大慶油田采出水處理技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

1、大慶油田采出水處理技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展摘要：隨著油田的開發(fā)發(fā)展，大慶油田采出水處理經(jīng)歷了三個階段：開發(fā)初期常規(guī)采出水處理階段；深度處理階段和聚驅(qū)采出水處理階段。本文概述了采出水處理技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展演變，簡要介紹了各階段的處理工藝和針對存在的問題所進行的技術(shù)改進，以及近年來對新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用。為了更好的發(fā)揮采出水處理在油田可持續(xù)發(fā)展中的重要作用，本文提出了在油田開發(fā)后期，綜合含水率升高，聚驅(qū)采油技術(shù)推廣后，采出水處理技術(shù)所面臨的困難和今后的技術(shù)發(fā)展方向。1 前言大慶油田從六十年代開發(fā)建設(shè)，發(fā)展到會天，油田采出水處理技術(shù)在油田的持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、保護生態(tài)環(huán)境等諸多方面發(fā)揮著重要作用。將采出水處理后回注于

2、油層，不僅可以回收水中的原油、實現(xiàn)水的循環(huán)利用、減少環(huán)境污染，而目提供了充足的注水水源、節(jié)約大量的淡水資源，取得了顯著的經(jīng)濟技益和社會效益。采出水處理在油田開發(fā)的不同時期，均擔(dān)當(dāng)著重要的角色。伴隨著油田開發(fā)的不同時期，大慶油田采出水處理總體上可劃分為三個階段。第一階段：油田開發(fā)初期，低含水時的干出水處理階段。主要滿足高滲透油層的注水水質(zhì)要求，這是一條主線，貫穿于油田開發(fā)的始終。第二階段：油田由低含水逐步為中含水，井網(wǎng)加密時期的采出水深度處理階段。該階段始于1991年，主要對經(jīng)處理后達到高滲透油層注水要求的采出水進行深度處理，以滿足中、低滲透油層的注水水質(zhì)要求。第三階段：油田開發(fā)后期高含水及聚驅(qū)

3、開采時期的采出水處理階段。這個階段從1997年設(shè)計建站開始，僅有三年歷史。也是油田采出水處理中出現(xiàn)的新課題，目前尚未找到簡單且行之有效的處理技術(shù)。2 采出水處理技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展演變自1969年第一座標(biāo)志性的采出水處理站-東油庫采出水處理站的設(shè)計建成，到1999年底，大慶油田采出水處理技術(shù)并走過了三十年的歷程。三十年來，大慶油田共建成各種類型的采出水處理站123座，總處理規(guī)模達到231.35×104m3d。對各種類型的采出水處理站，投其工藝流程的不同，統(tǒng)計情況見下表1。表1  大慶油田采出水處理站工藝流程分類統(tǒng)計表起始時間類別建站數(shù)量建站規(guī)模（104m3/d）典型站例站別工藝

4、流程1969-1999水驅(qū)采出水處理站三段流程23座41.5北二兩段流程16座54.14喇1粗?；鞒?6座34.15北11991-1999水驅(qū)采出水深度處理站兩極單向過濾22座27.10北十一兩級雙向過濾21座36.1杏十五-1兩次除油兩級過濾11座3.86南六1996-1999聚合物驅(qū)采出水處理站三段流程13座30.50聚中一四段流程（試驗站）1座4.0聚北十三合計123座231.3從上面的表中可以看出大慶油田采出水處理工藝流程的發(fā)展演變過程，以下按各類采出水處理流程的發(fā)展順序分別做簡要的闡述。2.1 自然除油+混凝除油+過濾流程（三段流程）該流程是油田開發(fā)初期，在不斷探索和現(xiàn)場試驗研究基

5、礎(chǔ)上確定的處理工藝。后來采用的不同處理流程，都是在此基礎(chǔ)上完善、發(fā)展起來的。該工藝首先于1969年應(yīng)用在東油庫采出水處理站，并獲得成功，隨后在北二、西一、南四、中三、喇一、喇二、喇三、北1等采出水處理站推廣使用。主要解決油田開發(fā)初期，脫水站脫出水的油水分離問題，實現(xiàn)污油回收，并將處理后水回注高滲透油層。典型的工藝流程見圖1（其中過濾形式有重力和壓力兩種）。該工藝通過多年的設(shè)計研究和生產(chǎn)運行總結(jié)，已形成一套從理論到實踐較為完整的處理技術(shù)。實踐證明，該工藝具有除油效率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定，維護管理方便等諸多優(yōu)點，因而得到廣泛的應(yīng)用。2.2 混凝除油+過濾流程（兩段流程）隨著脫水站破乳劑質(zhì)量的提高及脫水

6、技術(shù)的發(fā)展，脫水站脫出的采出水中含油量已較大幅度降低，經(jīng)過一次除油罐處理后的采出水中，含油量在正常情況下己能達到100mgL以下。因此在1974年以后設(shè)計的一部分處理站采用了二段處理工藝，即改為“混凝除油+過濾”流程。典型的兩段處理流程見圖2。 在流程簡化的同時，對處理工藝和處理構(gòu)筑物進行了一些改進和革新。如引進無閥濾池技術(shù)，結(jié)合采出水特點，研制出了單閥濾罐，實現(xiàn)濾罐自動反沖洗，減輕了操作工人的勞動強度，節(jié)約了反沖洗泵和反沖洗罐；將除油罐的集配水管路由原來的中心筒方孔式和穿孔管式，改為輻射狀喇叭口梅花點布置，使集、配水均勻合理，解決了穿孔管結(jié)垢、孔眼堵塞等問題；除油罐的出水由管式出水改為可調(diào)堰

7、出水，解決了處理站投產(chǎn)初期，因處理水量達不到設(shè)計負(fù)荷，致使收油困難的問題，出使各組濾罐的進水分配更均衡，這些成功技術(shù)一直沿用到今天。2.3 粗?；?混凝除油+過濾流程 粗粒化技術(shù)是大慶油田率先研究和使用的技術(shù)，1981年在北-1、南六采出水處理站首次應(yīng)用。主要是針對污水中的分散油和乳化油，使小油珠聚結(jié)成大油珠而易于重力分離，從而提高處理效率、縮小除油罐體積、縮短建設(shè)周期、節(jié)省基建投資。采用粗?；夹g(shù)，能夠更好地適應(yīng)采出水水量日益增長的需要。這一技術(shù)的應(yīng)用對提高當(dāng)時處理設(shè)備的處理效果和處理能力，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟意義。其典型的流程如圖3所示。到80年代中后期，由于油田開發(fā)方式發(fā)生變化，大批油井由

8、自噴采油轉(zhuǎn)為機械采油，采出水中出現(xiàn)大量泥砂。粗?；b置因易被泥砂堵塞而失去了粗粒化作用，該技術(shù)的應(yīng)用得以終止。污水中大量泥砂的出現(xiàn)，使水處理由原來的油、水兩相分離改為油、泥、水三相分離，為此恢復(fù)了一次除油罐，也使沉寂多年的斜板沉降技術(shù)在油田重新得到應(yīng)用。同時為適應(yīng)污水中的泥砂，相應(yīng)地進行了以下幾項技術(shù)改進：1、除油罐內(nèi)設(shè)置斜板，既可提高除油效率，又可去除水中大量的泥砂，使停留時間由4h變?yōu)?h，處理效率提高一倍；2、在除油罐底部留有足夠的積泥高度（1.0m左右），集水管口設(shè)置斜板箱，以利于泥水分離，罐底部設(shè)置沖泥管和排泥管等；3、因采出水中所含泥砂導(dǎo)致濾罐阻力增加、過濾周期縮短、反沖洗不徹底、

9、濾后水質(zhì)變差等問題，對單閥濾罐內(nèi)部濾料及支撐結(jié)構(gòu)重新設(shè)計，采用不銹鋼篩網(wǎng)配水及采用雙層或多層濾料代替單一介質(zhì)的石英砂濾料，以提高截污能力。針對采出水處理過程中出現(xiàn)的各種問題，經(jīng)過對處理工藝不斷的改進和完善，有效地提高了采出水處理工藝的適應(yīng)能力和整體水平，保證了處理后水質(zhì)達到了高滲透油層的注水標(biāo)準(zhǔn)。2.4 深度處理流程隨著外圍油田、老區(qū)表外儲層等低滲透油層的開發(fā)，為了滿足低滲透油層的注水水質(zhì)要求，大慶油田自1991年開始建設(shè)采出水深度處理站。大部分深度處理是對經(jīng)處理已達到高滲透油層注水指標(biāo)的采出水進行再處理，主要采用兩次壓力過濾工藝。通過大量的試驗證明，對于經(jīng)過常規(guī)工藝處理后的采出水，再經(jīng)兩級石

10、英砂慢速過濾（一級濾速8mh，二級濾速4mh），在正常情況下可以達到低滲透油層注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。1991年建成的北十一、杏十六采出水深度處理站均采用了此種處理工藝。其特點是流程簡單、操作管理方便、處理效果好，但同時也在在著濾速低、濾罐多、占地大等缺點，處理量不宜過大，處理規(guī)模受到一定的限制。為了更有效地提高過濾效果，達到提高濾速、減少占地、降低工程造價的目的，在上述處理工藝基礎(chǔ)上，對濾層結(jié)構(gòu)進行了調(diào)整。采用無煙煤、石英砂、磁鐵礦等多層介質(zhì)濾料代替單一介質(zhì)的石英砂濾料。由于多層濾料級配合理、濾床利用率高，可以提高濾罐截污能力，將濾速提高了一倍（一次為16m/l，二次為8mh），節(jié)省了大量工程投資和占

11、地，效益顯著。為了進一步提高濾速，我院又研制開發(fā)了雙向過濾器，在杏十五-1采出水深度處理站首次應(yīng)用成功。一切濾速提高到31.4mh，二次濾速提高到17mh。與石英砂慢速過濾工藝相比較，濾速提高了4倍；與多層濾料過濾工藝相比較，濾速提高了2倍。雙向過濾工藝在節(jié)省占地方面具有顯著優(yōu)勢，自用水量也很小，輔助流程的回收水池、反沖洗罐等容積大力減少。但由于雙向過濾器的上、下向濾速比必須采用計算機程序控制，控制系統(tǒng)所占投資的比例較大，工程投資相對較大，且對管理、維護要求高，近幾年已不再采用。2.5 聚合物采出水處理流程聚合物采出水處理是油田水處理領(lǐng)域近年來面臨的新課題。因油系統(tǒng)采用超高分子聚合物注入地下驅(qū)

12、油，采出水中含有一定濃度的聚臺物，導(dǎo)致采出水的粘度增加，油、水、泥的分離難度增大，且原水中的含油量、含泥量等增加也較多，進一步增加處理難度。雖然經(jīng)過幾年的技術(shù)攻關(guān)，目前仍未找到簡捷、適用的處理工藝。因此，從1997年至今建設(shè)的聚合物采出水處理站，仍然采用“自然除油+混凝除油+壓力過濾”三段處理工藝。所不同的是增加水在除油罐內(nèi)的停留時間，一次除油罐設(shè)定為10.3h（1999年減少為8.0h），二次除油罐設(shè)定為5.4h（1999年減少為4.0h）；過濾工藝仍然采用單層石英砂濾罐，濾速設(shè)定為8.Sm/h；處理后水質(zhì)指標(biāo)也放寬為含油30mgL，懸浮物30mgL。3 近年來新技術(shù)、新工藝的采用3.1 核

13、桃殼過濾技術(shù)的應(yīng)用核桃殼過濾技術(shù)是80年代中后期在國內(nèi)發(fā)展起來的，陸上、海上油田應(yīng)用的很廣泛，國內(nèi)早己有能力成套生產(chǎn)。大慶油田應(yīng)用的較晚，九十年代中期在外圍油田有零星應(yīng)用。1998年建成的“南- 1采出水處理站”，因規(guī)模大、濾罐數(shù)量多，而采用核跳殼過濾器，是大慶油田首次大量應(yīng)用，獲得了很好的效果。該技術(shù)自有濾速高（可達20mh以上）、截污能力強、水洗強度低（6-8Ls.m2）等優(yōu)點，反洗時輔助以機械攪拌，反沖洗效果好?？朔耸⑸盀V罐固有的濾速低、反沖洗強度大等缺點，極具推廣使用價值。在1998年之后建設(shè)的水驅(qū)采出水處理工程中，已普遍用于一級過濾，但在聚驅(qū)采出水處理工程中暫未應(yīng)用。3.2 浮選

14、技術(shù)的應(yīng)用大慶油田1993年首次引進國外“誘導(dǎo)氣浮”及“雙濾料過濾”處理技術(shù)，應(yīng)用干南六采出水處理站，并獲得成功。由于當(dāng)時設(shè)備、儀表等尚未實現(xiàn)國產(chǎn)化，因而未能在油田推廣使用。隨著聚驅(qū)采油的推廣，在水驅(qū)污水中也發(fā)現(xiàn)含有聚合物，導(dǎo)致油水分離難度加大。因此為了提高處理效率、節(jié)省投資和占地，根據(jù)在采油一廠的初步試驗結(jié)果，采用“噴射浮選除油+核桃殼過濾”處理工藝，于2000年8月建成北-3采出水處理試驗站。投產(chǎn)初期，在處理水量較小、原水含油量500mg/L、聚合物含量100mgL的情況下，處理后水質(zhì)基本滿足高滲透油層注水指標(biāo)。但還有待于水量增加或含油含聚濃度增加后的進一步驗證。雖然氣浮選除油具有停留時間

15、短（18min），除油效率高（達90以上），占地小，以其代替二級除油罐可節(jié)省大量投資和占地等優(yōu)點。但由于回收的污油為泡沫油，并且氣浮設(shè)備局部無積泥空間，排出污泥的含水率高（達97）等缺點。在收油系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)方面須采取相應(yīng)的措施，如設(shè)置污泥濃縮脫水工藝采用容積式收油泵等。4 今后面臨的困難及技術(shù)發(fā)展方向根據(jù)大慶油田未來的發(fā)展形勢，油田中后期的采出水量會越來越大，加上聚合物驅(qū)油、三元復(fù)合驅(qū)油等技術(shù)的深入應(yīng)用，采出水的成份會越來越復(fù)雜，處理難度也會越來越大。采用高效節(jié)能、維護管理方便、低投入、低成本的處理技術(shù)是將來的發(fā)展趨勢，也是會后大慶油田采出水處理技術(shù)的發(fā)展方向。在會后的工作中，應(yīng)重點解決如下

16、幾個問題。4.1 低滲透油層的懸浮物超標(biāo)問題目前老區(qū)及外圍的低滲透油田，因國內(nèi)采出水精細(xì)過濾技術(shù)尚不成熟，油田也沒有應(yīng)用。存在深度處理后水中懸浮物含量超標(biāo)、粒徑不合格的現(xiàn)象。針對這一問題，近年來主要在過濾系統(tǒng)進行技術(shù)改造，調(diào)整濾料級配、強化反洗效果等，但效果不明顯。由于纖維球濾料在重力和水力作用下，可形成理想的孔隙分布，對懸浮物的去除效果很好，經(jīng)改性后的纖維球具有憎油性，能充分發(fā)揮去除懸浮物的潛力，可以作為油田采出水的精細(xì)過濾器。試驗證實：“改性纖維取過濾器”在進水含油20mg/L、懸浮物20mgL的情況下，濾后水含油量2mg/l、懸浮物mg/L、d502um, Zum，效果非常理想。目前我院

17、正準(zhǔn)備在2001年的產(chǎn)能工程中進行現(xiàn)現(xiàn)場試驗。4.2 外排系出水的達標(biāo)排放問題隨著油田后期含水率的上升及區(qū)域性注采不平衡，油田外排采出水量會逐年增加。采出水是以石油污染為主的有機污染廢水，其特點是礦化度高、含油、合化學(xué)助劑等，成份復(fù)雜，COD遠(yuǎn)高于BOD。若處理至國家排放標(biāo)準(zhǔn)，目前尚無成熟技術(shù)。而國家對環(huán)境保護的要求日趨嚴(yán)格，尋求簡單而行之有效的處理工藝，使油田采出水排放達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，己迫在眉睫。大慶油田現(xiàn)以著手于該項技術(shù)的研究工作。4.3 污泥處理問題采出水處理過程中產(chǎn)生的污泥，目前未經(jīng)任何處理，均排放至處理站的地近，對環(huán)境影響很嚴(yán)重。隨著油田的發(fā)展，污泥所帶來的問題會越來越突出，是將來必須解決的問題。目前大慶油田在個別站采用了“污泥濃縮-壓濾脫水”工藝進行試驗，初步試驗結(jié)果表明：壓出泥餅的含水率介于6070?，F(xiàn)正在深入研究污泥的沉降特性和處理工藝等，以提供詳細(xì)的工業(yè)化設(shè)計參數(shù)。4.4 聚合物污水處理工藝問題聚合物采出水處理站從1997年開始建設(shè)，采用的處理工藝均是老三段處理流程。污水中由于聚丙烯酰胺的存在，增加了油水分離難度，雖然通過延長污水停留時間得到一定程度的改善，但存在處理為筑物效率低、體積龐大、占地大、投資高等缺點。并且隨著聚驅(qū)采油的推廣和水