油田水質的控制技術 - 污水處理

2009 年中國石油股份有限公司開展以注水為重點的“ 油田開發(fā)基礎年 ”活動，吐哈溫米油田確定為 8 個重點示范區(qū)之一。 吐哈溫米油田的回注污水 處理系統(tǒng)經過 3 a 的不斷改造，其回注污水水質得到了明顯改善，處理后污水中的懸浮物由 10 mg/L 以上降到 5 mg/L。但在運行過程中發(fā)現，處理后的回注污水水質不穩(wěn)定 、 指標波動大，水質惡化時很難在短時間內找出原因并及時采取措施，缺乏有效控制手段。 不僅干擾了設備的正常運行 ，還影響了注入井的注入能力 ，增加了水井的維護工作量。

　　有研究認為 〔1〕，水質是實現油田 “ 注夠水 、 注好水、 有效注水、 精細注水”的基礎，處理后回注污水的水質直接影響配水間及井口的水質狀況。 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 ，將整個回注污水處理系統(tǒng)合理地分成 6 個節(jié)點并制定出各節(jié)點的水質指標，每隔 6 h 進行檢測 ，對容易發(fā)生水質波動的節(jié)點進行加密巡測 ，對可能出現的問題提前做好應對措施 。 該技術有利于 及時發(fā)現并處理問題 ，保證回注污水處理后水質的長期穩(wěn)定 。

　　1 水質波動原因分析

　　溫米油田回注污水處理系統(tǒng)采用“ 兩級沉降+ 水質靜穩(wěn) +兩級過濾”工藝，具體流程見圖 1 。

圖 1 工藝流程

　　油區(qū)來水先進入 1# 沉降罐 (700 m3)，該沉降罐主要是對油區(qū)來水進行沉降和緩沖 ; 隨后進入 2# 沉降罐(700 m3)，經過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罐 ，反應罐為回注污水處理系統(tǒng)的核心設備，其中部投加堿性調節(jié)劑 ，底部投加絮凝劑，反應沉降后污水進入 1# 污水接收罐(500 m3)，再進入核桃殼過濾器、 纖維球過濾器，經兩級過濾后由注水泵外輸至計配間配注。

　　經分析認為 ，造成回注污水水質波動的原因主要為以下 2 點 ：

　　(1) 當油井進行酸洗 、酸化作業(yè)后，油區(qū)來水的pH 由7 迅速下降到 5 左右，含油量及總鐵含量迅速增加 ，嚴重影響了化學藥劑的絮凝效果 。

　　(2) 油區(qū)來水的溫度波動影響了化學藥劑的絮凝效果，導致水質波動大。

　　當混凝溫度低于30 ℃時，常用混凝劑的混凝效果較差，沉降時間長 ( 見 圖 2)，反應罐出口水質惡化; 同時水中的礦物質溶解度下降，造成過濾困難，懸浮物上升。

 圖 2 溫度對絮凝效果的影響

　　2 水質節(jié)點控制技術

　　從回注污水的處理流程可以看出 ，回注污水處理系統(tǒng)由多個處理單元組成，任何一個單元出 現故障都將影響最終的水質指標。 而水質節(jié)點控制技術就 是 將 最 終 控 制 變 為 過 程 控 制 ，在 污 水 處 理 的 除油 —絮凝反應—過濾—輸送流程中 ，從油區(qū)來水至注水泵進口分出 6 個節(jié)點 ( 見圖 1)： 節(jié)點 1 ，油區(qū)來水; 節(jié)點 2，緩沖沉降罐出口 ; 節(jié)點 3，反應罐出口 ; 節(jié)點 4，核桃殼過濾器出口 ; 節(jié)點 5，纖維球過濾器出口; 節(jié)點 6，注水泵進口 。 對每個節(jié)點的水質實施控制管理，從而保證注入水的水質 。

　　2.1 水質節(jié)點控制指標

　　綜合考慮實際運行過程中 60% 以上時間能達到 的 最 好 處 理 效 果 、 各 設 備 的 額 定 處 理 能力以及回注污水水質標準要求，確定水質控制指標，如表 1 所示。

 　　2.2 水質波動時的加藥方案

　　首先將全部集中在反應罐的 3 個加藥點增加到 6 個 (2# 沉降罐前 2 處和過濾器提升泵前 1 處 )，并對各個加藥點投加的化學藥劑進行篩選，主要篩選了油區(qū)來水低溫時的混凝劑 ，以及 pH 降低 、 含鐵量增加時的除鐵氧化劑 ，同時又針對各種來水的 水質變化情況，通過室內試驗和現場應用制定出各種藥劑投加應急方案。

　　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量分數為 1%的水溶液 ，然后取500 mL 現場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 后觀察水質情況，結果見表 2。

　　由表 2 可見，在 4 種測試溫度下 ，硫酸鋁的混凝效果在 35 ℃以上時較好，而聚合鐵的適應能力強 ，各種溫度條件下都能獲得良好的混凝結果 。

　　2.2.2 氧化劑的篩選

　　對雙氧水 、次氯酸鈣 、高錳酸鉀 、穩(wěn)態(tài)二氧化氯進行對比試驗〔4, 5〕，步 驟 如 下 ： 分 別 取 1 000 mL 污水 ，依次編號 1~4 號 ，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 堿性調節(jié)劑 、75 mg/L 硫酸鋁 、4 mg/L PAM，充分攪拌過濾后 ，測定濾液的各項指標，見表 3。 由表 3 數據可見，將 4 種氧化劑與其他藥劑聯(lián)合使用后 ，除鐵效果都能達到標準要求。 考慮到現場工藝的復雜情況，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# 沉降罐進口 ，穩(wěn)態(tài)二氧化氯與硫酸鋁混合，在管道泵前加入。

　　3 應用效果評價

　　溫米油田回注污水系統(tǒng)采用水質節(jié)點控制技術后 ，各項水質指標均能按方案運行并大幅提高，見表 4、 表 5。

　　從表 4 可以看出 ，處理后水質的各項指標均能達標，注水泵進口處的懸浮物由原來的 11.6 mg/L 下降到 5.83 mg/L，并穩(wěn)定控制在 6.0 mg/L 以下 ; 回注污水水質達標率也大大提高。 從表 5 可以看出 ，粒徑中值、 含油量均 100%達標，水質綜合達標率達到 85.4%，提高了 17.1%。 在油區(qū)來水異常情況下 ，該技術大大縮短了異常來水影響時間 ，且處理后水質也得到保證，水質波動時間由原來的 10 d/月下降到目前的 2 d/月 ，設備正常運行時 率也由原來的 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 工作量大幅減少 ，由原來的 7.7 次/井次下降到 6.9 次/井次 ，下降總井次達到 80 井次 ，取得了良好的應用效果 。

　　4 結論

　　采用水質節(jié)點控制技術后 ，溫米油田的污水處理效果得到有效提高，可節(jié)省維護成本總費用 101.5 萬元，為其他油田提供了較好的借鑒。