級(jí)過(guò)濾（核桃殼）+二級(jí)過(guò)濾（雙介質(zhì)或超細(xì)濾料）。通過(guò)兩級(jí)精細(xì)過(guò)濾器過(guò)濾懸浮物，使出水含油量達(dá)到2 mg/L以下。由于油和懸浮物的通過(guò)量高于膜分離，該工藝只能達(dá)到第二級(jí)水質(zhì)指標(biāo)。

本例中，中國(guó)法官所說(shuō)的最后“陳述”是一個(gè)具有文化特性的詞，譯員為了消除被告的理解障礙，在口譯時(shí)增加了必要的信息：“如果你對(duì)判決有任何要求和希望，你可以向法庭提出要求和希望。”在許多情況下，當(dāng)譯員一時(shí)難以找到對(duì)應(yīng)詞時(shí)，可以直接通過(guò)解釋來(lái)調(diào)解。比如，翻譯一個(gè)地名時(shí)，譯員可以在保留原來(lái)的發(fā)音時(shí)，解釋說(shuō)“這是一個(gè)地方的名稱”。這樣的調(diào)解策略有利于保證各方溝通的流暢而不影響庭審的節(jié)奏。

1.3 渦凹?xì)飧?流砂過(guò)濾處理工藝

1.3.1 渦凹?xì)飧」に嚰夹g(shù)

采用美國(guó)“渦凹?xì)飧＠夹g(shù)”，污水首先進(jìn)入曝氣區(qū)，曝氣機(jī)通過(guò)底部中空葉輪的快速旋轉(zhuǎn)形成真空區(qū)，氣體（空氣或氮?dú)猓┩ㄟ^(guò)中空管道抽送至水下，并在葉輪快速旋轉(zhuǎn)作用下被粉碎成微氣泡，與水中的固體污染物結(jié)合在一起，上升到液面。液面上的固體漂浮物被刮渣機(jī)刮入污泥收集槽。凈化后的水通過(guò)溢流堰排出。渦凹?xì)飧」に囈妶D2。

圖2 渦凹?xì)飧√幚砉に?/p>

1.3.2 高效流砂過(guò)濾技術(shù)

高效流砂過(guò)濾技術(shù)是將采出水過(guò)濾和濾料再生兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的流程結(jié)合在一起。在同一過(guò)濾器的不同位置完成這兩個(gè)工藝過(guò)程。前者依靠位置的高差或泵的提升來(lái)完成，后者通過(guò)壓縮空氣完成。

1.3.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

渦凹?xì)飧」に嚥恍枰諌簷C(jī)、循環(huán)泵及壓力容器，無(wú)噪音，能耗低，設(shè)備整體性好。高效流砂過(guò)濾設(shè)備可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，濾料再生不需停機(jī)反洗，過(guò)濾洗砂效果好，水質(zhì)穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)。

1.4 罐氣浮+聚結(jié)除油+兩級(jí)過(guò)濾工藝技術(shù)

罐氣浮技術(shù)是采出水通過(guò)氣?。ǖ?dú)猓┏ゴ蟛糠衷?，再采用聚結(jié)除油即微旋流、斜板、粗?；?jí)除油工藝使處理后的水含油量達(dá)標(biāo)，再經(jīng)核桃殼、石英砂兩級(jí)過(guò)濾器使懸浮物達(dá)標(biāo)。

罐氣浮在除油罐利用系統(tǒng)絮凝劑提高除油預(yù)處理效果好，聚結(jié)器也只需添加少量絮凝劑即可使含油量達(dá)標(biāo)，運(yùn)行成本低。

1.5 溶氣氣浮+多介質(zhì)超細(xì)濾料處理工藝

1.5.1 溶氣氣浮工藝技術(shù)

采出水通過(guò)管式反應(yīng)器，加入藥劑，與溶氣系統(tǒng)飽和溶氣水中的微氣泡混合后，進(jìn)入氣浮機(jī)，與藥劑和微氣泡結(jié)合的油和懸浮物迅速上浮，通過(guò)刮渣機(jī)刮氣分離。未能充分反應(yīng)的油和懸浮物會(huì)進(jìn)入斜板區(qū)，進(jìn)行二次分離。出水通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的流道，溢流出溶氣浮機(jī)，密度較大的砂和泥通過(guò)底部排出。溶氣氣浮設(shè)備工藝見圖3。

圖3 溶氣氣浮處理工藝

1.5.2 多介質(zhì)超細(xì)濾料處理工藝技術(shù)

多介質(zhì)超細(xì)濾料處理工藝采用加壓充氣，通過(guò)微小氣泡吸附小乳化油或懸浮物，不斷碰撞聚結(jié)變大，再經(jīng)超細(xì)濾料過(guò)濾除油和降低懸浮物。多介質(zhì)超細(xì)濾料過(guò)濾器內(nèi)裝填上下兩層粒狀濾料，上層采用普通粗濾料，下層設(shè)置極細(xì)（粒徑0.1～0.2 mm）、極重（比重 4.2～4.8）的特種濾料。過(guò)濾器的運(yùn)行全自動(dòng)化控制，空氣和水同時(shí)進(jìn)行反清洗［2］。出口水質(zhì)可達(dá)到含油量≤8 mg/L，懸浮固體含量≤3 mg/L，粒徑中值≤2 μm。

1.5.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充分保證水流呈現(xiàn)完全的層流狀態(tài)；設(shè)置斜板區(qū)，進(jìn)行二次分離，分離效率高；專利的防堵釋放器，保證氣泡均勻［3］。

2 不同油藏滲透率的水處理工藝選擇

2.1 特低滲透油藏的水處理工藝選擇

平均空氣滲透率≤0.01 μm2的特低滲透油藏，注水水質(zhì)應(yīng)滿足第一級(jí)要求。水處理工藝優(yōu)先選用“特種微生物+膜處理”工藝。

華北油田晉95站是特低滲透油藏，應(yīng)用“特種微生物+膜處理”工藝后，可保證水質(zhì)達(dá)到第一級(jí)水質(zhì)控制要求。晉95站應(yīng)用效果見表2。

表2 第一級(jí)水質(zhì)的水處理工藝應(yīng)用效果

2.2 低滲透油藏水處理工藝選擇

平均空氣滲透率在0.01～0.05 μm2的低滲透油藏，注水水質(zhì)應(yīng)滿足第二級(jí)要求。華北油田共8座污水處理站分別采用了“一體化連續(xù)流”或“微生物+兩級(jí)精細(xì)過(guò)濾”工藝，連續(xù)運(yùn)行18個(gè)月以上。應(yīng)用效果見表 3。馬一站、趙一聯(lián) 2座站來(lái)水屬于高礦化度，而且水質(zhì)較為復(fù)雜，采用了“一體化連續(xù)流”工藝，出水水質(zhì)能夠達(dá)標(biāo)。但趙一聯(lián)油區(qū)破乳劑與來(lái)水水質(zhì)不匹配，影響出水水質(zhì)，破乳劑與來(lái)水水質(zhì)調(diào)試尚需改進(jìn)。阿一聯(lián)、哈一聯(lián)、吉一聯(lián)、寶一聯(lián)4座站礦化度低于10 000 mg/L，采用了“微生物+兩級(jí)精細(xì)過(guò)濾”工藝，出水水質(zhì)穩(wěn)定，水質(zhì)凈化階段不宜造成管線結(jié)垢，運(yùn)行成本低，不加任何藥劑，但是投資相對(duì)較高，微生物池占地面積大。

綜合實(shí)際運(yùn)行情況，推薦“微生物+兩級(jí)精細(xì)過(guò)濾”為第二級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水處理工藝。

表3 第二級(jí)水質(zhì)的水處理工藝應(yīng)用效果

2.3 中滲透油藏水處理工藝選擇

平均空氣滲透率在 0.05～0.5 μm2的中滲透油藏，注水水質(zhì)應(yīng)滿足第三級(jí)要求。水處理工藝可選擇“渦凹?xì)飧?流砂過(guò)濾”、“溶氣氣浮+兩級(jí)多功能過(guò)濾器”、“罐氣浮+聚結(jié)除油（3級(jí)）+兩級(jí)過(guò)濾”等三種工藝方案。

華北油田岔南站、古一注2座站采用“凹?xì)飧?流砂過(guò)濾”工藝，連續(xù)運(yùn)行一年以上。雖然水質(zhì)能夠達(dá)標(biāo)，但投資比較高，絮凝劑達(dá)到60 mg/L，運(yùn)行成本偏高，產(chǎn)生污泥量大，如古一注沖洗污水量達(dá)360 m3/d，年污泥量8 600 m3，維修響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)行成本偏高，不建議采用此工藝。深一聯(lián)采用“溶氣氣浮+多介質(zhì)超細(xì)濾料精細(xì)過(guò)濾”工藝。出水水質(zhì)穩(wěn)定，投資、運(yùn)行成本低，絮凝劑小于50 mg/L，不易產(chǎn)生浮渣和污泥，維修方便。對(duì)于高、低礦化度站，建議采用此工藝。

綜合實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)于新建采出水站盡量采用“溶氣氣浮+兩級(jí)多功能過(guò)濾”工藝。對(duì)于調(diào)改的采出水處理站因占地有限，優(yōu)先選用“罐氣浮+聚結(jié)除油（3級(jí)）+兩級(jí)過(guò)濾”工藝。應(yīng)用效果見表4。

表4 第三級(jí)水質(zhì)的水處理工藝應(yīng)用效果

2.4 高滲透油藏水處理工藝應(yīng)用

平均空氣滲透率＞0.5 μm2的高滲透油藏和無(wú)效注水，出水水質(zhì)應(yīng)滿足第四級(jí)要求。水處理工藝采用兩級(jí)多功能過(guò)濾器，礦化度的高低對(duì)出水水質(zhì)影響不大［4］。留二聯(lián)采用多功能過(guò)濾器，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，運(yùn)行成本低。應(yīng)用效果見表5。

表5 第四級(jí)水質(zhì)的水處理工藝應(yīng)用效果

3 結(jié)論及建議

針對(duì)華北油田不同滲透油藏特點(diǎn)，對(duì)采出水處理工藝進(jìn)行了優(yōu)選，形成了適合華北油田水質(zhì)凈化的標(biāo)準(zhǔn)化工藝，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用效果較好。處理后水中的含油量、懸浮固體含量都達(dá)到了不同滲透油藏的注水水質(zhì)指標(biāo)，對(duì)油田注水開采的順利開展起到了指導(dǎo)性作用。標(biāo)準(zhǔn)化處理工藝推薦見表6。

表6 采出水處理標(biāo)準(zhǔn)化工藝

推薦的標(biāo)準(zhǔn)化工藝目前只針對(duì)水質(zhì)凈化階段，注水井井口是否會(huì)出現(xiàn) Ca2+、Mg2+等沉積物尚未明確，同時(shí)不同礦化度下注水管線的腐蝕程度還有待查驗(yàn)。下一步應(yīng)按照礦化度、處理量進(jìn)行細(xì)分，明確采出水水質(zhì)不穩(wěn)定機(jī)理，優(yōu)化處理工藝，進(jìn)一步形成水質(zhì)凈化+水質(zhì)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)化處理工藝。