隴東地區(qū)油田采油污水水質(zhì)特征及其危害性評價

朱秀蘭，郭文杰，冉彥龍，丁寶寶

隴東地區(qū)油田采油污水水質(zhì)特征及其危害性評價

朱秀蘭1，郭文杰2，冉彥龍3，丁寶寶1

（1. 隴東學(xué)院 能源工程學(xué)院，甘肅 慶陽 745000； 2. 長慶油田分公司第二采油廠，甘肅 慶陽 745000；3. 甘肅能源集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅 慶陽 745000）

隴東地區(qū)油田長時間注水開發(fā)，采油污水量逐年增加。采油污水組分及性質(zhì)復(fù)雜，含有一定的原油、大量的固體懸浮物和其他污染物，油水分離困難、易結(jié)垢堵塞地層及腐蝕損壞設(shè)備。污水處理設(shè)備長時間運(yùn)行后，處理系統(tǒng)負(fù)荷增大，運(yùn)行穩(wěn)定性變差，存在污泥、結(jié)垢及腐蝕等問題，需要及時做好清洗、排泥、水質(zhì)檢測工作，以達(dá)到提升水質(zhì)處理效果的目的。

采油污水； 水質(zhì)特征； 污水危害性； 污水處理

隴東地區(qū)油氣儲存資源量占鄂爾多斯盆地總量的40%，是長慶油田增儲上產(chǎn)的主力油藏區(qū)塊。以油田穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)為核心，隴東地區(qū)油田開展實施“注上水、注好水、注夠水”精細(xì)化注水工作。隨著開采時間的延長，多數(shù)油田區(qū)塊已經(jīng)全面進(jìn)入中高含水期、產(chǎn)量遞減階段，油井含水率大幅度增加，導(dǎo)致采油污水產(chǎn)量也隨之增加。采油污水成分十分復(fù)雜，通常含油濃度較高、含有大量的固體懸浮物和其他污染物，它是一種量大而面廣的污染源，而且造成資源及能量浪費(fèi)。本文通過室內(nèi)實驗及礦場監(jiān)測分析隴東地區(qū)采油污水水質(zhì)特征，探究采油污水對油田開發(fā)及環(huán)境保護(hù)的危害性，提出合理的作業(yè)措施，對油田綠色可持續(xù)開發(fā)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

1 油田采油污水現(xiàn)狀

1.1 采油污水來源

采油污水屬于油田開采伴生物，通常是指從儲層中與原油共同采出，在油氣集輸系統(tǒng)進(jìn)行采出液處理工藝后的含油污水。它是一種成分非常復(fù)雜且含有多種雜質(zhì)的水，其不僅攜帶有原油，而且還溶解有地層中的各種鹽、氣體和多種懸浮固體。除此之外，在原油集輸過程中，進(jìn)行采出液處理工藝（破乳、脫水等）時，摻進(jìn)一些化學(xué)藥劑如破乳劑等，還含有少量鉆井污水和站內(nèi)其他類型含油污水等次要成分。由于采油污水中有機(jī)物含量較高且環(huán)境適宜，導(dǎo)致細(xì)菌含量也較高。綜上所述，采油污水是一種含有石油烴、無機(jī)鹽離子、硫化物、細(xì)菌、固體顆粒以及阻垢劑、絮凝劑、緩蝕劑和殺菌劑等化學(xué)藥劑的混合水[1]。

1.2 采油污水特征

釆油污水的性質(zhì)不僅取決于儲層巖性及油水流體性質(zhì)，而且還與轉(zhuǎn)油脫水的運(yùn)行條件有關(guān)[2]，通常情況下，采油污水具備以下特征：

1）水溫高，40~60 ℃之間。

2）礦化度高，通常在2 000~5 000 mg·L-1之間。

采油污水主要成分為地層水，而地層水中含有Na+、K+、Ca2+、Mg2+等形成的大量金屬鹽類。例如，長慶油田的采出水礦化度通常在50 000 mg·L-1左右。

3）pH值較高，一般為7.5~8.5之間。

4）油含量高，采油污水中原油的質(zhì)量濃度一般為1 000 mg·L-1，高的可達(dá)20 00~5 000 mg·L-1。在油田開發(fā)過程中，油水共同流經(jīng)儲層、完井段防砂管、井筒、井口、井下及井口油嘴、閥門、輸油管道等，隨著流動截面變化，油水承受較強(qiáng)的機(jī)械剪切力，導(dǎo)致部分原油分散于水中。隨著油藏條件和處理方式的不同，污水中的含油量通常為每升幾十到幾百毫克[3]。原油分散形式主要有：溶解油（粒徑＜1 nm）、乳化油（粒徑0.001~10 μm）、分散油（10~100 μm）及浮油（粒徑＞100 μm）；其中溶解油、乳化油、分散油及浮油分別占污水中原油的0.2%~0.5%、10%左右、90%左右。因此，采油污水中的原油主要為分散油及浮油。

5）成分復(fù)雜，非均相。除含油量高外，還含有其他雜質(zhì)，如所溶氣體、懸浮物、泥沙等。所溶氣體包括強(qiáng)氧化劑O2、酸性氣體H2S和CO2。泥沙粒徑范圍一般在0.05~100 μm之間，其中黏土、粉砂、細(xì)砂粒徑范圍分別為0.05~4 μm、4~60 μm、 60~100 μm。細(xì)菌含量高，通常為硫酸鹽還原菌和腐生菌、鐵細(xì)菌等，含量可高達(dá)106個·mL-1。有機(jī)物含量高，如膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、石蠟等形成的微晶以及揮發(fā)酚等。

6）殘存一定數(shù)量的絮凝劑等化學(xué)添加劑。

2 隴東地區(qū)采油污水水質(zhì)分析

根據(jù)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/T5329—2012碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》以及 《SY/T5523—2016油田水分析方法》進(jìn)行測定，采取室內(nèi)實驗與礦場監(jiān)測相結(jié)合的方法，應(yīng)用化學(xué)分析法和儀器分析法，以隴東地區(qū)CX4轉(zhuǎn)的采油污水（三相分離器出口水樣）為研究對象，分析油田采油污水的組成及性質(zhì)，測定常規(guī)無機(jī)鹽離子質(zhì)量濃度、硫酸還原菌、腐生菌和鐵細(xì)菌的含量、懸浮物質(zhì)量濃度及含油量等。

根據(jù)上述室內(nèi)實驗及現(xiàn)場檢測結(jié)果（表1、表2），總結(jié)隴東地區(qū)CX4轉(zhuǎn)采油污水水質(zhì)特征如下：

1）采油污水中溶解有地層中各種礦物質(zhì)鹽類，礦化度6 721.64 mg·L-1，水型為NaHCO3，水質(zhì)pH值8.75，呈弱堿性，其中含有大量無機(jī)離子，如Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl－、HCO3－等。污水中陽離子以Na+、K+占主導(dǎo)，Cl－、HCO3－離子含量較高。由此可以看出，采油污水礦化相對較高，且具有一定成垢、腐蝕性的特點(diǎn)。

2）采油污水中的含油量為177.58 mg·L-1，主要為多種烴類化合物以及硫化合物、氧化合物、氮化合物等，其中最主要的是石油烴類高分子難降解有機(jī)物[4]。

3）采油污水中懸浮固體質(zhì)量濃度92.7 mg·L-1，懸浮物粒徑中值為0.39 μm。

4）礦場原油集輸系統(tǒng)溶解氧含量較低，而采油污水中營養(yǎng)物質(zhì)豐富，在厭氧環(huán)境條件下，污水中大量繁殖能將硫還原為腐蝕性硫化物的硫酸鹽還原菌等有害細(xì)菌[4]。采油污水中的細(xì)菌總含量在 2×104個·mL-1，與回注水水質(zhì)指標(biāo)相比，嚴(yán)重超標(biāo)。

5）在原油集輸過程中，須要添加阻垢劑、絮凝劑、緩蝕劑等化學(xué)藥劑，其可生化性較差，BOD/CODCr＜0.2。

表1 采油污水常規(guī)檢測項分析結(jié)果

表2 采油污水非常規(guī)檢測項分析結(jié)果

3 采油污水危害性

3.1 處理前采油污水危害性

油田各類污水主要為采油污水，采油污水量及其危害性不容忽視。若采油污水不經(jīng)有效處理直接回注入地層，除了影響石油開采以外，將導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備損害、儲層堵塞，破壞生態(tài)環(huán)境。到目前為止，隴東地區(qū)油田部分油井的產(chǎn)水率已達(dá)到85%，污水處理已逐漸進(jìn)入開發(fā)的最后階段。

針對隴東地區(qū)采油污水水質(zhì)分析結(jié)果，其危害性有以下幾點(diǎn)：

1）采油污水富含各類離子，主要礦物鹽離子為Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl－、HCO3－等。采油污水的導(dǎo)電能力強(qiáng)，導(dǎo)致電化學(xué)活動活躍，促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)快速進(jìn)行，加劇對設(shè)備及管線的腐蝕。

2）Cl－含量很高，氯化物鹽類一般呈溶解態(tài)，但由于Cl－體積小，活性大，易穿透金屬表面的保護(hù)膜，與金屬發(fā)生活性反應(yīng)，腐蝕金屬。除此之外，油田污水中含有氣體、硫化物等，若不有效處理，在強(qiáng)氧化劑O2的作用下生成沉淀物，硫化物轉(zhuǎn)化為弱酸，使得污水腐蝕性增強(qiáng)，對污水處理及回注系統(tǒng)造成安全隱患。

3）HCO3－含量很高，高礦化度水在回注的過程中比較容易結(jié)垢，與地層水混合后的適應(yīng)性較差，在管道及設(shè)備內(nèi)結(jié)垢趨勢明顯增強(qiáng)，極易發(fā)生注水井堵塞現(xiàn)象，管線設(shè)備結(jié)垢后對整體水質(zhì)影響嚴(yán)重。

4）當(dāng)處理后的采出地層水與地表水等外來水源混合注水時，采出水中原油與外來水源中的雜質(zhì)一旦接觸，吸附形成乳化塊[5]，堵塞儲層。

5）由于采油污水中富含有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)，細(xì)菌生存繁殖的適宜水溫40~70 ℃（采出水溫40~60 ℃），適宜的污泥也是硫酸鹽還原菌、腐生菌繁殖的場所?；刈⑺械挠袡C(jī)質(zhì)誘發(fā)污水中微生物大量繁殖，尤其是硫酸鹽還原菌在厭氧條件下使硫酸鹽還原硫化物產(chǎn)生硫化氫，水質(zhì)逐漸變?yōu)樗嵝裕粌H腐蝕管線，而且硫化氫與鐵作用形成FeS沉淀并產(chǎn)生黏液，加劇垢的形成，產(chǎn)生的生物黏泥嚴(yán)重堵塞地層。

6）采出水量大，油田多數(shù)進(jìn)入中高含水期，以慶陽西一聯(lián)合站為例，主要承擔(dān)了西峰采油一區(qū)及三區(qū)原油污水處理工作，處理的采出水量高達(dá) 1 300 m3·d-1左右，污水量極大。

綜上所述，隴東地區(qū)油田采油污水中無機(jī)鹽離子礦化度較高，含有一定懸浮物，滋生大量有害細(xì)菌，且油田采油污水為連續(xù)排放。若未經(jīng)處理或處理不合格，將產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)（水垢、污垢等），嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備及管道，導(dǎo)致清潔和維護(hù)管道的費(fèi)用增加，最終造成油田停運(yùn)或嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，在采油污水回注地層前，必須對采油污水進(jìn)行有效處理，使水質(zhì)滿足《SY/T5329—2012碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》《Q/SYCQ3675—2016長慶油田采出水回注標(biāo)準(zhǔn)》，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保的要求。

3.2 處理后采油污水危害性

隴東地區(qū)采油污水處理后，“污水”變“清流”，但污水處理設(shè)備在長時間運(yùn)行后，處理系統(tǒng)負(fù)荷增大，運(yùn)行穩(wěn)定性變差，連續(xù)正常運(yùn)行困難。目前，設(shè)備內(nèi)部的污泥沉積和結(jié)垢問題嚴(yán)重，導(dǎo)致回注水處理系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境變差，極大地影響油田回注水水質(zhì)。由于污泥和管垢的存在，水流通面積減小、細(xì)菌繁殖加快、設(shè)備和管線腐蝕加快；污水處理系統(tǒng)工作效率降低，水質(zhì)污染嚴(yán)重；大量采出水無效回注，造成水資源浪費(fèi)；系統(tǒng)流程長，回注費(fèi)用高。因此，必須對CX4轉(zhuǎn)采出水處理系統(tǒng)進(jìn)行提升和改造。

4 結(jié) 論

1）根據(jù)隴東地區(qū)油田采油污水水質(zhì)組成及性質(zhì)進(jìn)行分析，礦化度6 663.65 mg·L-1，水型為NaHCO3，含油量為175.84 mg·L-1，主要為石油類高分子難降解有機(jī)物，懸浮固體質(zhì)量濃度為93.5 mg·L-1，粒徑中值為0.38 μm，細(xì)菌總量在2×104個·mL-1。

2）由于Cl－、HCO3－含量及細(xì)菌含量較高，采油污水處理過程中污泥、管垢與腐蝕性問題嚴(yán)重。因此，采油污水處理技術(shù)的重點(diǎn)是有效除油、過濾。

3）增建污泥污水池，用于沉降除油罐、過濾裝置的排泥及反洗，將站內(nèi)采出水系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)排污分開，及時做好清理、水質(zhì)檢測工作，提升水質(zhì)處理效果。

［1］張志輝，酆婧軒，鄭天龍，等.混凝-微氣泡氣浮法預(yù)處理油田采出廢液[J].水處理技術(shù)，2014，40（5）：103-107.

［2］范洪富，馬軍.離子液體處理含油污水實驗研究[J]. 燃料化學(xué)學(xué)報，2011，39（1）：33-36.

［3］朱麗娜.油田注水水質(zhì)劣化因素與處理技術(shù)研究[D].大慶：東北石油大學(xué)，2013.

［4］黃開.磁加載沉淀-磁過濾工藝處理采油廢水的研究與應(yīng)用[C].環(huán)境工程：2019年全國學(xué)術(shù)年會論文集（中冊），2019.

［5］劉能杰，王鋒，王志軍，等.長慶油田含油污水處理關(guān)鍵技術(shù)分析[J].遼寧化工，2017，46（2）：149-151.

Evaluation on Water Quality Characteristics and Harmfulness of Oil Production Wastewater in Longdong Area

1,2,3,1

（1．College of Energy Engineering, Longdong University, Qingyang Gansu 745000, China;2．PetroChina Changqing Oilfield Company No.2 Oil Production Plant, Qingyang Gansu 745000, China;3．Gansu Energy Group Co., Ltd., Qingyang Gansu 745000, China）

With the development of water injection for a long time in the oilfield, the amount of oil production wastewater increased year by year in the Longdong area. The components and properties of oil production wastewater are complex, containing oil, a large amount of suspended solids and other pollutants. It is difficult to separate oil and water, the formation is easily blocked by scaling and the equipment is damaged by corrosion. After long-term operation of sewage treatment equipments, the load of the treatment system increases, the running stability becomes worse, and there are problems,such as sludge, scaling and corrosion. Cleaning, sludge discharge and water quality inspection work need to be completed in time to achieve the purpose of improving water quality treatment effect.

Oil production sewage; Water quality characteristics; Sewage hazard; Sewage treatment

甘肅省工業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型升級課題（項目編號：GGLD-2019-60）；2020年甘肅省創(chuàng)新驅(qū)動助力工程申報項目（項目編號：ZLGC202003-4）；隴東學(xué)院青年科技創(chuàng)新項目（項目編號：XYZK1906）；隴東學(xué)院教育教學(xué)研究項目（項目編號：2019-42）。

2020-06-12。

朱秀蘭（1987-），女，天津市人，講師，碩士，2011年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，研究方向：油氣藏開發(fā)及提高采收率。

X741

A

1004-0935（2020）11-1430-04