油田水质的控制技术 - 污水处理

2009 年中国石油股份有限公司开展以注水为重点的“ 油田开发基础年 ”活动，吐哈温米油田确定为 8 个重点示范区之一。 吐哈温米油田的回注污水 处理系统经过 3 a 的不断改造，其回注污水水质得到了明显改善，处理后污水中的悬浮物由 10 mg/L 以上降到 5 mg/L。但在运行过程中发现，处理后的回注污水水质不稳定 、 指标波动大，水质恶化时很难在短时间内找出原因并及时采取措施，缺乏有效控制手段。 不仅干扰了设备的正常运行 ，还影响了注入井的注入能力 ，增加了水井的维护工作量。

　　有研究认为 〔1〕，水质是实现油田 “ 注够水 、 注好水、 有效注水、 精细注水”的基础，处理后回注污水的水质直接影响配水间及井口的水质状况。 因此，提高回注污水处理效果显得尤为重要。

　　笔者采用一种 新的控制手段 ，将整个回注污水处理系统合理地分成 6 个节点并制定出各节点的水质指标，每隔 6 h 进行检测 ，对容易发生水质波动的节点进行加密巡测 ，对可能出现的问题提前做好应对措施 。 该技术有利于 及时发现并处理问题 ，保证回注污水处理后水质的长期稳定 。

　　1 水质波动原因分析

　　温米油田回注污水处理系统采用“ 两级沉降+ 水质静稳 +两级过滤”工艺，具体流程见图 1 。

图 1 工艺流程

　　油区来水先进入 1# 沉降罐 (700 m3)，该沉降罐主要是对油区来水进行沉降和缓冲 ; 随后进入 2# 沉降罐(700 m3)，经过加药处理后再次沉降 ，至此系统已除去绝大部分污油和 大颗粒悬浮物 ; 回注污水再由管道泵输送到反应罐 ，反应罐为回注污水处理系统的核心设备，其中部投加碱性调节剂 ，底部投加絮凝剂，反应沉降后污水进入 1# 污水接收罐(500 m3)，再进入核桃壳过滤器、 纤维球过滤器，经两级过滤后由注水泵外输至计配间配注。

　　经分析认为 ，造成回注污水水质波动的原因主要为以下 2 点 ：

　　(1) 当油井进行酸洗 、酸化作业后，油区来水的pH 由7 迅速下降到 5 左右，含油量及总铁含量迅速增加 ，严重影响了化学药剂的絮凝效果 。

　　(2) 油区来水的温度波动影响了化学药剂的絮凝效果，导致水质波动大。

　　当混凝温度低于30 ℃时，常用混凝剂的混凝效果较差，沉降时间长 ( 见 图 2)，反应罐出口水质恶化; 同时水中的矿物质溶解度下降，造成过滤困难，悬浮物上升。

 图 2 温度对絮凝效果的影响

　　2 水质节点控制技术

　　从回注污水的处理流程可以看出 ，回注污水处理系统由多个处理单元组成，任何一个单元出 现故障都将影响最终的水质指标。 而水质节点控制技术就 是 将 最 终 控 制 变 为 过 程 控 制 ，在 污 水 处 理 的 除油 —絮凝反应—过滤—输送流程中 ，从油区来水至注水泵进口分出 6 个节点 ( 见图 1)： 节点 1 ，油区来水; 节点 2，缓冲沉降罐出口 ; 节点 3，反应罐出口 ; 节点 4，核桃壳过滤器出口 ; 节点 5，纤维球过滤器出口; 节点 6，注水泵进口 。 对每个节点的水质实施控制管理，从而保证注入水的水质 。

　　2.1 水质节点控制指标

　　综合考虑实际运行过程中 60% 以上时间能达到 的 最 好 处 理 效 果 、 各 设 备 的 额 定 处 理 能力以及回注污水水质标准要求，确定水质控制指标，如表 1 所示。

 　　2.2 水质波动时的加药方案

　　首先将全部集中在反应罐的 3 个加药点增加到 6 个 (2# 沉降罐前 2 处和过滤器提升泵前 1 处 )，并对各个加药点投加的化学药剂进行筛选，主要筛选了油区来水低温时的混凝剂 ，以及 pH 降低 、 含铁量增加时的除铁氧化剂 ，同时又针对各种来水的 水质变化情况，通过室内试验和现场应用制定出各种药剂投加应急方案。

　　2.2.1 混凝剂的筛选

　　主 要 考 察 了 硫 酸 铝 和 聚 合 铁 两 种 混 凝 剂 〔2, 3〕。首先将药剂稀释成质量分数为 1%的水溶液 ，然后取500 mL 现场未加药的污水置于广 口瓶中 ，加入药剂并搅拌，在水浴中按要求升温，沉降 1 h 后观察水质情况，结果见表 2。

　　由表 2 可见，在 4 种测试温度下 ，硫酸铝的混凝效果在 35 ℃以上时较好，而聚合铁的适应能力强 ，各种温度条件下都能获得良好的混凝结果 。

　　2.2.2 氧化剂的筛选

　　对双氧水 、次氯酸钙 、高锰酸钾 、稳态二氧化氯进行对比试验〔4, 5〕，步 骤 如 下 ： 分 别 取 1 000 mL 污水 ，依次编号 1~4 号 ，分别加入双氧水 、 次氯酸钙 、高锰酸钾 、 稳态二氧化氯( 活化后 )10 mg/L，搅拌，再分别依次加入 100 mg/L 碱性调节剂 、75 mg/L 硫酸铝 、4 mg/L PAM，充分搅拌过滤后 ，测定滤液的各项指标，见表 3。 由表 3 数据可见，将 4 种氧化剂与其他药剂联合使用后 ，除铁效果都能达到标准要求。 考虑到现场工艺的复杂情况，最终选择高锰酸钾和稳态二氧化氯作氧化剂 ，高锰酸钾加在 2# 沉降罐进口 ，稳态二氧化氯与硫酸铝混合，在管道泵前加入。

　　3 应用效果评价

　　温米油田回注污水系统采用水质节点控制技术后 ，各项水质指标均能按方案运行并大幅提高，见表 4、 表 5。

　　从表 4 可以看出 ，处理后水质的各项指标均能达标，注水泵进口处的悬浮物由原来的 11.6 mg/L 下降到 5.83 mg/L，并稳定控制在 6.0 mg/L 以下 ; 回注污水水质达标率也大大提高。 从表 5 可以看出 ，粒径中值、 含油量均 100%达标，水质综合达标率达到 85.4%，提高了 17.1%。 在油区来水异常情况下 ，该技术大大缩短了异常来水影响时间 ，且处理后水质也得到保证，水质波动时间由原来的 10 d/月下降到目前的 2 d/月 ，设备正常运行时 率也由原来的 76.67% 上升到 93.4%，注水井的正常注水能力得以保证，且注水井的维护 工作量大幅减少 ，由原来的 7.7 次/井次下降到 6.9 次/井次 ，下降总井次达到 80 井次 ，取得了良好的应用效果 。

　　4 结论

　　采用水质节点控制技术后 ，温米油田的污水处理效果得到有效提高，可节省维护成本总费用 101.5 万元，为其他油田提供了较好的借鉴。