油田水質(zhì)的控制技術(shù) - 污水處理

2009 年中國(guó)石油股份有限公司開(kāi)展以注水為重點(diǎn)的“ 油田開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)年 ”活動(dòng)，吐哈溫米油田確定為 8 個(gè)重點(diǎn)示范區(qū)之一。 吐哈溫米油田的回注污水 處理系統(tǒng)經(jīng)過(guò) 3 a 的不斷改造，其回注污水水質(zhì)得到了明顯改善，處理后污水中的懸浮物由 10 mg/L 以上降到 5 mg/L。但在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，處理后的回注污水水質(zhì)不穩(wěn)定 、 指標(biāo)波動(dòng)大，水質(zhì)惡化時(shí)很難在短時(shí)間內(nèi)找出原因并及時(shí)采取措施，缺乏有效控制手段。 不僅干擾了設(shè)備的正常運(yùn)行 ，還影響了注入井的注入能力 ，增加了水井的維護(hù)工作量。

　　有研究認(rèn)為 〔1〕，水質(zhì)是實(shí)現(xiàn)油田 “ 注夠水 、 注好水、 有效注水、 精細(xì)注水”的基礎(chǔ)，處理后回注污水的水質(zhì)直接影響配水間及井口的水質(zhì)狀況。 因此，提高回注污水處理效果顯得尤為重要。

　　筆者采用一種 新的控制手段 ，將整個(gè)回注污水處理系統(tǒng)合理地分成 6 個(gè)節(jié)點(diǎn)并制定出各節(jié)點(diǎn)的水質(zhì)指標(biāo)，每隔 6 h 進(jìn)行檢測(cè) ，對(duì)容易發(fā)生水質(zhì)波動(dòng)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加密巡測(cè) ，對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題提前做好應(yīng)對(duì)措施 。 該技術(shù)有利于 及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理問(wèn)題 ，保證回注污水處理后水質(zhì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定 。

　　1 水質(zhì)波動(dòng)原因分析

　　溫米油田回注污水處理系統(tǒng)采用“ 兩級(jí)沉降+ 水質(zhì)靜穩(wěn) +兩級(jí)過(guò)濾”工藝，具體流程見(jiàn)圖 1 。

圖 1 工藝流程

　　油區(qū)來(lái)水先進(jìn)入 1# 沉降罐 (700 m3)，該沉降罐主要是對(duì)油區(qū)來(lái)水進(jìn)行沉降和緩沖 ; 隨后進(jìn)入 2# 沉降罐(700 m3)，經(jīng)過(guò)加藥處理后再次沉降 ，至此系統(tǒng)已除去絕大部分污油和 大顆粒懸浮物 ; 回注污水再由管道泵輸送到反應(yīng)罐 ，反應(yīng)罐為回注污水處理系統(tǒng)的核心設(shè)備，其中部投加堿性調(diào)節(jié)劑 ，底部投加絮凝劑，反應(yīng)沉降后污水進(jìn)入 1# 污水接收罐(500 m3)，再進(jìn)入核桃殼過(guò)濾器、 纖維球過(guò)濾器，經(jīng)兩級(jí)過(guò)濾后由注水泵外輸至計(jì)配間配注。

　　經(jīng)分析認(rèn)為 ，造成回注污水水質(zhì)波動(dòng)的原因主要為以下 2 點(diǎn) ：

　　(1) 當(dāng)油井進(jìn)行酸洗 、酸化作業(yè)后，油區(qū)來(lái)水的pH 由7 迅速下降到 5 左右，含油量及總鐵含量迅速增加 ，嚴(yán)重影響了化學(xué)藥劑的絮凝效果 。

　　(2) 油區(qū)來(lái)水的溫度波動(dòng)影響了化學(xué)藥劑的絮凝效果，導(dǎo)致水質(zhì)波動(dòng)大。

　　當(dāng)混凝溫度低于30 ℃時(shí)，常用混凝劑的混凝效果較差，沉降時(shí)間長(zhǎng) ( 見(jiàn) 圖 2)，反應(yīng)罐出口水質(zhì)惡化; 同時(shí)水中的礦物質(zhì)溶解度下降，造成過(guò)濾困難，懸浮物上升。

 圖 2 溫度對(duì)絮凝效果的影響

　　2 水質(zhì)節(jié)點(diǎn)控制技術(shù)

　　從回注污水的處理流程可以看出 ，回注污水處理系統(tǒng)由多個(gè)處理單元組成，任何一個(gè)單元出 現(xiàn)故障都將影響最終的水質(zhì)指標(biāo)。 而水質(zhì)節(jié)點(diǎn)控制技術(shù)就 是 將 最 終 控 制 變 為 過(guò) 程 控 制 ，在 污 水 處 理 的 除油 —絮凝反應(yīng)—過(guò)濾—輸送流程中 ，從油區(qū)來(lái)水至注水泵進(jìn)口分出 6 個(gè)節(jié)點(diǎn) ( 見(jiàn)圖 1)： 節(jié)點(diǎn) 1 ，油區(qū)來(lái)水; 節(jié)點(diǎn) 2，緩沖沉降罐出口 ; 節(jié)點(diǎn) 3，反應(yīng)罐出口 ; 節(jié)點(diǎn) 4，核桃殼過(guò)濾器出口 ; 節(jié)點(diǎn) 5，纖維球過(guò)濾器出口; 節(jié)點(diǎn) 6，注水泵進(jìn)口 。 對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的水質(zhì)實(shí)施控制管理，從而保證注入水的水質(zhì) 。

　　2.1 水質(zhì)節(jié)點(diǎn)控制指標(biāo)

　　綜合考慮實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中 60% 以上時(shí)間能達(dá)到 的 最 好 處 理 效 果 、 各 設(shè) 備 的 額 定 處 理 能力以及回注污水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，確定水質(zhì)控制指標(biāo)，如表 1 所示。

 　　2.2 水質(zhì)波動(dòng)時(shí)的加藥方案

　　首先將全部集中在反應(yīng)罐的 3 個(gè)加藥點(diǎn)增加到 6 個(gè) (2# 沉降罐前 2 處和過(guò)濾器提升泵前 1 處 )，并對(duì)各個(gè)加藥點(diǎn)投加的化學(xué)藥劑進(jìn)行篩選，主要篩選了油區(qū)來(lái)水低溫時(shí)的混凝劑 ，以及 pH 降低 、 含鐵量增加時(shí)的除鐵氧化劑 ，同時(shí)又針對(duì)各種來(lái)水的 水質(zhì)變化情況，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用制定出各種藥劑投加應(yīng)急方案。

　　2.2.1 混凝劑的篩選

　　主 要 考 察 了 硫 酸 鋁 和 聚 合 鐵 兩 種 混 凝 劑 〔2, 3〕。首先將藥劑稀釋成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1%的水溶液 ，然后取500 mL 現(xiàn)場(chǎng)未加藥的污水置于廣 口瓶中 ，加入藥劑并攪拌，在水浴中按要求升溫，沉降 1 h 后觀察水質(zhì)情況，結(jié)果見(jiàn)表 2。

　　由表 2 可見(jiàn)，在 4 種測(cè)試溫度下 ，硫酸鋁的混凝效果在 35 ℃以上時(shí)較好，而聚合鐵的適應(yīng)能力強(qiáng) ，各種溫度條件下都能獲得良好的混凝結(jié)果 。

　　2.2.2 氧化劑的篩選

　　對(duì)雙氧水 、次氯酸鈣 、高錳酸鉀 、穩(wěn)態(tài)二氧化氯進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)〔4, 5〕，步 驟 如 下 ： 分 別 取 1 000 mL 污水 ，依次編號(hào) 1~4 號(hào) ，分別加入雙氧水 、 次氯酸鈣 、高錳酸鉀 、 穩(wěn)態(tài)二氧化氯( 活化后 )10 mg/L，攪拌，再分別依次加入 100 mg/L 堿性調(diào)節(jié)劑 、75 mg/L 硫酸鋁 、4 mg/L PAM，充分?jǐn)嚢柽^(guò)濾后 ，測(cè)定濾液的各項(xiàng)指標(biāo)，見(jiàn)表 3。 由表 3 數(shù)據(jù)可見(jiàn)，將 4 種氧化劑與其他藥劑聯(lián)合使用后 ，除鐵效果都能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。 考慮到現(xiàn)場(chǎng)工藝的復(fù)雜情況，最終選擇高錳酸鉀和穩(wěn)態(tài)二氧化氯作氧化劑 ，高錳酸鉀加在 2# 沉降罐進(jìn)口 ，穩(wěn)態(tài)二氧化氯與硫酸鋁混合，在管道泵前加入。

　　3 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

　　溫米油田回注污水系統(tǒng)采用水質(zhì)節(jié)點(diǎn)控制技術(shù)后 ，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均能按方案運(yùn)行并大幅提高，見(jiàn)表 4、 表 5。

　　從表 4 可以看出 ，處理后水質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)標(biāo)，注水泵進(jìn)口處的懸浮物由原來(lái)的 11.6 mg/L 下降到 5.83 mg/L，并穩(wěn)定控制在 6.0 mg/L 以下 ; 回注污水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率也大大提高。 從表 5 可以看出 ，粒徑中值、 含油量均 100%達(dá)標(biāo)，水質(zhì)綜合達(dá)標(biāo)率達(dá)到 85.4%，提高了 17.1%。 在油區(qū)來(lái)水異常情況下 ，該技術(shù)大大縮短了異常來(lái)水影響時(shí)間 ，且處理后水質(zhì)也得到保證，水質(zhì)波動(dòng)時(shí)間由原來(lái)的 10 d/月下降到目前的 2 d/月 ，設(shè)備正常運(yùn)行時(shí) 率也由原來(lái)的 76.67% 上升到 93.4%，注水井的正常注水能力得以保證，且注水井的維護(hù) 工作量大幅減少 ，由原來(lái)的 7.7 次/井次下降到 6.9 次/井次 ，下降總井次達(dá)到 80 井次 ，取得了良好的應(yīng)用效果 。

　　4 結(jié)論

　　采用水質(zhì)節(jié)點(diǎn)控制技術(shù)后 ，溫米油田的污水處理效果得到有效提高，可節(jié)省維護(hù)成本總費(fèi)用 101.5 萬(wàn)元，為其他油田提供了較好的借鑒。