基于防腐的油田污水改性研究

耿方志 孟 江 高秋英 許俊南 相志鵬 張 欽

（1.重慶科技學(xué)院，重慶 401331；2.中國石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

塔里木盆地塔河油田一號聯(lián)合站污水存在較強(qiáng)的腐蝕和結(jié)垢特性，以點(diǎn)腐蝕為主，均勻腐蝕速率處于中度腐蝕區(qū)間，污水處理系統(tǒng)腐蝕穿孔頻發(fā)［1］。目前，水質(zhì)改性技術(shù)已成熟地應(yīng)用于東部油田污水處理環(huán)節(jié)，可以從源頭上降低水質(zhì)腐蝕特性，實(shí)現(xiàn)污水水質(zhì)達(dá)標(biāo)并控制腐蝕［2-5］。由于塔河油田污水腐蝕環(huán)境苛刻，亟需開展適應(yīng)塔河油田現(xiàn)場工況的水質(zhì)改性技術(shù)研究，建立滿足水處理指標(biāo)的藥劑體系，保障污水處理系統(tǒng)正常運(yùn)行。

1 污水水質(zhì)分析

在一號聯(lián)合站接收罐來水管線取樣，開展水質(zhì)離子全分析檢測，其分析結(jié)果見表1。從表1 數(shù)據(jù)分析該水具有“低pH 值、高礦化度、高Cl-含量、高Ca2+、Mg2+”的特點(diǎn)，整體呈弱酸性，存在較強(qiáng)的腐蝕和結(jié)垢問題。

表1 接收罐來水水質(zhì)分析表

根據(jù)表1水質(zhì)分析結(jié)果，利用水質(zhì)改進(jìn)技術(shù)，對于塔河油田一號聯(lián)合站污水處理系統(tǒng)腐蝕治理采用“先氧化、后改性、再控制、最終水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)［6-7］”的技術(shù)方案。主要應(yīng)用pH值調(diào)整劑、絮凝劑、助凝劑、水質(zhì)穩(wěn)定劑等組成系列水處理劑［8］，最終通過水處理劑的協(xié)同作用去除油質(zhì)、顆粒懸浮物、HCO3-、鐵離子等，穩(wěn)定注入水水質(zhì)，達(dá)到控制系統(tǒng)性腐蝕和結(jié)垢問題的目的［9-12］。

2 藥劑篩選評價(jià)

室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究依據(jù)《SY／T5329-2012碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》中對注水水質(zhì)腐蝕速率的規(guī)定：均勻腐蝕速率小于0.076 mm／a［13］；腐蝕程度評定執(zhí)行NACE-0775-2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：點(diǎn)腐蝕速率小于0.2 mm／a。預(yù)期實(shí)現(xiàn)防腐效果為均勻腐蝕不超過0.025 mm／a，點(diǎn)腐蝕速率降幅大于等于50%。

2.1 pH調(diào)節(jié)劑的篩選評價(jià)

1）水的pH 值與腐蝕性關(guān)系分析［14］。將現(xiàn)場取樣的塔河油田一號聯(lián)合站油田污水裝入試樣瓶調(diào)整至不同pH值后掛入現(xiàn)場管道材質(zhì)20號碳鋼掛片，置于恒溫水浴鍋內(nèi)，實(shí)驗(yàn)溫度為40 ℃，實(shí)驗(yàn)周期為7 d。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后分析常壓靜態(tài)均勻腐蝕速率和點(diǎn)腐蝕速率與pH值的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2和圖1所示。

表2 水質(zhì)改性前后靜態(tài)腐蝕速率表

圖1 不同PH值對應(yīng)的掛片腐蝕微觀形貌圖

從表2和圖1分析，室內(nèi)靜態(tài)腐蝕速率檢測結(jié)果表明，污水處理系統(tǒng)腐蝕以點(diǎn)腐蝕為主，均勻腐蝕為輔。隨著水質(zhì)pH值的升高，腐蝕性呈現(xiàn)明顯下降趨勢。空白水樣點(diǎn)腐蝕速率為0.545 8 mm／a，當(dāng)pH值調(diào)整為6.5 時(shí)點(diǎn)腐蝕速率為0.161 5 mm／a，下降70.4%，已能夠完全滿足現(xiàn)場水質(zhì)處理的要求?？紤]到加注藥劑成本，確定pH值調(diào)整為6.5。

2）pH 值調(diào)節(jié)劑的篩選與評價(jià)。加入pH 值調(diào)節(jié)劑一方面調(diào)節(jié)水的pH值，另一方面除去水中總鐵離子，從兩個(gè)方面降低水的腐蝕性。

取一號聯(lián)合站接收罐來水，緩慢滴加復(fù)合堿和石灰乳pH 值調(diào)整劑，調(diào)節(jié)水質(zhì)pH 值，滴加過程中不斷測定水質(zhì)pH 值，待pH 值調(diào)整至目標(biāo)值6.5 后，確定pH 值調(diào)整劑的加注濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。從表3 的數(shù)據(jù)分析，在達(dá)到相同的pH 值時(shí)復(fù)合堿相對石灰乳加量少，而且水中總鐵含量低。結(jié)合經(jīng)濟(jì)角度考慮，推薦復(fù)合堿作為pH值調(diào)整劑。

表3 pH值調(diào)整劑的篩選評價(jià)數(shù)據(jù)表

2.2 混凝劑篩選評價(jià)

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)選用聚鋁、聚鐵等無機(jī)混凝劑進(jìn)行評價(jià)，取樣為一號聯(lián)合站來水1 000 mL，氧化水體后加入復(fù)合pH 值調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)水質(zhì)pH 值到6.5，分別按100 mg／L 的濃度加入混凝劑，先快速攪拌1 min，然后緩慢攪拌2 min，停止攪拌后在不同時(shí)間段觀察不同時(shí)刻絮凝沉降情況，測定燒杯中部清液透射比、總鐵含量及除油效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，聚鋁的絮凝沉降速度較快，對于鐵的去除效果最好；聚鐵絮凝沉降較慢，需要足夠的時(shí)間才能達(dá)到比較理想的沉降狀態(tài)。因此選用聚鋁作為一號聯(lián)合站的混凝劑。

表4 混凝劑篩選評價(jià)數(shù)據(jù)表

為確定混凝劑的最佳加注濃度，水樣氧化后，加入復(fù)合pH 值調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)水質(zhì)pH 值到6.5，加入聚鋁絮凝沉降，檢測水體的懸浮物含量、油含量和鐵含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5，從表5 可知，水樣pH 值為6.5 時(shí)，聚鋁混凝劑加注濃度為150 mg／L，總鐵含量下降明顯，絮凝沉降速度較快，鐵的去除效果最好。因此，選用聚鋁作為混凝劑，最佳加注濃度為150 mg／L。

表5 混凝劑最佳加注濃度篩選評價(jià)數(shù)據(jù)表

2.3 助凝劑篩選評價(jià)

備選助凝劑主要包括有機(jī)助凝劑和非離子聚丙烯酰胺助凝劑兩種。預(yù)氧化水體后調(diào)整水質(zhì)pH值到目標(biāo)值6.5，加入150 mg／L 聚鋁混凝劑后，評價(jià)兩種助凝劑的藥劑性能。加入助凝劑，觀察污水的絮凝沉降效果，靜置1 h后過濾，檢測水體的懸浮物含量、油含量和鐵含量，優(yōu)選助凝劑的藥劑類型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6，從表6 可知，水樣中加入相同濃度的有機(jī)助凝劑比非離子聚丙烯酰胺有更好的絮凝效果，形成的絮團(tuán)較大，絮團(tuán)形成及沉降速度明顯較快。表明有機(jī)助凝劑具有較好的網(wǎng)捕作用。因此，選擇有機(jī)助凝劑作為助凝劑，與聚鋁混凝劑配合使用。從表6 中的數(shù)據(jù)分析，當(dāng)有機(jī)助凝劑濃度為10 mg／L時(shí)，助凝效果明顯下降。因此，選用有機(jī)助凝劑推薦加注濃度為8 mg／L。

表6 助凝劑篩選評價(jià)數(shù)據(jù)表

2.4 水質(zhì)穩(wěn)定劑篩選評價(jià)

水質(zhì)經(jīng)過預(yù)氧化并絮凝沉降處理后，加入不同數(shù)量的水質(zhì)穩(wěn)定劑，檢測水體的腐蝕速率和濾膜系數(shù)下降率［15］。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 水質(zhì)穩(wěn)定劑篩選評價(jià)數(shù)據(jù)表

由表7 中的檢測數(shù)據(jù)可知，在其他條件相同時(shí)，隨著水質(zhì)穩(wěn)定劑濃度的增大，水體的腐蝕速率在下降，而濾膜系數(shù)下降速率在增大。當(dāng)加注濃度達(dá)到50 mg／L 時(shí)，腐蝕速率隨著水質(zhì)穩(wěn)定劑的濃度增大變化不明顯，濾膜系數(shù)下降率為8.0%。綜合考慮藥劑費(fèi)用和加藥效果，確定水質(zhì)穩(wěn)定劑的加注濃度為50 mg／L。

2.5 藥劑體系實(shí)驗(yàn)評價(jià)

經(jīng)過室內(nèi)篩選實(shí)驗(yàn)，確定一號聯(lián)合站水質(zhì)改性加藥劑體系為“pH 值調(diào)整劑+混凝劑+助凝劑+水質(zhì)穩(wěn)定劑”。室內(nèi)確定各種藥劑的投加濃度見表8。

表8 室內(nèi)篩選藥劑體系數(shù)據(jù)表

對該藥劑體系應(yīng)用效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表9，從表9 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析水質(zhì)改性處理后的污水平均腐蝕速率為0.021 7 mm／a，緩蝕率達(dá)到68.8%，點(diǎn)腐蝕緩蝕率為0.080 6 mm／a，緩蝕率達(dá)到85.2%。篩選的“pH 值調(diào)整劑+混凝劑+助凝劑+水質(zhì)穩(wěn)定劑”的加藥體系能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)要求。

表9 室內(nèi)腐蝕速率評價(jià)表

3 結(jié)論

1）在兼顧水質(zhì)處理效果和處理成本的條件下，水質(zhì)改性的最佳pH調(diào)整值為6.5；確定各種藥劑最佳加注濃度分別為混凝劑150 mg／L、助凝劑8 mg／L，水質(zhì)穩(wěn)定劑50 mg／L。

2）經(jīng)水質(zhì)改性處理后，水質(zhì)腐蝕速率呈大幅下降趨勢，均勻腐蝕速率由0.069 5 mm／a 下降到0.021 7 mm／a，降幅達(dá)到68.8%；點(diǎn)腐蝕速率由0.545 8 mm／a 下降到0.080 6 mm／a，降幅達(dá)到85.2%，有效控制了腐蝕發(fā)生，篩選的“pH 值調(diào)整劑+混凝劑+助凝劑+水質(zhì)穩(wěn)定劑”的水質(zhì)穩(wěn)定體系在室內(nèi)試驗(yàn)確定濃度下能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需求。