某油田回注水質(zhì)分析及改進措施

＊段藝 杜國勇,2* 鄧春萍,2 張益臣 張琳婧 王永紅

（1.西南石油大學化學化工學院 四川 610500 2.油氣田應用化學四川省重點實驗室 四川 610500 3.中國石油浙江油田公司 四川 646000 4.中石油西南油氣田分公司川東北氣礦 四川 635000）

某油田污水處理系統(tǒng)試建成于2012年9月，采出水處理設(shè)計規(guī)模為700m3/d，注水規(guī)模為770m3/d。目前實際處理量530m3/d。采出水處理采用“混凝沉降除油＋兩級過濾”處理工藝。一般采油污水的懸浮物濃度大、粒徑大且含油量較大，不能直接回注[1]，根據(jù)其所在區(qū)域的地層情況，需要處理后使其水質(zhì)要求達到《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標及分析方法》（SY/T5329-94）中A3指標，處理后的污水全部回注地下。

1.水處理站主要工藝流程如下

三相分離器來水（氣處理中心來水）→200m3斜管除油罐→100m3緩沖罐→提升泵→核桃殼過濾器→濾后水罐→喂水泵→注水泵→注水，如圖1所示。但經(jīng)此工藝處理后，回注水水質(zhì)已經(jīng)不能達到《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標及分析方法》（SY/T5329-94）中A3指標。目前此油田水處理站面臨的主要問題：如除油效率低、管道腐蝕、結(jié)垢嚴重等。因此需要從此回注水的水質(zhì)指標入手，分析其工藝中存在的問題，找出水質(zhì)不達標的原因，提出適合的解決方案。

圖1 回注水處理工藝流程圖

2.油田水質(zhì)指標超標數(shù)據(jù)分析

根據(jù)對某油田回注水的水質(zhì)指標進行了分析，通過對比《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標及分析方法》（SY/T5329-94）中A3指標，找到了此回注水中超標嚴重的三個指標：微生物數(shù)量、腐蝕速度、礦化度。并且對其數(shù)據(jù)超標的原因和造成的影響進行了討論。

(1)回注水主要水質(zhì)指標

從表1半年內(nèi)水處理站微生物數(shù)據(jù)和腐蝕速度來看，硫酸鹽還原菌（SRB）、腐生菌（TGB）與鐵細菌（FB）的個數(shù)超標嚴重，回注水的腐蝕速度也遠遠高于規(guī)定標準。

表1 注入水水質(zhì)主要控制指標

表2 水處理站半年內(nèi)微生物及腐蝕速率檢測數(shù)據(jù)

(2)設(shè)備運行情況

①斜管除油罐。該設(shè)備額定接收能力為700m3/d，主要作用是去除懸浮物和污油，其處理能力如表3所示，但是由于斜管除油罐的清理周期較長（約15個月清理一次），罐內(nèi)的斜管被油泥污染情況較為嚴重，可以看到在3月與4月時都有出現(xiàn)懸浮物含量與油含量的去除率都為負值，造成這一結(jié)果主要有兩個原因。第一個原因是取樣誤差，在同時對斜管除油罐的進口與出口取樣時，在水質(zhì)不穩(wěn)定的情況下則可能造成取出的水樣不同步，所以在取樣時樣品應該具有代表性，取樣前應以5～6L/min的流速暢流3min后取樣。另一個原因則是由于罐內(nèi)斜罐污染，除油罐除雜效率因此降低，所以去除率為負值。

表3 斜管除油罐的水質(zhì)指標統(tǒng)計表

②加藥裝置及加藥情況?，F(xiàn)場有四臺加藥裝置，分別添加的是破乳劑、緩蝕阻垢劑、凈水劑和殺菌劑。實際運行時，打開溶藥罐的水閥門后，將藥劑倒入溶藥罐中，達到一定液位之后關(guān)閉進水閥門啟動攪拌裝置，攪拌均勻后停止攪拌，配置藥劑完成。在收球筒出口投放破乳劑，在三相分離器切水總管投放緩蝕劑、凈水劑，在濾后水罐進口處投放殺菌劑。

③過濾器。過濾器的處理量為1000m3/d，目前在使用的是3具罐內(nèi)濾料為核桃殼的過濾器，在設(shè)備運行時其中兩具過濾器串聯(lián)連接進行過濾操作，另一具作為反沖洗設(shè)備進行使用。核桃殼過濾器主要是利用核桃殼濾料的吸附性來達到去除采出水中含油和懸浮物的目的，濾料的除油、耐腐蝕能力和強度都非常好。但核桃殼過濾器隨著使用時間的延長，也暴露出了許多的缺點，如：在上級來水時，若污水中含油量較高，則油污容易在濾料上形成板結(jié)，使過濾效果降低；核桃殼濾料的損耗較大，易碎成小顆粒，在設(shè)備運行時，易堵塞篩管，導致過濾效果不佳。目前水處理站的過濾器的過濾效果如下表4所示，可以看到過濾器的過濾效果較好，出水水質(zhì)基本能達到預設(shè)水質(zhì)要求。但過濾器也存在一些問題，其中過濾器中的濾料漏失較為嚴重，導致反沖洗時小顆粒濾料易被沖走，因此過濾效果變差。

表4 過濾器水質(zhì)指標統(tǒng)計表

3.存在的問題

經(jīng)過分析，此水處理站主要有這幾個問題：

（1）回注水細菌含量超標。此水處理站目前使用的是殺菌劑殺菌的方法來控制回注水的出水水質(zhì)。但是經(jīng)過分析，目前SRB、TGB、FB已經(jīng)產(chǎn)生耐藥性，處理后的水無法達到規(guī)定的標準。

（2）回注水腐蝕速率高。由于SRB的氫化酶能在金屬表面陰極位置將氫釋放出來，而氫原子會對硫酸根產(chǎn)生還原作用，獲得硫離子，即硫酸鹽在SRB的作用下可以還原成S2-，SRB在這個過程中發(fā)揮了陰極去極化的影響，鋼鐵在其影響下，腐蝕性被加速[2-4]，同時腐生菌的存在也會生成氧濃度差電池腐蝕[4]，使得腐蝕速度加倍。

（3）管道結(jié)垢?；刈⑺械牡V化度較高，該水處理站的地層水為CaCl2類型，采油污水礦化度高，其含有大量的Ca2+、Mg2+、HCO-、SO42-等離子，它們在壓力溫度變化時會生產(chǎn)大量的碳酸鈣、碳酸鎂沉淀[5]。尤其是水中的鈣離子會與回注水反應在注水管道內(nèi)壁生成大量的沉淀，堵塞注水管道。地下水中的鐵常以二價鐵的形式存在[6]，被還原的硫酸鹽就與水中的鐵離子反應生成FeS黑色沉淀，導致注水井堵塞。在氧氣的存在下，鐵細菌會將水中的亞鐵離子氧化成氫氧化鐵，然后在鐵細菌膠質(zhì)中生產(chǎn)結(jié)瘤，結(jié)瘤的生成會形成氧濃差電池，同時其腐蝕性也會變強[7]。

（4）設(shè)備清理更換不及時。對于斜管除油罐，目前的清理周期（15個月）較長，導致除油罐處理含油污水時會產(chǎn)生負增長的效果，并且此水處理站使用的核桃殼過濾器，濾料漏失情況也較為嚴重。

4.解決方案

（1）細菌控制。殺菌工藝主要有殺菌劑殺菌、紫外線殺菌、電解殺菌3種殺菌工藝。但對于紫外線殺菌技術(shù)，它的紫外線殺菌燈極易被含油懸浮物污染，從而影響殺菌效果；電解殺菌的經(jīng)濟成本較高，工藝較為復雜；殺菌劑的長期使用會使得細菌產(chǎn)生耐藥性，從而影響殺菌效果。目前油田常常使用多種殺菌技術(shù)結(jié)合的方法對回注水進行殺菌處理。例如，余龍江、何峰等人[8]使用交變電磁場殺菌裝置與化學殺菌方法相結(jié)合，現(xiàn)場試驗證明此套裝置可以快速高效的殺滅SRB與腐生菌；某采油注水站使用高級氧化的方法，即紫外氧化技術(shù)、電化學技術(shù)及光催化氧化等技術(shù)結(jié)合的方法，對回注水進行殺菌處理，經(jīng)過處理之后回注水的微生物指標完全達到了要求[9]；邵享文等人[10]使用電解法與次氯酸鈉除硫相結(jié)合的方法進行殺菌試驗，處理后細菌與硫化物均能達到油田回注水標準。所以建議使用兩種及兩種以上的殺菌方法相結(jié)合來對回注水進行殺菌處理，在兼顧經(jīng)濟效益與處理效果的情況下，優(yōu)選出最適合此油田回注水殺菌的方法。

（2）管道結(jié)垢。建議通過加注阻垢劑和作業(yè)清洗的方法來解決管道結(jié)垢的問題。造成管道結(jié)垢的其中一個原因是由于水中礦化度較高，并且鈣鎂離子含量、碳酸根、硫酸根離子含量直接影響結(jié)垢性質(zhì)[11]。結(jié)垢后容易造成管道的垢下點蝕，進而加速腐蝕進程。因此，需要優(yōu)選或研究適合此水處理站的阻垢劑，預防和減少垢的生成。

例如，王吉等人[12]使用丙烯酸、烯丙基聚乙二醇等制備了碳酸鹽阻垢劑，在現(xiàn)場應用后發(fā)現(xiàn)管道結(jié)垢情況得到了有效的抑制，阻垢性能優(yōu)異；李艷琦[13]通過對阻垢劑聚天冬氨酸（PASP）等阻垢劑進行阻垢性能評價，優(yōu)選出了聚天冬氨酸（PASP）阻垢劑，它能有效地抑制和減緩回注水系統(tǒng)結(jié)垢的問題。因此，需要優(yōu)選或研究適合此水處理站的阻垢劑，預防和減少垢的生成。同時應加強回注水處理站的各項設(shè)備及管道的清理工作，定期清潔管道中結(jié)垢物質(zhì)，解決管道結(jié)垢的問題。

（3）管道腐蝕。目前針對油氣田設(shè)備和管線的防腐蝕措施主要有3種：選擇耐腐蝕材料、加入緩蝕劑和使用內(nèi)壁涂層或襯里，而緩蝕劑由于其經(jīng)濟效益好、工藝簡單等優(yōu)點被廣泛使用[14]。例如，魏曉靜等人[15]通過將殺菌劑雙癸基二甲基氯化銨與多D-氨基酸復配制備了一種殺菌緩蝕劑，它可以作為緩解高礦化度油田回注水水管腐蝕的添加劑使用；郭偉等人[16]采用苯乙酮、苯甲醛、有機胺、氯化芐為原料制備緩蝕劑SH-1來保護管道，實驗證明加入此緩蝕劑后管線鋼的腐蝕速率明顯減低。張朔等人[17]在合成了一種新型吡啶季銨鹽的基礎(chǔ)上，添加炔醇、碘化鉀等助劑進行復配，得到一種新型高溫酸化緩蝕劑HTCI-1，實驗證明此緩蝕劑在高溫條件下能達到防護金屬的目的。因此，需要優(yōu)選出一種適合此油田的緩蝕劑，減緩回注水的管道腐蝕問題。

5.結(jié)論與建議

某油田水處理站的回注水微生物及礦化度超標嚴重，通過對各處理單元的水質(zhì)指標進行數(shù)據(jù)分析同時對各項設(shè)備的運行情況進行了現(xiàn)場調(diào)研與核實，提出了解決這些問題的解決方案：對于細菌問題，建議使用多種殺菌技術(shù)結(jié)合的方法對回注水進行殺菌處理。對于管道結(jié)垢的問題，建議添加阻垢劑等藥劑，并且定期對管道進行清理工作。對于管道腐蝕的問題，建議添加緩蝕劑來解決此問題。