SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水低成本處理技術(shù)

高曉鵬，喬 明，裴 格，孫繩昆

中油遼河工程有限公司，遼寧盤(pán)錦 124010

遼河油田曙光地區(qū)采用蒸汽輔助重力泄油技術(shù)（SAGD）開(kāi)發(fā)超稠油，目前已成為全國(guó)最重要的稠油、超稠油生產(chǎn)基地[1]。在生產(chǎn)過(guò)程中，SAGD注汽鍋爐利用污水深度處理站提供的軟化水生產(chǎn)高溫、高壓、高干度蒸汽，利用高干度蒸汽注入地層來(lái)進(jìn)行超稠油開(kāi)發(fā)。SAGD注汽鍋爐在生產(chǎn)高干度蒸汽時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定量的注汽鍋爐高溫分離廢水（95℃）[2]。污水深度處理站采用大孔弱酸樹(shù)脂軟化工藝生產(chǎn)軟化水時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定量的樹(shù)脂再生廢水。

SAGD高溫分離水特點(diǎn)：懸浮物及油含量低，硬度幾乎為零，總堿度及pH值高。樹(shù)脂再生廢水特點(diǎn)：鈣、鎂離子含量高，pH值低。由上述兩種廢水水質(zhì)特點(diǎn)可知，兩種廢水在管道混合輸送及最終處理過(guò)程極易結(jié)垢，堵塞管道和設(shè)備，影響管道及污水處理系統(tǒng)正常運(yùn)行[3]。

1 SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水處理現(xiàn)狀

SAGD高溫分離水在國(guó)外普遍采用MVC處理工藝，處理后的高溫水回用SAGD注汽鍋爐，用于生產(chǎn)超稠油開(kāi)發(fā)所需的高干度蒸汽，該技術(shù)成熟可靠。MVC產(chǎn)生的濃縮液經(jīng)過(guò)再次蒸發(fā)結(jié)晶，可實(shí)現(xiàn)污水零排放。由于對(duì)MVC濃縮液（蒸發(fā)量的3%～5%）進(jìn)行結(jié)晶處置的投資和運(yùn)行成本較高，進(jìn)一步增加了MVC處理工藝的投資和成本。

樹(shù)脂再生廢水的硬度及二氧化硅含量高，因此常規(guī)處理采用化學(xué)藥劑進(jìn)行化學(xué)除硬和化學(xué)除硅，而后回用于注汽鍋爐[4]。

2 SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水混凝試驗(yàn)

SAGD高溫分離水和樹(shù)脂再生廢水單獨(dú)處理費(fèi)用高，為此，根據(jù)SAGD高溫分離水和樹(shù)脂再生廢水水質(zhì)特點(diǎn)，采取“以廢治廢”的原則，將二者按特定比例混合發(fā)生混凝沉淀反應(yīng)，降低水的硬度和總礦化度，預(yù)處理后返回污水深度處理站，進(jìn)一步處理后回用SAGD注汽鍋爐給水。

2.1 SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水水質(zhì)分析

對(duì)SAGD高溫分離水（96℃）及樹(shù)脂再生廢水（72℃）進(jìn)行水質(zhì)全分析，具體分析結(jié)果見(jiàn)表1。

根據(jù)SAGD高溫分離水及樹(shù)脂再生廢水水質(zhì)特性，可判斷樹(shù)脂再生廢水中的Mg2+、Ca2+可以和SAGD高溫分離水中的OH-、CO32-發(fā)生沉淀反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)廢水中Mg2+、Ca2+的去除，反應(yīng)式如下：

2.2 SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水混凝試驗(yàn)

根據(jù)SAGD高溫分離水中CO32-、OH-質(zhì)量濃度和樹(shù)脂再生廢水中Ca2+、Mg2+的質(zhì)量濃度，結(jié)合離子化學(xué)反應(yīng)及生成物CaCO3、Mg（OH）2的溶解平衡常數(shù)KSP（碳酸鈣KSP＝8.7×10-9，氫氧化鎂KSP＝1.8×10-11）[5]進(jìn)行等當(dāng)量混合，SAGD高溫分離水∶樹(shù)脂再生廢水=395.95∶28.06?；旌虾蟪两? h，虹吸上層清液進(jìn)行水質(zhì)分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水及其混合水水質(zhì)分析結(jié)果

從表1可以看出，SAGD高溫分離水和樹(shù)脂再生廢水等當(dāng)量混合后，在未投加化學(xué)助劑的前提下，Ca2+的去除率達(dá)到了97.5%，Mg2+的去除率達(dá)到了100%，總硬度降低了98%，絕大部分的結(jié)垢離子均得到有效去除?；旌纤惺Ｓ郈a2+可經(jīng)過(guò)污水深度處理站的化學(xué)軟化或離子交換工藝進(jìn)行去除，剩余SiO2可通過(guò)化學(xué)除硅處理后回用污水深度處理站，最終回用至SAGD注汽鍋爐用水。

2.3 SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水混凝沉淀除硅試驗(yàn)

由于處理后的混合水SiO2含量依然較高，不滿(mǎn)足回用注汽鍋爐標(biāo)準(zhǔn)，因此需要進(jìn)一步進(jìn)行化學(xué)除硅處理。向混合液中加入不同除硅藥劑組合進(jìn)行藥劑篩選，經(jīng)過(guò)沉降、過(guò)濾后對(duì)濾出水進(jìn)行水質(zhì)分析。SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水除硅試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水混凝沉淀除硅試驗(yàn)結(jié)果

從表2中可以看出，采用藥劑A1+B+C+D組合以及A2+B+C+D均可以將SiO2處理至150 mg/L以下，采用A1+E+B+C+D組合雖然絮體密實(shí)，沉淀效果好，但是SiO2無(wú)法處理達(dá)標(biāo)。藥劑A2+B+C+D組合雖然處理后SiO2含量最低，但是其絮體松散，沉降效果較差，同時(shí)加藥量大，運(yùn)行成本高。經(jīng)過(guò)綜合比選，采用藥劑A1+B+C+D組合進(jìn)行混合水化學(xué)除硅。

2.4 SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水混凝時(shí)間與溫度

（1）SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水混凝絮體體積隨時(shí)間的變化。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水混凝絮體體積隨時(shí)間變化情況（25℃）

從表3可知，SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水混合后在0～0.5 h內(nèi)發(fā)生絮凝沉淀，在0.5～3 h內(nèi)發(fā)生擁擠沉淀，在3～4 h內(nèi)發(fā)生壓縮沉淀，4 h后沉淀過(guò)程結(jié)束。

（2）不同溫度下SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水的混凝沉淀試驗(yàn)。SAGD高溫分離水水溫95℃，樹(shù)脂再生廢水水溫25℃，按照等當(dāng)量進(jìn)行混合，混合水樣溫度90℃，考慮到混合反應(yīng)器的材質(zhì)及防腐涂層的溫度耐受性，以及反應(yīng)器的有效容積（反應(yīng)越迅速反應(yīng)器有效容積越小），同時(shí)考慮水中的余熱回收利用，進(jìn)行了不同溫度下SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水的混凝沉淀試驗(yàn)，具體結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 混凝時(shí)間與混凝溫度的關(guān)系

SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水按照等當(dāng)量混合后，混合水樣溫度90℃，根據(jù)表4以及圖1、圖2可以得出，混合水樣溫度越低，混凝速度越慢，形成的絮體顆粒體積越小，沉淀效果越差。混合水樣溫度達(dá)到90℃時(shí)混凝速度最快，沉淀密實(shí)，廢水停留時(shí)間最短，混凝反應(yīng)器可以小型化，節(jié)省設(shè)備投資，同時(shí)高溫水所攜帶的熱量（2.94×108J/t，溫差Δt=70℃）可回用于SAGD注汽鍋爐，SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水混凝沉降后的高溫廢水相對(duì)常溫水可節(jié)約注汽鍋爐加熱用的天然氣8.85 m3/t（注汽鍋爐熱效率按92%計(jì)）。因此SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水混凝反應(yīng)不需要進(jìn)行預(yù)降溫處理。

圖1 在25℃時(shí)SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水混凝絮體體積隨時(shí)間變化

圖2 在90℃時(shí)SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水混凝絮體體積隨時(shí)間變化

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)系列室內(nèi)試驗(yàn)可以得出以下結(jié)論：SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水進(jìn)行等當(dāng)量混凝沉淀，在不投加化學(xué)藥劑的前提下可以有效降低廢水的硬度，實(shí)現(xiàn)了“以廢治廢”，大幅降低了廢水處理費(fèi)用。篩選了除硅藥劑，在減少 投加量的前提下，實(shí)現(xiàn)了廢水中SiO2的有效去除。另外研究了高溫混凝沉淀試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了廢水高溫混凝，在降低地面工程投資的基礎(chǔ)上最大限度地保留了廢水的熱量，在回用SAGD注汽鍋爐時(shí)節(jié)約了加熱用燃料。

綜上，SAGD高溫分離水與樹(shù)脂再生廢水混凝沉淀處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低成本廢水處理，同時(shí)回收水資源及熱能，具有十分重要的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全效益，對(duì)油田的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。