某油田清、污水混合處理工藝技術(shù)

某油田清、污水混合處理工藝技術(shù)摘要：某油田是一個(gè)油層埋藏深、滲透率低的復(fù)雜斷塊油田，注水開發(fā)后，對(duì)注入水的水質(zhì)要求很高。經(jīng)過(guò)在實(shí)踐中不斷創(chuàng)新改造，總結(jié)出了一項(xiàng)新的水處理工藝技術(shù)關(guān)鍵字：水處理混合處理成本水質(zhì)穩(wěn)定Abstract:Wennanoilfieldischaracteristicwithshallowembeded,lowpermeableandcomplicatedfaultblock,thereservewithlowpermeabilitycoversover60percentintotalreserves,sothequalityforinjectionwaterisquitehigh.Theinjectionwaterhardlysweptupthelow-permeableformationduetononstandardinjectingwaterqualitybefore1995,whichledtoquitedifficulttodevelopthelowpermeabilityreserveandtoformseverecorrosionininjectingsystem,sothehugelossisinevitableforoilfielddevelopment.After1995,throughtechnicians’continuoussummarizationandcreationinpractice,weresearchedonenewwaterdisposaltechnology:Clean&DirtyWaterMixtureDisposalTechnology.Itsmainfeatureistopre-mixandreactforcleananddirtywaterresource,subsequentlyformastablewaterqualitysystemsoastoresolvethecorrosionanddepositionproblemfortwounsuitedqualitywaterininjection,andrealizethewaterqualitytomeetoperationalstandard.Thistechnologyhassomanyadvantagesincludinglowcost,highautomation,easyoperation,stablewaterqualityandsoforth,thewaterqualityindexafterdisposalreachesA1levelinSY5329-94;furthermore,itmatcheswithformationwaterverywell,neverdepositinthegroundcondition.Theapplicationofthistechnologylaysasolidfoundationforwaterinjectiondevelopmentinlow-permeableoilreserves.1前言某油田位于東濮凹陷中央隆起帶文留構(gòu)造的南傾部分，是一個(gè)異常高壓、低滲、高飽和的復(fù)雜斷塊油氣藏。油藏平均埋深3100m，儲(chǔ)層平均孔隙度11.4~21.6%，平均空氣滲透率4.3~208.9×10-3um2，平均孔喉直徑1~5.4um。1983年以來(lái)，陸續(xù)投入了10個(gè)斷塊區(qū)共26個(gè)開發(fā)單元，動(dòng)用石油地質(zhì)儲(chǔ)量6517×104t，其中，按滲透率統(tǒng)計(jì)，滲透率小于30×10-3um2的油層地質(zhì)儲(chǔ)量占全油田已動(dòng)用儲(chǔ)量的58%。特殊復(fù)雜的地質(zhì)特征，給某油田的注水水質(zhì)提出了嚴(yán)格的要求，油田自1984年投入注水開發(fā)以來(lái)，水質(zhì)問(wèn)題便成為人們關(guān)心的熱點(diǎn)、難點(diǎn)。2問(wèn)題的提出某油田的注水，先后經(jīng)歷過(guò)注清水、清污混注等階段，擔(dān)負(fù)其水處理與回注任務(wù)的是文二污水處理站。該站設(shè)計(jì)了兩套并行的水處理工藝流程：一套是日處理能力為5000m3的“斜板除油—誘導(dǎo)浮選—壓力過(guò)濾—精濾”[1]密閉處理裝置；另一套日處理能力為8000m3的“自然除油—混凝除油、斜管沉降—壓力過(guò)濾”[1]密閉處理工藝流程。兩套水處理流程并聯(lián)運(yùn)行，均用來(lái)處理含油污水，技術(shù)改造之前，采用處理后的污水與清水混和后再回注。2.1產(chǎn)生的問(wèn)題某油田的日注水量大約在12000m3左右，其中油井產(chǎn)出污水量大約為6000m3左右，每天需補(bǔ)充淺層清水量6000m3左右，兩種水源的基本情況見表1和表2。從表中可以看出，油井產(chǎn)出水為CaCl2型，注水水源基本情況表表1水源類型日供水量m3/dd總礦化度mg/ll水型PH值水溫℃機(jī)雜mg/l含油mg/l含鐵mg/l含氧mg/l含硫mg/lCO2mg/llSRB個(gè)/mllTGB個(gè)/ml油井產(chǎn)出水60006~8×104CaCl26.042〉1018827.400.374103102清水60001018~15334NaHCO37.020200.320.13.710103清水為NaHCO3型，二者之間不配伍，所以二者混合后，機(jī)雜含量急劇上升，注水水質(zhì)惡化。清污混注過(guò)程中，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)還發(fā)現(xiàn)注水管網(wǎng)流程及注水井井下油套管腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重，最大點(diǎn)蝕速率達(dá)3mm/a以上，最大結(jié)垢速率達(dá)5mm/a以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，清污水先分別處理后再混注，油田因注水系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢及井口水質(zhì)長(zhǎng)期不達(dá)標(biāo)所造成的經(jīng)濟(jì)損失每年都在2500萬(wàn)元以上，該油田帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。2.2產(chǎn)生問(wèn)題的原因分析清、污水混注后，主要表現(xiàn)出以下兩方面：1）結(jié)垢加劇，懸浮物含量增高：污水中含有大量的Ca2+、Mg2+、Fe2+、SO42-和部分HCO3-，清、污水混合后，清水中的HCO3-加速了CaCO3的沉淀；溫度升高，壓力下降可以促使HCO3-分解，加速成垢。其反應(yīng)機(jī)理[1]如下：Ca2++2HCO3-→CaCO3↓+CO2+H2OFe2++2HCO3-→FeCO3↓+CO2+H2O2）細(xì)菌大量繁殖：污水中含有大量有機(jī)物，但因礦化度高，介質(zhì)與胞體內(nèi)滲透壓差大，故不宜滋生細(xì)菌，清水里有生成細(xì)菌的條件，可又沒(méi)有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，故單一污水或清水都不適合細(xì)菌大量繁殖。而兩者混合后，既有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，又有細(xì)菌生長(zhǎng)的最佳環(huán)境條件（溫度、含鹽量、PH值），因此，大量細(xì)菌繁衍滋生（測(cè)定混合水中SRB的含量高達(dá)106個(gè)/ml）。腐蝕產(chǎn)物和垢物的沉積，又為硫酸鹽還原菌提供了良好的生存環(huán)境，加劇腐蝕,致使注水水質(zhì)沿注水管網(wǎng)急劇惡化。2.3清、污水先混合后處理問(wèn)題的提出清、污水先分別處理后再混合導(dǎo)致注水系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢嚴(yán)重，系統(tǒng)水質(zhì)難以達(dá)標(biāo)。問(wèn)題的解決有兩條途徑：一、是清、污水分注；二是清、污水先混合，經(jīng)處理后混注。清污分注存在兩個(gè)問(wèn)題：⑴清水對(duì)地層傷害大（儲(chǔ)層存在中強(qiáng)度水敏），清水與地層水不配伍，易結(jié)垢，對(duì)油層的傷害加大；⑵清、污分注需要從儲(chǔ)水罐、注水泵、分水器、流程上完全分開，不僅需要耗費(fèi)大量資金改造現(xiàn)有工藝流程、裝置和設(shè)備，而且將增大分注后的運(yùn)行和管理費(fèi)用。因此，開展清、污混合處理可行性研究十分必要。采油四廠于1993年首先提出并于1994年初正式以“清污水先混合后處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)可行性研究”為題進(jìn)行立項(xiàng)、研究，其中心論點(diǎn)就是“讓兩種不同性質(zhì)的水源提前混合、反應(yīng)，將地下的矛盾提前到地面解決，將系統(tǒng)中的矛盾提前到站內(nèi)解決”。3“清污水先混合后處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)工藝技術(shù)”的研究及應(yīng)用3.1清污水先混合后處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)工藝技術(shù)的研究清污水混合處理的技術(shù)關(guān)鍵是清污兩大不配伍水源在污水站內(nèi)混合反應(yīng)后能否形成一個(gè)穩(wěn)定的水質(zhì)體系，且處理后的水質(zhì)能否達(dá)標(biāo)，并與地層水配伍性好。為此，采油四廠與有關(guān)專家組成專門的項(xiàng)目組，進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)一年半的研究和試驗(yàn)，并獲得成功。研究試驗(yàn)的主要內(nèi)容有：清污水混合處理工藝技術(shù)研究,水處理工藝動(dòng)態(tài)摸擬試驗(yàn),儲(chǔ)層敏感性試驗(yàn),驅(qū)油效率試驗(yàn),殺菌試驗(yàn),不同PH值的清污混配水在地面和地層條件下的化學(xué)穩(wěn)定性及與地層水的配伍性試驗(yàn)、垢物分析等，取得了1000多個(gè)主要數(shù)據(jù)，為清污水混合處理工藝奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。3.2清污水先混合后處理工藝技術(shù)的應(yīng)用在室內(nèi)研究試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，1995年9月17日在文二污水處理站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，歷時(shí)44天，累計(jì)處理水量484541m3。試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)處理后的水質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：1)處理后的水質(zhì)達(dá)到了某低滲透油藏注入水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（見表2），動(dòng)態(tài)掛片測(cè)試腐蝕速率為0.003~0.0182mm/a，低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2]。2)地面和地層條件下，處理后的水化學(xué)穩(wěn)定性好，不結(jié)垢。3)處理后的水與地層水配伍性好。清污混合處理工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表表2取樣地點(diǎn)取樣時(shí)間PH值水溫℃含氧mg/lS2-mg/l懸浮物mg/l含油mg/l濾膜系數(shù)含鐵mg/l細(xì)菌個(gè)/mlFe3+∑FeSRBTGB文二污濾后水6.5290.020.22.04260.30.5010注水泵房6.5290.010.32.43310.20.410104“清、污水先混合后處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)工藝技術(shù)”的配套完善4.1初期的試驗(yàn)流程及缺陷清、污水混合處理工藝技術(shù)在文二污水站應(yīng)用初期的流程如下圖如示。因原斜管沉降罐內(nèi)部構(gòu)件腐蝕穿孔短路，試驗(yàn)被迫利用文二聯(lián)的萬(wàn)方事故池作為平流式沉淀池進(jìn)行。即產(chǎn)出水加入1#藥劑后與已加入2#藥劑的清水混合，然后再加入3#藥劑進(jìn)入反應(yīng)器反應(yīng)，并在反應(yīng)器中加入4#藥劑，然后再進(jìn)入平流式沉淀池沉降，沉降后的水利用污水處理站的原處理流程進(jìn)入自然除油罐，然后再進(jìn)入緩沖罐，再加壓過(guò)濾，過(guò)濾后的水加入5#藥劑后回注。該工藝流程的缺陷是：平流式沉淀池面積大，水面上漂浮的浮油靠人工不便回收，池底沉積的污泥每隔23天就會(huì)堆滿全池，靠人工清池不但勞動(dòng)強(qiáng)度大，且不便清除。更重要的是，當(dāng)產(chǎn)出水含油較高時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)水質(zhì)上的波動(dòng)，分析認(rèn)為是部分藥劑被污油吸附或消耗嚴(yán)重，造成水處理效果變差所致。另外，在試驗(yàn)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，在平流式沉淀池中污泥與污油粘附在一起，形成一種油泥狀物體，即不上浮，也不下沉，可以在水體中任何位置停留，這種物體在后續(xù)的提升過(guò)程中，極易被提升泵葉輪打碎，從而被帶入濾罐，隨著時(shí)間的累積，濾罐過(guò)濾效果變差。4.2清、污水混合處理工藝的配套完善針對(duì)清污水混合處理工藝試驗(yàn)中存在和發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，2000年對(duì)文二污水站進(jìn)行了改造和配套完善，形成了目前比較先進(jìn)合理的水處理工藝流程。含油污水首先進(jìn)入5000m3立式自然除油罐進(jìn)行一級(jí)除油，然后再進(jìn)入500m3立式自然除油罐進(jìn)行二級(jí)除油，再進(jìn)入浮選器進(jìn)行三級(jí)除油，經(jīng)過(guò)三級(jí)除油后的產(chǎn)出水含油量可降至10mg/l以下，然后加入1#藥劑，經(jīng)提升泵葉輪混合后與清水混合，再加入3#藥劑，經(jīng)管道快速混合器混合后進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)器中先后加入2#藥劑和4#藥劑，使清污水充分反應(yīng)，然后進(jìn)入1000m3立式斜板沉降罐，沉降后進(jìn)入平流式沉淀池進(jìn)行二次沉降，從萬(wàn)方池提升出來(lái)的水直接進(jìn)入壓力濾罐過(guò)濾，過(guò)濾后加入5#藥劑回注。改造的主要內(nèi)容是：對(duì)含油污水先期進(jìn)行除油，然后再與清水混合反應(yīng)，去除泥垢，并加強(qiáng)對(duì)含油污水的除油處理，從而減小了污油對(duì)后續(xù)水處理的干擾和影響，并在平流式沉淀池前增設(shè)了斜板沉降罐，這不僅增強(qiáng)了懸浮物的去除作用，而且絕大部分的污泥沉降后，可以從設(shè)在罐底的排污設(shè)施排入專設(shè)的排污池中，對(duì)污泥集中進(jìn)行濃縮處理，從而大大減輕了工人從平流式沉淀池收油和清泥的工作量，提高了工作效率。另外，新增設(shè)的斜板沉降罐被設(shè)計(jì)為逆向流，即水流在罐底部分配水，從罐上部收集。與同向流沉降罐相比，沉降后的水中懸浮物含量大大減少，為后續(xù)的水處理提供了保障，過(guò)濾后的水質(zhì)明顯提高，濾料的使用壽命大幅度延長(zhǎng)。為保證水質(zhì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)以及各種水處理設(shè)施的安全高效運(yùn)行，進(jìn)一步降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，文二污水處理站還廣泛應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)，對(duì)一些重要工藝參數(shù)的控制和操作輔以電氣自動(dòng)控制技術(shù)，近幾年相繼實(shí)現(xiàn)了濾罐反沖洗自動(dòng)操作、沉降罐排污自動(dòng)操作、浮選器液位自動(dòng)控制、加藥自動(dòng)控制等，使工藝控制更加科學(xué)、合理，工藝效果更加穩(wěn)定。另外，各種耐腐蝕材料和先進(jìn)的防腐技術(shù)在文二污水處理站的應(yīng)用也使水處理系統(tǒng)腐蝕大大減緩。5水處理效果及效益評(píng)價(jià)5.1水質(zhì)處理效果清污水混合處理工藝配套完善后，工藝過(guò)程更加科學(xué)合理，水處理效果顯著提高（見下表3），工人勞動(dòng)強(qiáng)度大幅度降低，水質(zhì)更加穩(wěn)定。清污水混合處理工藝配套完善后的水處理效果表表3指標(biāo)PH值溶解氧mg/lS2-mg/l懸浮物mg/l含油mg/l含鐵mg/l濾膜系數(shù)細(xì)菌個(gè)/ml腐蝕速率mm/aaFe3+∑FeSRBTGB處理后的水質(zhì)6.30.020.2≤120.10.3420100.025.2效果評(píng)