油田污泥無害化及資源化處理技術探討

王愛軍，駱 偉，周志勇，胡新田

(1.中國石油 工程設計有限責任公司新疆石油勘察設計研究院(有限公司)，新疆 克拉瑪依 834000; 2.中國石油 新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

油田污泥無害化及資源化處理技術探討

王愛軍1，駱 偉1，周志勇2，胡新田2

(1.中國石油 工程設計有限責任公司新疆石油勘察設計研究院(有限公司)，新疆 克拉瑪依 834000; 2.中國石油 新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

從分析油田污泥特性入手，對目前油田污泥無害化及資源化處理工程實例進行研究。從處理程度、二次污染、工藝成熟度、使用范圍與特點及成本利潤等方面分別對污泥無害化和資源化處理技術進行綜合比較，分析了各種技術的優缺點，為油田清潔生產提供可靠技術保證，同時提出了油田污泥處理的研究方向。

油田污泥;減量化;無害化;資源化

油田污泥的主要危害為侵占土地、污染土壤、污染水體及污染大氣［1］。在《國家危險廢物名錄》中油田污泥屬于危險廢物管理的范圍，根據《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》和《國家清潔生產促進法》的要求，必須對其進行減量化、無害化及資源化處理［2］。油田污泥包括落地油泥、清罐油泥砂、井下作業油泥及油田采出水處理站產生的含油污泥，油田采出水處理站產生的含油污泥占油田污泥總量的75%以上。新疆油田目前年產出污泥(12.0～16.6)×104m3。近幾年，新疆油田在污泥減量化、無害化及資源化處理應用方面取得了明顯成效:在減量化方面先分析了污泥的特性，并對濃縮脫水工藝設備進行了分析對比;在無害化方面開展了對水－助溶劑體系萃取法、回轉爐熱解法、熱洗－有機溶劑萃取法、螺旋爐排焚燒爐法的研究與應用;在資源化方面開展了油田污泥制調剖劑、制橡膠添加劑及固化制磚的研究。

本工作對新疆油田污泥的5個無害化工程實例、3個資源化實驗進行分析研究，綜述了各種工藝的優缺點及處理成本，為油田污泥無害化及資源化項目提供借鑒。

1 油田污泥的特性

1.1 物理性質

油田污泥粒徑為5～50μm［3］，將其作為油田井下調剖劑使用時很容易注入地層，對地層的傷害較小。對原油系統及采出水系統含油污泥的檢測結果表明，隨含水率的增加，含油污泥密度、黏度及燃燒熱值均逐漸減小［3］。

1.2 化學性質

由于向油田采出水中投加的凈水藥劑中含有大量CaO，導致油田污泥偏堿性，pH最高可達11.4。油田污泥中揮發性固體總含量高、固體密度大;植物營養成分含量較低、可生化性差，必須人工投加N和P進行調節［3］。油田污泥中易滋生大量有害細菌，如硫酸鹽還原菌、腐生菌和鐵細菌。稠油污泥中含有大量橡膠填加劑的所需成分，可作為橡膠填加劑使用［4］。

2 油田污泥處理方法分類

根據污泥性質及對減量化、無害化及資源化處理工程效果的總結，減量化工藝宜設置在采出水處理站;根據油田污泥處理后的用途，無害化及資源化處理宜設置在污泥處理站。油田污泥處理及利用方法分類見圖1。

圖1 油田污泥處理及利用方法分類

3 油田污泥的無害化處理

新疆油田對污泥進行的無害化處理方法主要包括螺旋爐排焚燒爐法、熱洗滌法、萃取法、回轉爐熱解法、高溫高壓蒸汽噴射熱解法及生物法，處理后的污泥均能達到GB4284—1984《農用污泥中污染物控制標準》的要求［5］。

3.1 螺旋爐排焚燒爐法

新疆油田污泥無害化焚燒廠位于新疆油田熱采注蒸汽的5#供熱站旁，投資4 908.39萬元，主要用于處理清罐油泥、落地油泥和油田采出水處理站產出油泥，主要設備為焚燒量3.3 t/h的層燃螺旋焚燒爐。螺旋爐排焚燒爐法流程見圖2。采用螺旋爐排焚燒爐工藝每年可處理污泥30 kt，而且還可生產供油田生產、采暖用的飽和蒸汽44 kt，實現了油田污泥無害化。

圖2 螺旋爐排焚燒爐法流程

3.2 熱洗滌法

新疆克拉瑪依化工園區博達油泥熱洗滌廠主要用于處理落地油泥、新疆油田部分油池污泥，工程投資1 581.9萬元，設計處理規模200 m3/d，是新疆克拉瑪依惟一具有危險廢物經營和運輸許可證的單位。熱洗滌法流程見圖3。將含油污泥加熱到80℃以上，投加一定量的表面活性劑，混合洗滌。洗滌混合槽中的含油表面活性劑可循環使用，洗滌混合槽底部的泥經盤式離心機脫水后外運掩埋。

圖3 熱洗滌法流程

3.3 萃取法

井下作業油泥成份復雜，含有多種有毒且難于生化降解的高分子水溶性聚合物及各種表面活性劑。井下作業廢水與油泥萃取試驗裝置投資2 750萬元，廢水處理規模300 m3/d，污泥處理規模15 m3/d。萃取法流程見圖4。萃取工藝可根據需要選擇萃取的次數，萃取劑可循環使用，蒸餾溫度為220℃。回收的原油經冷卻后進入聯合站毛油罐;廢水處理采用電解氣浮選工藝，處理后廢水進入采出水處理站。

圖4 萃取法流程

3.4 回轉爐熱解法

新疆風城油砂熱解工業化試驗工程規模20 t/d，同時處理新疆油田風城油砂、紅淺油砂、六九區稠油污水處理廠含油污泥、采油二廠81#廢水處理站含油污泥、克拉瑪依石化污水站產出的含油污泥。回轉爐熱解法流程見圖5。回轉爐熱解工藝具有較好的油、氣產收率，產氣率略高于室內評價結果，產油率為室內評價結果的81.4%～95.8%，平均值為86.6%［6］。

圖5 回轉爐熱解法流程

3.5 高溫高壓蒸汽噴射熱解法

新疆克拉瑪依石化廠污水站油泥處理站采用高溫高壓蒸汽噴射熱解法，主要處理污水站產出的含油污泥，工程投資750萬元，設計處理規模20 t/d。高溫高壓蒸汽噴射熱解法流程見圖6。將脫水后產生的含油污泥泥餅輸送到超熱蒸汽噴射裝置中進行處理。利用0.20 MPa以上的飽和蒸汽再加熱生成500℃以上的過熱蒸汽，以超音速從噴射器的噴嘴中噴射入處理槽。在處理槽中，過熱蒸汽與原料供給機供給的含油污泥碰撞，含油污泥被瞬間粉碎氣化。處理后得到的原油含水率不大于0.5%，殘渣含水率不大于10%，殘渣含油率不大于0.3%。

圖6 高溫高壓蒸汽噴射熱解法流程

3.6 油田污泥無害化技術比較

目前已應用的5種油田污泥無害化處理技術的綜合比較見表1。

表1 5種油田污泥無害化技術的綜合比較

4 油田污泥的資源化處理

目前國內油田污泥的資源化處理還只停留在研究階段，新疆油田主要進行了油田污泥制調剖劑、制橡膠添加劑及固化制磚的研究。

4.1 油田污泥制調剖劑

調剖技術是指利用油田污泥與地層間的良好配伍性，對其進行化學處理，使其成為活性稠化污泥，然后用于油田深部調剖施工［7］。

選取未脫水和脫水的采油一廠、二廠、三廠油田污泥及六九區稠油油田污泥分別投加懸浮劑、乳化劑和增強劑，制成調剖劑，實驗結果表明:油泥漿體黏度低于調堵劑，抗竄強度也較低;添加劑的固相顆粒直徑為1.326～3.784μm;當污泥含油率為6.2%時，調剖劑的封堵效果較好。

4.2 油田污泥制橡膠添加劑

取油田污泥采用污泥濕法粉碎、濕法篩選、除殘渣、強磁選除鐵和錳、干燥粉碎等工藝對部分含油污泥進行處理。實驗結果表明，新疆油田污泥中含有35%～40%(質量分數，下同)的碳酸鈣，表面吸附約12%的原油，約4%的鋅，50%左右的灰分，可作為一種橡膠添加劑進行開發［8］。將含油污泥通過簡單工藝即可制備成可過200目篩的微粉，含油污泥微粉理化性能和在膠料中的物理性能在6個平行試樣中基本相近。含油污泥的混煉加工工藝性能優于碳酸鈣，與生膠相容性更好;其硫化時間略長、硬度偏低、扯斷伸長率偏大，但拉伸強度、撕裂強度和回彈性較高。

4.3 油田污泥固化制磚

在油田污泥中加入固化劑，使其發生一定的物化反應，固化油田污泥中的水分和部分有毒物質，使含油污泥具有一定的強度，以便于堆放或存儲［9］。

取采油二廠81#站及六九區污水廠脫水后污泥進行實驗，結果表明:含油污泥固化后的抗壓強度達5 mPa/cm2，完全可用于鋪路和硬化場地;固化后其浸泡液中的COD大幅下降。

4.4 油田污泥資源化技術比較

目前已應用的3種油田污泥資源化處理技術的綜合比較見表2。由表2可見:含油污泥固化制磚工藝適合各種油田污泥，其工藝較復雜，設備投資高，但用量較大;含油污泥制調剖劑可采用未脫水的油田污泥直接配制，制造工藝簡單可靠，設備投資低，油田污泥的資源化利用利潤高，但利用量相對較少，受制于油田的用量;含油污泥制橡膠添加劑適合于高鈣低硅型油田污泥，其制造工藝相對復雜，充分利用了油田污泥中的芳烴等油份，減少了輕鈣及高嶺土的投配量，油田污泥的資源化利用利潤高，是新疆油田高鈣低硅型油田污泥有效循環利用的最佳途徑。

表2 3種油田污泥資源化技術的綜合比較

5 建議

5.1 加強污水處理站的含油污泥減量化處理

經脫水后含油污泥含水率低于75%，污泥可堆成型，體積減少至脫水前的1/20。因此需在污水處理站建全污泥脫水設備，并強化管理。

5.2 充分發揮貯存池作用

油田有大量含油污泥及作業廢水的貯存池，池內不僅存儲有大量的廢水，且有大量漂浮在水面的原油，污染物向土壤中滲透、擴散，同時向大氣環境揮發，對環境造成大面積污染，浪費大量的石油資源。需建立循環設施及投加一定量氧化劑，利用貯存池的停留時間及自氧化能力進行預處理。

5.3 含油污泥需進行分類預處理

油田采出水處理站產生的含油污泥、清罐油泥、井下作業油泥及落地油泥4種含油污泥性質差異較大，特別是井下作業油泥及落地油泥的產量隨機變化，性質差異極大，因此需充分利用油田已建的污泥處理設施進行分類處理。

5.4 加快科研，推進污泥資源化利用

新疆油田污水處理站年產出含水95%的含鈣油泥(7.0～9.0)×104m3。經研究確認稠油含鈣油泥完全可作為橡膠添加劑使用。生產出的橡膠添加劑相對目前市場上的輕鈣橡膠添加劑成本低，若開發得當可形成地方特色的產業鏈，帶動地方經濟進一步發展。

6 結語

油田污泥的處理及處置是目前油田生產的重要課題，隨著含油污泥處理設備及技術水平的提高，處理成本將大幅降低，油田污泥的無害化及資源化利用率將大幅提高。

［1］ 徐玉朋.含油污泥的綜合治理［J］.石油庫與加油站，2004，13(6):43－44.

［2］ 鄧皓，劉子龍，王蓉沙，等.含油污泥資源化利用技術研究［J］.油氣田環境保護，2007，13(6):43－44.

［3］ 何浩，王愛軍，張志慶，等.新疆油田含油污泥特性研究［J］.油氣田環境保護，2009，19(3):29－33.

［4］ 何浩，王愛軍，范山鷹，等.油田污泥填料在橡膠中的應用研究［J］.橡膠科技市場，2009，12:25－28.

［5］ 農牧漁業部環境保護科研監測所.GB4284—1984農用污泥中污染物控制標準［S］.北京:中國標準出版社，1986.

［6］ 王萬福，杜衛東，何銀花，等.含油污泥熱解處理與利用研究［J］.石油規劃設計，2008，19(6):24－ 27.

［7］ 王志欣.含油污泥深度調剖技術研究與應用［J］.油氣田環境保護，2009，18(2):16－18.

［8］ 何浩，張志慶，付蕾，等.WN復合粉對NR膠料性能的影響［J］.橡膠工業，2009，12(3):743－747.

［9］ 吳波，隋肅，楊中喜，等.油田污泥固化機理研究［J］.國外建材科技，2004，25(4):118－120.

Discussion on Technologies for Making Oilfield Sludge Harm less and Reusable

Wang Aijun1，Luo Wei1，Zhou Zhiyong2，Hu Xintian2
(1.Xinjiang Petrol Surveying and Design Institute，Engineering Co.Ltd.，CNPC，Karamay Xinjiang 834000，China; 2.Xinjiang Oilfield Branch Company，CNPC，Karamay Xinjiang 834000，China)

Starting with analysis of oilfield sludge properties，several practical cases ofmaking oilfield sludge harm less and reusable are studied.The treatment technologies are compared with each other in aspects of treatment degree，secondary pollution，technicalmaturity，use range，characteristics，cost and profit，and so on，and the advantages and disadvantages of these technologies are analyzed.The study results provide a reliable technical support for oilfield cleaner production，and also present the research direction for oilfield sludge treatment.

oilfield sludge;reduction;harm lessness;resource recycling

X74

A

1006－1878(2011)05－0427－05

2011－03－10;

2011－05－22。

王愛軍(1966—)，男，湖北省浠水縣人，大學，高級工程師，主要從事廢水處理工程設計工作。電話0990－6881920，電郵wangaijun02@163.com。

(編輯 王 馨)