石油開采廢水處理現(xiàn)狀

1、石油開采廢水處理李鋼 58211109一 石油開采廢水治理現(xiàn)狀 我國(guó)油田開采主要運(yùn)用注水輸油的方式(注水開采是指油田開發(fā)過(guò)程中，通過(guò)專門的注入井將水注入油藏，保持或恢復(fù)油層壓力，使油藏有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力，以提高油藏的開采速度和采收率。)(油氣運(yùn)移過(guò)程中，遇到一定的儲(chǔ)集空間聚集下來(lái)，并且能夠保存，形成的具有封閉圈閉的含油區(qū)域，稱之為油藏。)進(jìn)行，進(jìn)年來(lái)隨著開采技術(shù)與開采需求的進(jìn)一步提高，我國(guó)多數(shù)油田已經(jīng)進(jìn)入二次開采甚至是三次開采階段，為此開采出的油田含水率也在逐年遞增，開采過(guò)程中產(chǎn)生的廢水含量也大為增加。為了有效處理這些脫油廢水，同時(shí)也為有效解決油層注水需求問(wèn)題，我國(guó)油田開采主要采用將經(jīng)過(guò)處理后的脫

2、油廢水重新注入油層的方法，來(lái)化解脫油污水處理和回注用水需求緊張等問(wèn)題。 石油開采廢水是指原油在脫水過(guò)程中產(chǎn)生的含油廢水。石油開采廢水中主要污染物是浮油、乳化油、分散油、膠體溶解物和懸浮固體等, 為使其處理后能達(dá)到回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求, 目前各油田采用的處理工藝大多為二段法, 即除油除懸浮物注水, 并輔以防垢、緩蝕、殺菌等化學(xué)處理措施。 水驅(qū)采油廢水水質(zhì)與回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)見表1。二 除油 除油是石油開采廢水處理的重要環(huán)節(jié),我國(guó)油田石油開采廢水的含油量平均在2000 mg/L5000 mg/L之間。原油在水中的存在形式以浮油、分散油和乳化油為主,其中,顆粒直徑在10m100m之間的分散油和大于100m

3、浮油占90 %左右,其余為1 ×10 - 3m10m的乳化油。針對(duì)油粒的物理化學(xué)特性,目前通常采用的除油方法為兩級(jí)除油法,即一級(jí)重力除油、二級(jí)混凝除油法。1.重力除油 重力除油是依靠油水的比重差,通過(guò)油與水的自然分離實(shí)現(xiàn)除油效果. 重力除油可去除廢水中的浮油及大部分分散油,從而達(dá)到初步除油的目的. 從目前使用情況來(lái)看,重力除油的主要設(shè)備有立式除油罐、斜板式隔油池及粗?；凸薜?。 1.1立式除油罐 立式除油罐均采用下向流方式 ,一般具有較大池深,這不僅可以提高除油效率,而且,是實(shí)現(xiàn)含油廢水處理重力流程所需要的(見圖1) . 立式除油罐利用其特有的油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律保持著較高的除油效果,若進(jìn)

4、水含油量小于5 000 mg/ L ,其去除率可達(dá)80 %以上. 立式除油罐的油層厚度一般控制在1.5 m2.0 m 之間,配水口距離油層底面小于0.2 m ,罐中污水下降流速一般控制在0.5 mm/ s0.8 mm/ s 之間。 圖1 立式除油罐 1.2斜板式隔油池 斜板式隔油池是在傳統(tǒng)的平流式隔油池中加設(shè)斜板組所形成的(見圖2) ,這就擴(kuò)大了原有平流式隔油池的處理能力,使處理油粒的直徑達(dá)到50m ,斜板式隔油池的停留時(shí)間一般為30 min ,除油率可達(dá)80 %以上 。 另外,立式除油罐也廣泛采用了斜板沉降技術(shù),利用立式除油罐的高度,在罐內(nèi)沉降區(qū)加設(shè)波紋斜板,從而形成所謂的立式斜板除油罐,這

5、種立式斜板除油罐集立式除油罐與斜板隔油池的優(yōu)點(diǎn)于一體,大大提高了除油效率,可基本去除水中的浮油和分散油。 圖2 斜板式隔油池 1.3粗?；劢Y(jié)器 粗粒化聚結(jié)屬于物理化學(xué)法,其通常設(shè)在重力除油工藝之前。粗粒化聚結(jié)器是利用粗?；牧系木劢Y(jié)性能,使細(xì)小的油粒在其表面聚附成較大油粒,在浮力和水流沖擊下,粒徑增大的油粒脫離粗?；牧媳砻娑细?。經(jīng)過(guò)粗粒化處理后的污水,其含油量及原油性質(zhì)并不發(fā)生改變,只是更有利于重力分離法將油除去. 利用粗?；劢Y(jié)器可去除水中粒徑在10m以上的分散油和浮油. 粗?；劢Y(jié)材料大致分為天然礦石和人工有機(jī)材料兩類,目前應(yīng)用較多的聚結(jié)材料有聚氨脂泡沫,聚丙烯泡沫,聚乙烯和聚氯乙烯

6、,以及不銹鋼填料等。2. 混凝破乳除油 經(jīng)一級(jí)重力除油后,石油開采廢水中的浮油和大部分分散油已被去除,但顆粒直徑小的乳化油仍殘留在水中,對(duì)于這部分油的去除,各油田通常采用二級(jí)混凝破乳除油法,既利用混凝破乳劑的脫穩(wěn)破乳特性,使水中油粒易于與水分離,進(jìn)而,在后續(xù)處理工藝中實(shí)現(xiàn)油粒的去除。 2.1混凝破乳劑 投加混凝破乳劑,可使廢水中的微小油粒發(fā)生凝集,粒徑變大,浮力增加,從而促使油水產(chǎn)生分離。目前,各油田應(yīng)用的混凝劑可分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩類,使用較多的是無(wú)機(jī)多價(jià)金屬的水溶鹽類,特別是鋁鹽和鐵鹽兩種無(wú)機(jī)混凝劑。但近年來(lái)隨著大量有機(jī)高分子藥劑的出現(xiàn),越來(lái)越多的有機(jī)聚合物破乳劑也得到廣泛的應(yīng)用,如聚丙烯酰胺

7、、N K型混凝劑、ZETAG64 型反相破乳劑等。 2.2氣浮技術(shù)與設(shè)備 氣浮技術(shù)在石油開采廢水處理上已得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)產(chǎn)生氣泡的方法不同,氣浮的形式有加壓溶氣氣浮、葉輪浮選和電氣浮等,在石油開采廢水的處理中主要采用前兩種方法。 加壓溶氣氣浮以部分回流加壓溶氣氣浮處理工藝的除油效果最好,應(yīng)用也較為廣泛(見圖3) ,但對(duì)運(yùn)行管理的要求十分嚴(yán)格. 部分回流加壓氣浮法的回流比一般為20 %40 % ,溶氣罐壓力0.40 MPa0.60 MPa ,停留時(shí)間2 min4 min ,空氣吸入量約為廢水體積的6 %11 %。 圖3 部分回流加壓氣浮工藝流程圖 葉輪浮選是利用葉輪的高速旋轉(zhuǎn)所形成的負(fù)壓,使空

8、氣由進(jìn)氣管吸入,在葉輪攪動(dòng)下,空氣被粉碎成細(xì)小的氣泡并與污水充分混合.目前,國(guó)內(nèi)有關(guān)油田使用的葉輪浮選機(jī)大都是從美國(guó)WEMCO 公司引進(jìn)的或是與其性能類似的產(chǎn)品(見圖4)。 浮選機(jī)的葉輪直徑一般為200 mm400 mm ,最大不超過(guò)600 mm700 mm ,轉(zhuǎn)速多采用900 r/min1 500 r/ min ,葉輪浮選機(jī)水深控制在1.5 m2.0 m 之間,一般不超過(guò)3 m。 圖4 WEMCD浮選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 2.3混凝除油工藝 混凝除油工藝中的主要設(shè)備為混凝除油罐,又稱二次除油罐,其結(jié)構(gòu)與立式除油罐基本相同,不同的是在罐中增設(shè)了一個(gè)反應(yīng)中心筒,使廢水與混凝劑在反應(yīng)筒內(nèi)進(jìn)行充分反應(yīng),以發(fā)

9、揮藥劑的混凝破乳作用。反應(yīng)時(shí)間一般在8 min10 min ,罐內(nèi)污水停留時(shí)間一般為3 h4 h。 三 除懸浮物 石油開采廢水中的懸浮物一般通過(guò)過(guò)濾工藝進(jìn)行去除,油田通常采用的過(guò)濾罐分為壓力式和重力式2種。由于壓力式濾罐可在工廠預(yù)制,而且,現(xiàn)場(chǎng)安裝方便,占地少,生產(chǎn)中運(yùn)行方便,所以,油田大多使用壓力濾罐. 壓力式過(guò)濾罐又分為立式和臥式2 種,直徑一般都不超過(guò)3 m ,臥式濾罐由于其過(guò)濾斷面懸浮物負(fù)荷不易均勻,因而沒(méi)有立式濾罐應(yīng)用得廣泛。壓力濾罐一般都采用大阻力配水方式。 圖5 雙層濾料過(guò)濾罐示意圖 目前,不少油田為保證出水水質(zhì)而采用兩級(jí)過(guò)濾處理,第一級(jí)為雙層濾料過(guò)濾,濾料通常選用石英砂和無(wú)煙煤

10、,第二級(jí)采用纖維素濾料進(jìn)行精細(xì)過(guò)濾,以確保出水中的含油量、懸浮物濃度等達(dá)到回注水質(zhì)要求。 圖6 纖維球過(guò)濾罐示意圖四 存在的問(wèn)題 我國(guó)有相當(dāng)多的油田已進(jìn)入石油開發(fā)的中后期,隨著驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展,各油田為挖掘油層潛力,已開始進(jìn)行二次采油、三次采油,這使得石油開采廢水的水質(zhì)情況更加復(fù)雜,也為石油開采廢水處理回用技術(shù)提出了新的要求。1 聚合物驅(qū)采廢水 與水驅(qū)采油廢水的水質(zhì)情況比較可以看出，聚合物驅(qū)采廢水中的原油主要是以粒徑很小的乳化油狀態(tài)存在的，這使其具有較高的穩(wěn)定性。另外，水中還含有大量的聚合物、表面活性劑等物質(zhì)，這些物質(zhì)的存在又進(jìn)一步增加了原油在水中的穩(wěn)定性，使得現(xiàn)有的重力除油設(shè)施除油率很低，效果

11、極差；而根據(jù)聚合物驅(qū)采回注水質(zhì)的要求，在處理過(guò)程中應(yīng)將廢水中的聚合物、表面活性劑等物質(zhì)予以保留，這使得聚合物驅(qū)采廢水的除油處理變得異常困難，也給石油廢水處理回用技術(shù)提出了更高的要求。 根據(jù)聚合物驅(qū)采廢水的特點(diǎn)及其回用要求，處理過(guò)程應(yīng)采用物理法和物理化學(xué)法，但表面活性劑等物質(zhì)的存在增加了除油的難度。在現(xiàn)有的處理技術(shù)中，只有聚結(jié)法可以大幅度提高物理法的除油效果，但由于聚結(jié)材料的種類較少，聚結(jié)效率不高，導(dǎo)致粗?；劢Y(jié)工藝的除油效果較差。而且,粗?；劢Y(jié)除油的機(jī)理尚不清楚,仍處于探討階段,還未形成統(tǒng)一的理論?，F(xiàn)有兩種觀點(diǎn),既“潤(rùn)濕聚結(jié)”和“碰撞聚結(jié)”.“潤(rùn)濕聚結(jié)”是建立在親油性粗粒化材料上,而“碰撞聚

12、結(jié)”是建立在疏油材料基礎(chǔ)上。因此,完善聚結(jié)除油機(jī)理,開發(fā)新型聚結(jié)材料,改善聚結(jié)工藝條件,進(jìn)而提高聚結(jié)除油效率是解決聚合物驅(qū)石油開采廢水處理的有效辦法。2 蒸汽驅(qū)采稠油廢水 現(xiàn)在各油田均已開始動(dòng)用稠油儲(chǔ)量，擴(kuò)大了蒸汽驅(qū)采規(guī)模，使稠油廢水量大幅度增加。稠油廢水含油量大、溫度高，稠油比重大( 0.95) ,重力分離十分困難，且因其處理后回用至注汽鍋爐，故凈化后水質(zhì)應(yīng)滿足注汽鍋爐給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，這就對(duì)稠油廢水處理技術(shù)提出了新的要求。現(xiàn)有的混凝除油工藝在處理稠油廢水時(shí)，由于缺少一種高效、快速的破乳劑，普遍存在著停留時(shí)間長(zhǎng)、設(shè)施占地大、處理效率低和運(yùn)行費(fèi)用高等問(wèn)題。另外，稠油廢水處理后回用，執(zhí)行了水質(zhì)指標(biāo)更

13、為嚴(yán)格的注汽鍋爐給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而現(xiàn)有的石油廢水處理工藝對(duì)硬度、S i O 2 等幾項(xiàng)污染物的去除幾乎沒(méi)有作用，這就要求必須增加新的深度處理技術(shù)單元和處理構(gòu)筑物，以保證稠油廢水在處理后能滿足注汽鍋爐給水水質(zhì)要求。 從目前各稠油廢水處理流程的運(yùn)行情況來(lái)看，稠油的去除是主要難題。在除油效果上，氣浮浮選法的效率最高，但是沒(méi)有反應(yīng)迅速、破乳效果好的破乳劑進(jìn)行破乳，稠油去除效果很難達(dá)到理想的要求，這就給過(guò)濾工藝增加了很大的負(fù)擔(dān)，并影響后續(xù)除硬度、除有機(jī)物等深度處理設(shè)施的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此盡快研制出一種高效、反應(yīng)快速的破乳劑是解決稠油廢水處理技術(shù)難題的當(dāng)務(wù)之急。3 低滲透油藏開采廢水 低滲透油藏開采規(guī)模的逐步擴(kuò)

14、大,以及對(duì)所需回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求,都為低滲透油藏石油開采廢水的處理增加了新的難度. 為不堵塞地層,保持低滲透油藏的滲透性,這就要求油田回注水中的污染物顆粒直徑必須足夠小,通常小于或等于0.45m ,常規(guī)處理技術(shù),包括精細(xì)過(guò)濾、活性炭吸附等都難滿足這一要求。膜處理技術(shù)在理論上可達(dá)到這一要求,超過(guò)濾可截留水中直徑0145m 以上的顆粒,但超過(guò)濾對(duì)其進(jìn)口水質(zhì)有著嚴(yán)格的要求,而且,超過(guò)濾膜的耐久性、抗腐蝕性,以及可清洗再生程度等仍需進(jìn)一步地研究。 目前,膜處理技術(shù)在石油開采廢水處理上還處于試驗(yàn)研究階段. 因此,大力發(fā)展膜處理技術(shù),研制適合于石油開采廢水處理的超過(guò)濾膜,推廣超過(guò)濾在石油開采廢水處理上的應(yīng)用,是解決低滲透油藏石油開采廢水處理問(wèn)題的有效方法。五 結(jié)語(yǔ) 石油開采廢水處理技術(shù)現(xiàn)已滯后于驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展,成為驅(qū)油技術(shù)大規(guī)模推廣應(yīng)用的主要限制因