三元復合驅采出水處理站回收污油特性評價

大慶油田化工有限公司技術開發(fā)研究院

自2012 年開始，大慶油田在某區(qū)塊實施了烷基苯磺酸鹽表面活性劑強堿體系三元復合驅，其采出液通過計量間進入轉油放水脫水站進行脫水處理。該站采用三相分離器—電脫水器兩級處理工藝，三相分離器出油經加熱爐升溫后進入電脫水器，電脫水器出油外輸至油庫，三相分離器和電脫水器放水進入沉降罐，沉降罐放水輸往污水處理站處理后回注。污水處理站采用一級序批沉降—二級深床過濾工藝，過濾器反沖洗排水經緩沖罐短時間沉降后回摻到沉降罐進水中，沉降罐上部污油返輸到轉油放水脫水站的沉降罐中。自2014 年下半年開始，污水處理站回收污油中開始出現大量絮狀機械雜質，將其回摻到轉油放水脫水站的污水沉降罐進水中，造成沉降罐放水含油量和懸浮固體含量增大，影響污水處理站來水的水質。為避免污水處理站回收污油對三元復合驅采出液和采出水處理造成危害，需要針對污水處理站回收污油開展預凈化處理的可行性研究。

在原油生產、儲運和煉制過程所產生的污油和污油泥處理方面，國內外均已開展了大量研究和試驗工作[1]，所采取的處理技術主要包括重力沉降[2]、離心沉降[3-4]、溶劑萃取[5]、表面活性劑清洗和破乳[6-7]、凍融[8]、熱解析[9]、微波輻射[10]、電動力學處理[11]、超聲波輻射[9]、微生物[12]和氣浮選[13]。由于油田采出水處理設施數量多，單個水處理設施內產生的污油中的純油量較小，在采出水處理設施內設置污油脫水設施不僅經濟上不合理，也存在管理難度大和脫水后污油外輸困難的問題。目前普遍采取將采出水處理設施內回收的污油回摻到上游采出液處理流程中的做法[2]。由于污油中機械雜質含量高，將其回摻到新鮮采出液中會造成原油脫水設備內機械雜質穩(wěn)定的油水過渡層膨脹和原油脫水效果惡化，同時還會造成原油脫水系統分離出的采出水含油量和懸浮固體含量增大，造成采出水處理難度加大[14-15]。為避免污油回摻處理對采出液和采出水處理造成危害，在水驅和聚合物驅采出水處理過程中回收污油的預處理和單獨凈化處理方面開展了大量研究和試驗工作[2]，所采用的處理方式主要包括重力沉降和離心沉降，在三元復合驅采出水處理中產生的污油回收處理方面尚未開展系統的研究和試驗工作。

在原油生產、儲運和煉制過程所產生的污油和污油泥性質研究方面也已經開展過大量工作[1]，但主要集中在污油和污油泥中石油烴的族組成和重金屬含量方面。HUANG Qunxing 等[16]采用差熱法（DSC）測定了儲油罐底部污油泥中的水滴直徑，發(fā)現水滴的直徑只有2.7～3.3 μm，這種污油泥即便經過離心處理仍不能有效脫水。吳迪[14-15]等研究了水驅和聚合物驅采出液和采出水處理過程中產生污油的性質、形成和穩(wěn)定機制，確定污油中具有油水界面活性的機械雜質是造成其回摻處理影響采出液和采出水處理的主要因素。針對三元復合驅采出水處理過程中產生的高堿度污油的性質尚未開展系統的研究和試驗工作。

本文中測定了污水處理站回收污油的成分、顯微結構，評價了污油的重力和離心相分離特性。

1 材料和方法

大慶油田某三元復合驅污水處理站回收污油為該站沉降罐上部的浮油。

污油含油量和機械雜質含量測定參照石油行業(yè)標準SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》。污油機械雜質含量測定中用的混合纖維素濾膜表面上的截留物用FEI Quanta 200F型場發(fā)射掃描電子顯微鏡進行形態(tài)和成分測定。污油顯微結構觀測采用LEICA RMP型光學顯微鏡。

污油離心相分離特性評價步驟：

（1）在容量為5 L 的分液桶中加入約5 L 污油樣，置于30 ℃烘箱中靜置6 h后從分液桶底部放出底水，將分液桶內剩余的濃縮污油樣混勻。

（2）在兩個容量為100 mL 的玻璃離心試管中分別加入100 mL 分液桶中的濃縮污油樣后，將其置于水溫為60 ℃的水浴中預熱10 min。

（3） 將離心試管置于DL5Y 型離心機中，在3 000 r/min（相對離心力為2 063）和60 ℃條件下離心處理4 min。

（4）將離心試管從離心機中取出，從下到上依次記錄離心試管下部的沉淀物量、游離水量和油水過渡層量。

（5）將其中一個離心試管中的油層、油水過渡層和水層倒出，混合均勻后測試其機械雜質含量。

（6）將另一離心試管置于溫度為4 ℃的冷藏箱中3 h 使油層凝固，倒出其中的水層和油水過渡層，反復加入去離子水稀釋離心試管底部的沉淀物和凝固油層下部的油水過渡層，將去離子水倒出后加入10 mL無水乙醇置換殘余的去離子水，將離心試管倒置于4 ℃的冷藏箱中2 h 將乙醇排凈，按API STD2542 測試離心試管中剩余凝固油樣的水和沉淀物含量。

2 結果和討論

2.1 污油的顯微結構和成分

污水處理站回收污油的光學顯微鏡照片如圖1所示，污水處理站回收污油為O/W 型原油乳狀液，其中不僅含有數量眾多的油滴，還含有大量透明的薄片狀懸浮物，其中部分透明的薄片狀懸浮物與油滴結合成松散的聚集體，由于表面吸附有機械雜質，油滴由球狀變成不規(guī)則的形狀，聚集在一起的油滴不能聚并，只能形成松散的聚集體。

圖1 污水處理站回收污油的光學顯微鏡照片Fig.1 Optical microscope photograph of recovered sump oil from sewage treatment station

污水處理站回收污油含水率高達97.6%，懸浮固體質量濃度高達1 790 mg/L。這種高含水污油的回收量約占轉油放水脫水站沉降罐進水的5%，所產生的沉降罐進水懸浮固體含量增量可達89.5 mg/L。

污水處理站回收污油中的機械雜質的掃描電鏡照片和能譜測試數據如圖2所示。污水處理站回收污油中的機械雜質幾乎均為非晶態(tài)的薄片狀物，能譜測試數據中除了混合醋酸纖維素和硝酸纖維素濾膜基底中的碳元素外，含量最高的元素是氧和硅，占總量的60.52%，表明污油中機械雜質的主要成分為硅酸。其成因為強堿體系三元復合驅注入液中的氫氧化鈉溶蝕油藏中的石英和黏土礦物產生偏硅酸根等水溶性含硅離子[15]，這些離子隨采出液進入井筒和地面生產系統，由于不同油井和層位產出水間的成分差異，混合采出水硅酸過飽和，并以硅酸的形式析出。污油含的機械雜質中還含有少量的鈉、鐵、鈣、鎂、硫和鋁；鈉、鈣和鎂為結合在硅酸中的陽離子；鋁為采出水中常見黏土礦物中的成分；鐵和硫為硫化亞鐵和鐵銹等腐蝕產物中的成分。能譜數據中的氮元素為混合纖維素膜材質中的成分。

圖2 污水處理站回收污油中機械雜質的掃描電鏡照片和能譜測試數據Fig.2 SEM photos and energy spectrum test data of mechanical impuritiesinrecoveredsumpoilfromthesewagetreatment station

2.2 污油的離心相分離特性

污水處理站回收污油的離心相分離特性見圖3和表1。由圖3可見，污水處理站回收污油在60 ℃溫度時經過4 min 離心處理后分為4 層，從下到上依次為灰白色的離心沉淀物層、仍漂浮有懸浮物的游離水層、褐色的油水過渡層和黑色的油層，污油離心處理后，仍存在油水過渡層的主要原因是圖1中的油滴表面上都吸附有透明的薄片狀絮體，這些吸附物具有油水界面活性，在油滴聚并過程中會繼續(xù)留在油滴的表面，形成致密的空間屏障阻礙油滴間的進一步聚并、長大和與油層的融合，部分油滴在油層下方形成致密的聚集體。由表1可見，污油樣離心處理后的油層只占初始污油量的6.8%，其中離心沉淀物和油水過渡層量分別為1.1%和2.8%，表明其中的機械雜質量相對于污油中的初始機械雜質量已經很少，而油層、油水過渡層和水層的綜合機械雜質含量仍高達700 mg/L，主要富集在油水過渡層中。

圖3 污水處理站回收污油的離心相分離效果Fig.3 Centrifugal phase separation effect of recovered sump oil from the sewage treatment station

上述現象表明若采用兩相離心機對污水處理站回收污油進行預處理，脫除其中可下沉的機械雜質后將處理后的油水混合物輸往上游的轉油放水脫水站，仍會使該站沉降罐進水懸浮固體含量增幅達35 mg/L；而若采用臥式螺旋推料三相離心機或具有排泥功能的碟片離心機對污水處理站回收污油進行預處理，只將離心機分離出的輕液相返輸到轉油放水脫水站，則不僅可以降低93.2%的轉油放水脫水站接收的外站污油量，還可大幅度降低污油攜帶進入轉油放水脫水站沉降罐的機械雜質量，降低該站沉降罐放水的懸浮固體含量，減輕因防垢劑稀釋用水懸浮固體含量過高造成的井筒防垢劑加藥量波動。

表1 污水處理站回收污油的離心沉降相分離特性測試Tab.1 Centrifugal sedimentation phase separation characteristic test of recovered sump oil from the sewage treatment station

3 結論

（1）三元復合驅污水處理站回收污油為O/W型原油乳狀液，不僅含水率高，而且機械雜質含量高達1 790 mg/L。

（2）三元復合驅污水處理站回收污油中的機械雜質主要是硅酸。

（3）三相離心預處理工藝可大幅度降低三元復合驅污水處理站回收的污油量和污油中的機械雜質量。