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油田回注水处理技术及其发展趋势

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油田 注水 处理 技术 及其 发展趋势
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油 田回注水处理技术及其发展趋势吕慧超1, 左岩2( 河北 承德 067000; 北京 101312)目前我国大部分油田都已经进入石油开采的中期和后期 , 采出的原油含水率已达 70% ~ 80%, 有的油田甚至高达 90%[1]。 随着油田原油含水率的逐年增加 , 伴生的油田采出水量也不断增加 。 油田采出水的处理主要以除油和除悬浮物为主 , 处理后主要用于回注 , 但具体的处理工艺流程又根据原油品质不同 、 回用标准不同而分为多种形式 。 随着三次聚合驱采油技术的推广 , 油田采出水的处理难度也越来越大 , 目前的处理工艺很难达到处理要求 , 因此新的处理技术及产品亟待开发 。1 油田采出水的水质特点由于原油特性 、 采油方法 、 地质条件等不同 ,油田采出水的水质各异 , 但又有共性 。 石油开采过程中除了含有石油类和固体悬浮物颗粒外 , 还含有可溶性盐类 、 重金属 、 硫化氢以及一些用来改变采出水性质的化学添加剂 、 注入地层的酸 、 除氧剂 、润滑剂 、 杀菌剂 、 防垢剂等 , 总体上有以下特点 :① 油含量高 。 一般油田采出水中油的质量浓度为1 000 ~ 2 000 , 高的可达 5 000 以上 。其中 90% 以上为悬浮油和分散油 , 油珠粒径在 20 ~150 μm, 另有 5% ~ 8% 的油为乳化油 , 油珠粒径在 20 μm 以下 , 还有少量溶解油可以忽略[2]; ②收稿日期 : 2008修回日期 : 2008 目前国内油田采出水处理工艺仍以沉降 、 隔油和过滤为主 , 各油田水质条件不同 , 处理工艺也不尽相同 。 介绍了常规油田采出水 、 稠油采出水和含聚合物驱采出水的处理技术 , 应用流程 , 并对膜处理技术和三次采出水破乳除油技术进行了探讨 。 指出三次采油技术的推广 , 油田采出水处理难度越来越大 , 传统处理工艺已不能满足回注要求 , 新技术 、 新产品亟待开发 。关键词 : 油田采出水 ; 三次采油 ; 回注中图分类号 : 献标识码 : A 文章编号 :%1009-2455(2009)02-0015-04of . 67000, 2. o., 01312, of at on of of It of of of to be 0 2009·15·工 业用水与废水 0 2009富含大量的难降解有机物 , 化学需氧量高 ; ③ 含有大量的悬浮物 , 悬浮物粒径一般为 1 ~ 100μm,颗粒细小 , 容易造成地层堵塞 ; ④ 矿化度高 , 易腐蚀管路 , 给废水生化处理造成困难 ; ⑤ 富含大量微生物 , 不仅腐蚀管线 , 还易造成地层的严重堵塞 ; ⑥ 含有大量的 结垢离子 。此外 , 油田采出水又有其特殊性 。 如 : 由于原油粘度大或凝固点低 , 生产过程中需加热 , 导致采出水水温较高 。 大庆油田采出水温度为 40 ~ 45 ℃,辽河油田采出水温度高达 60 ~ 80 ℃; 聚合物驱由于高分子聚丙烯酰胺的存在 , 粘性大 , 油水分离缓慢 ; 三元复合驱不仅含有大量聚丙烯酰胺 , 还含有碱和表面活性剂 , 采出水乳化严重 , 油水很难靠自然沉降分离 ; 有些油田由于特殊的地质条件 , 采出水中含有大量的 [3]。2 油田采出水回注标准油田回注水水质标准根据油层性质不同 , 应有不同的注水水质标准 , 但概括起来注水水质应满足以下几点 : ① 注入水中应尽量少含悬浮杂质 , 其含量和颗粒粒径应不对注水井渗透端面和油层产生堵塞 ; ② 注入水质不因温度 、 压力等的改变而产生结垢 、 沉淀现象 , 也不能因地层水或地表水相混合时产生结垢或沉淀 ; ③ 注入水质对注水设备不产生腐蚀 ; ④ 注入水中的细菌繁殖不能产生新的悬浮杂质 , 更不能影响注水系统正常工作 ; ⑤ 注入水质应防止油层粘土膨胀 。 油田回注水水质控制指标见表 1[4]。3 油田回注水处理技术油田采出水回注处理技术与油田含油废水中所含杂质的种类及性质 、 油层性质 、 原油性质等密切相关 。 根据含油废水的粘稠性质可将油田采出水处理技术大致分为常规油田采出水 (即稀油废水 )回注处理工艺 、 稠油采出水回注处理工艺和含聚合物采出水回注处理工艺 。3.1 常规油田回注水处理工艺对于回注中 、 高渗透油层的含油废水 , 国内大部分油田都采用自然沉降除油 -混凝除油 -过滤除油的 “三段式 ”常规处理工艺 。 对于中 、 低渗透油层的含油废水 , 一般为 “三段式 ”处理加 “精细过滤 ”工艺 , 具有代表性的有以下几种处理工艺 。凝除油 -精细过滤当采出水中油珠粒径较小时 , 可采用混凝除油加精细过滤工艺 , 工艺流程如图 1 所示 。 目前大庆的龙连污水站 、 大港马西污水站 、 华北岔北联 、 中原文东油田等均采用这种工艺流程 。表 1 油田回注水控制指标1 of (101 级 ρ(悬浮固体 )/ (-1) < μm < )/ (-1) < 10 < 15 < 15 < 20 < 30含量 / (个 ·) 0 < 10 < 25 0 < 10 < 25 0 < 10 < 25铁细菌含量 / (个 ·) < 103< 104< 105腐生菌含量 / (个 ·) < 103< 104< 105平均腐蚀率 / (mm·a-1)点腐蚀< : 试片各面都无点腐蚀 ; : 试片有轻微点腐蚀 ; 3 级 : 试片有明显腐蚀< 100 100 ~ 600 > 600原水破乳剂缓蚀剂杀菌剂混凝剂12345 678910111213141 自然沉降罐 2 混凝沉降罐 3 缓冲罐 4 升压泵 5 核桃壳过滤器 6 多介质过滤器 7 反冲洗泵 8 反冲洗罐 9 外输罐10 外输泵 11 回收水池 12 回收水泵 13 油罐 14 油泵图 1 混凝除油加精细过滤工艺流程1 of by 6·吕 慧超 , 左岩 : 力旋流 -精细过滤当油水密度差较大时可采用水力旋流加精细过滤段工艺 , 工艺流程如图 2 所示 。 该工艺已运用于大港南三站 、 塔中四联合站 、 吉林新北采油厂联合站 、 新木采油厂联合站 、 彩南污水站 、 新疆东河塘联合站等 。浮浮选 -精细过滤当油水密度差较小时 , 一般采用气浮浮选处理加精细过滤工艺 , 工艺流程如图 3。 采用这种工艺流程的有辽河油田署一联 、 洼一联 、 曙武联 、 欢三联 、 欢丝链 、 兴一联 、 锦一联 、 新疆油田红浅联合站 、 大庆油田中七联 、 中十六联 、 南六联 、 温米污水站 、 大港南一污水站 、 冀东油田柳一联合站等 。3.2 稠油回注水处理工艺稠油采出水一般具有悬浮物含量高 、 油水密度差小 、 水温高等特点 , 含有较高的沥青质和胶类物质 , 粘滞性大 , 易形成水包油型乳化液 , 成分复杂多变[5]。 稠油废水处理后除用于回注外 , 还有部分废水经过深度处理后用于热采锅炉的给水 。 目前国内稠油采出水处理工艺最为先进的是辽河油田锦州采油厂欢三联合站 , 其工艺很有推广价值 。 工艺流程如图 4 所示 。1 自然沉降罐 2 水力旋流除油器 3 聚结器 4 压力除油罐 5 升压泵 6 核桃壳过滤器 7 多介质过滤器8 反 冲 洗 泵 9 反 冲 洗 罐 10 外 输 罐 11 外 输 泵12 回收水池 13 回收水泵 14 油罐 15 油泵图 2 水力旋流加精细过滤工艺流程2 of 567891011121314151 混凝沉降罐 2 加压溶气气浮 3 缓冲罐 4 核桃壳过滤器 5 双滤料过滤器 6 反冲洗泵 7 反冲洗罐 8 外输罐9 外输泵 10 回收水池 11 回收水泵 12 油罐 13 油泵图 3 气浮浮选加精细过滤工艺流程3 of 45678910111213混凝剂浮选剂图 4 稠油采出水处理工艺流程4 of 硅 )泥池稠油废水 调节水罐 重力除油罐 斜板除油罐 选机泥饼外运油泥反相破乳剂污油破乳剂浮选剂助凝剂污油池联合站集输系统弱酸软化器精细过滤粗过滤除硅池 热采锅炉硅泥碱 、 镁剂等回收水池反洗废水正洗 废水 再生废水中和池3.3 三次聚合驱采出水处理工艺当前聚合物驱采油技术已经大规模推广应用 ,但是随着聚合物驱溶液的加入 , 导致油 、 水分离和含油废水处理的难度加大 。 当前油田普遍采用的“二级沉淀 ”+“二级过滤 ”处理工艺已不能满足要求 ,出现了设备处理能力降低 , 沉降时间过长 、 出水水质不合格等现象 。 目前 , 国外尚未有关于含聚废水处理的详细报道 。 由于我国的含聚废水主要用于回注 , 因此处理该类废水的技术主要集中在除油和除聚合物两方面 。 据文献报道 , 中科院大连化物所承担的大港油田含聚废水回注项目已成功验收[2]。 而大庆油田开发的横向流除油器能够去除含聚废水中的油类 , 具有很高的推广价值[6]。4 油田回注水处理技术发展趋势油田回注水处理技术的关键就是除油和除悬浮物 , 而随着三次聚合驱采油技术的推广以及低渗透油层回注标准的提高 , 现有处理技术 、 设备很难达到要求 , 因此必须研究新的处理技术 , 开发更加有效的处理设备 。4.1 膜处理技术膜处理技术用于油田采出水回注处理已有广泛的研究 , 并且已在部分工程中应用 , 显示出良好的应用前景 。 目前用于油田采出水回注的膜技术主要是微滤和超滤 。 微滤膜的孔径一般为 0.1 ~ 10.0·17·工 业用水与废水 0 2009μm, 孔径较均匀 , 孔隙率一般可高达 80%, 所以在较低压力下就可以获得较大的过滤滤速 。 微滤膜的截留主要依靠筛孔分离作用 , 尺寸大于膜孔径的颗粒物可以被膜截留 。 常用的微滤膜材料通常由疏水性的聚四氟乙烯 (聚氟乙烯 (聚丙烯 ( 聚乙烯 (亲水的纤维素脂 、 聚碳酸酯( 聚砜 ( 聚酰亚胺 ( 聚酰胺 (材料经烧结 、 侵蚀 、 拉伸或相变制成 。 超滤膜介于纳滤和微滤之间 , 其孔径大小在 2 ~ 100 过滤压力为 0.1 ~ 0.5 超滤膜一般由相变法制成 , 所用材料为聚砜 (或聚醚砜 、 磺化聚醚砜 )、 聚氟乙烯 、 聚丙烯氰及相关的共聚物 。王怀林等[7]采用南京化工大学膜科学技术研究所生产的 0.2 和 0.8 μm 的陶瓷微滤膜对江苏真武油田的采出水进行处理 , 效果很好 ; 李永发等[8]用超滤膜处理胜利油田东辛采油厂预处理过的水 , 处理后油截留率为 97.7%, 能够达到低渗透油田回注水标准 ; H.H.[9]用自制的 00 ~ 11 000 的乳化液进行油水分离 , 油的去除率接近 100%。膜分离技术的优点是处理精度高 、 不需加入其它试剂 、 不产生含油污泥等 , 缺点是需对含油废水进行严格的预处理 , 膜污染问题严重 , 清洗麻烦 ,设备费用昂贵等 。 开发具有抗污染 、 破乳性强的膜组件是今后研究的发展趋势 。4.2 三次采出水的破乳除油技术我国大部分油田已进入三次采油阶段 , 聚合物驱和三元复合驱是最重要的三次采油技术 。 三次采油污水中除含有石油烃类 、 固体颗粒 、 无机盐和细菌等常规采油废水含有的物质外 , 还含有大量残余的聚合物 丙烯酰胺 )。 由于 存在 ,使得采油污水的粘度非常高 。 同时 , 三次采油废水中的油滴粒径中值很小 , 只有 3 ~ 5 μm, 而一般水驱污水中的油滴粒径为 34.57 μm, 油滴粒径小不利于其聚并和浮升 , 油水乳化程度严重 , 分离困难[10]。 目前的 “二次沉降 ”和 “二次过滤 ”工艺已不能满足处理要求 , 因此新的破乳除油技术设备急待开发 。 除了新型的破乳药剂外 , 除油设备也必须加以改进 , 将重力除油 、 聚结除油以及斜板除油技术于一体的新型除油设备是未来发展的方向 。参考文献 :[1] 潘红磊 . 油气田采油气体废水外排原因分析 [J]. 大庆石油地质与开发 , 1996, (6): 68-70.[2] 侯傲 . 油田污水回注处理现状与展望 [J]. 工业用水与废水 ,2007, 38(3): 9-12.[3] 任广萌 , 孙德智 , 王美玲 . 我国三次采油污水处理技术研究进展 [J]. 工业水处理 , 2006, 26(1): 1-4.[4] 邓波 , 丁慧 , 耿伏龙 . 油田采出水的精细过滤技术 [J]. 水处理技术 , 2006, 32(1): 73-75.[5] 王棠昱 , 黄坤 , 王元春 , 等 . 稠油污水深度处理技术探讨 [J].内蒙古石油化工 , 2007, (1): 118-121.[6] 陈忠喜 , 邓述波 , 夏福军 . 横向流除油器处理油田含油污水的研究 [J]. 工业水处理 , 2001, 21(1): 31-33.[7] 王怀林 , 王忆川 , 姜建胜 , 等 . 陶瓷微滤膜用于油田采出水处理的研究 [J]. 膜科学与技术 , 1998, 18(2): 59-64.[8] 李永发 , 徐英 , 李阳初 , 等 . 璜化聚砜超滤膜处理含油污水的实验 [J]. 水处理技术 , 2000, 26(5): 285-288.[9] H, K. of ]. 997, 32(18): 2927-2943.[10] 刘书孟 . 油田三次采油污水处理技术及回注问题研究 [D]. 上海 : 上海交通大学 , 2007.作者简介 : 吕慧超 (1980-), 女 , 河北承德人 , 工程师 , (电话 )0314-2297290(电子信箱 )26.东佛山南海投资30亿建污水处理厂广东省佛山市南海区今年计划投入 30 亿元新建 24 个污水处理项目 , 完成 170 多千米的主干管网铺设 。 据介绍 , 目前南海区生活污水与工业污水化学需氧量排放量之比为 3.68 ∶ 1, 工业污水基本实现集中处理 。 今年的化学需氧量削减工作 , 绝大部分要依靠污水处理厂进行 。 去年南海新建成 3 个污水处理厂 , 完成近 100 管网建设 。 今年南海将通过公共财政及社会融资的方式投入 30 亿元 , 集中进行污水处理厂及配套管网建设 , 到年底污水处理率达到 50%。 到 2010 年 , 完成 250配套管网铺设 , 确保桂城实际污水处理率超过 87%, 其他镇街超过 77%。摘自 中国环境报 2009息与动态 ···············································18·
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