油田廢壓裂液氧化氣浮處理技術(shù)

劉 剛

大慶油田采油八廠

油田廢壓裂液氧化氣浮處理技術(shù)

劉 剛

大慶油田采油八廠

壓裂是油井和水井增產(chǎn)、增注的主要措施，壓裂產(chǎn)生的廢壓裂液成分復雜，具有COD值高、黏度高、懸浮物含量高等特點，是油田污染源之一。若廢壓裂液不經(jīng)過處理直接排放至地面或地下掩埋，會對周邊環(huán)境特別是農(nóng)作物造成危害，對地表和地下水污染嚴重。依據(jù)廢壓裂液組分，采用氧化氣浮方法與油田污水處理技術(shù)相結(jié)合對廢壓裂液進行無害化處理。該技術(shù)在大慶油田某聯(lián)合站得到應用，處理后出水水質(zhì)指標達到油田污水處理站來水水質(zhì)要求，實現(xiàn)了油田廢壓裂液無害化處理。

廢壓裂液；氧化氣浮；環(huán)境污染；無害化處理

1 廢壓裂液的危害

壓裂是油井和水井增產(chǎn)、增注的主要措施，通過壓裂來改善油層滲透能力。壓裂工藝產(chǎn)生廢壓裂液來源是作業(yè)過程中地層返排的廢液（占總壓裂液的30%左右）和作業(yè)后剩余的壓裂液。

廢壓裂液成分復雜，主要組成有增稠劑（瓜膠）、交聯(lián)劑、助排劑、黏土穩(wěn)定劑等十幾種添加劑，還含有地層中返出的油污、巖屑、黏土顆粒、壓裂液與地層發(fā)生反應后的終端產(chǎn)物，以及壓裂液破膠后產(chǎn)生較小相對分子質(zhì)量的有機產(chǎn)物等。廢壓裂液具有COD值高、黏度高、懸浮物含量高等特點，油田廢壓裂液基本性質(zhì)見表1。廢壓裂液若不經(jīng)過處理而直接排放到地面或地下掩埋，會對周邊環(huán)境特別是農(nóng)作物造成危害，對地表及地下水污染嚴重，對生態(tài)環(huán)境造成嚴重危害。若將廢壓裂液直接輸送至污水處理系統(tǒng)后將嚴重擾亂生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運行，大量消耗水處理藥劑或降低處理效果，造成處理后水質(zhì)不達標[1-2]。

表1 油田廢壓裂液基本性質(zhì)

2 廢壓裂液無害化處理

針對廢壓裂液組分的特性，運用氧化氣浮為主的多級物理與化學組合處理方法對油田廢壓裂液進行無害化處理。工藝流程由氧化單元、油-水-泥分離單元、過濾-外輸單元三部分組成。首先在氧化單元添加氧化劑，通過氧化反應實現(xiàn)廢液破膠和破乳；然后在油水泥分離單元采用氣浮工藝將廢液中油、水、泥分離，固態(tài)物質(zhì)運送到含油污泥處理站處理；過濾-外輸單元將污水過濾達到設(shè)計指標后輸送入所依托站場污水系統(tǒng)[3]。油田廢壓裂液無害化處理流程見圖1，技術(shù)參數(shù)見表2。

2.1 氧化單元

圖1 油田廢壓裂液無害化處理流程

表2 油田廢壓裂液無害化處理技術(shù)參數(shù)

將廢壓裂液輸送至氧化罐，廢液黏度大（含有瓜膠、聚丙烯酰胺等黏性物質(zhì)），乳化程度高。首先添加氧化劑A（強氧化劑）進行一級氧化，實現(xiàn)破膠和破乳，廢液破膠和破乳后有利于絮凝劑有效擴散并且增強懸浮物的聚結(jié)沉降能力。控制廢壓裂液流速（或在氧化罐停留時間）使廢液與藥劑的充分混合，提高反應速率。由于廢液含有大量鐵離子，一級氧化后廢液色度仍比較大，加入堿性調(diào)質(zhì)劑使廢液呈堿性將鐵離子沉淀去除。加入氧化劑B（弱氧化劑）進行二級氧化去除色度，調(diào)質(zhì)和二級氧化過程合并一起操作[4]。加藥裝置技術(shù)參數(shù)（現(xiàn)場配置藥液）見表3，氧化罐技術(shù)參數(shù)如下：管式反應器1臺，Q=10 m3/h，30 s；氧化罐1臺，V= 10 m3，1 h。

表3 加藥裝置技術(shù)參數(shù)

經(jīng)過氧化反應后的污水進入油-水-泥分離單元進行液、固相分離。

2.2 油-水-泥分離單元

分離處理采用兩級氣浮沉降處理工藝，將氧化單元處理后廢液中的污油和固體懸浮物進行分離。

一級氣浮沉降處理主要去除廢液中污油，采用高效溶氣氣浮裝置，根據(jù)廢液中含油情況調(diào)節(jié)加入絮凝劑和助凝劑的量。鏈式除油裝置將浮于液面上，污油刮入收油箱內(nèi)，定期就近運至卸油點處理。沉降產(chǎn)生的少量污泥排入收泥箱。

二級氣浮沉降處理主要去除廢液中固體懸浮物，采用高能旋流氣浮處理裝置，加入絮凝劑和助凝劑，能有效地去除廢壓裂液中的COD和固體懸浮物，實現(xiàn)固體相分離。固相物質(zhì)沉降到分離器底部，定期向收泥箱排放，定期就近運至含油污泥處理站處理。氣浮裝置技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 氣浮裝置技術(shù)參數(shù)

分離出污水經(jīng)泵送入過濾-外輸單元進行過濾處理。

2.3 過濾-外輸單元

污水經(jīng)過緩沖水箱，平穩(wěn)、勻速、依次泵入一級和二級過濾罐進行過濾。兩級過濾罐可串聯(lián)過濾，也可只進行一級過濾。根據(jù)出水水質(zhì)指標來選擇過濾方式。污水過濾后進入儲水箱，當水箱水位達到設(shè)定高度時。外輸泵自動開啟向污水系統(tǒng)輸送污水。自清洗過濾器2臺，Q=12 m3/h，濾速為6 m/h。

2.4 現(xiàn)場應用情況

2014年在大慶油田某聯(lián)合站應用該處理工藝。根據(jù)出水水質(zhì)指標化驗結(jié)果及設(shè)計指標，調(diào)整氧化劑、助凝劑及絮凝劑濃度進行廢壓裂液無害化處理效果對比。

考慮出水指標及藥劑成本因素，經(jīng)過綜合比選，現(xiàn)場實際處理時按氧化劑為500 mg/L、絮凝劑為230 mg/L、助凝劑為6 mg/L加藥濃度運行，此時各項指標達到設(shè)計要求且藥劑費用低，處理藥劑成本5.17元/立方米。裝置現(xiàn)場應用情況見表5。

表5 廢壓裂液處理裝置現(xiàn)場應用情況

目前裝置運行平穩(wěn)，出水水質(zhì)中COD、懸浮物、含油指標達到大慶油田污水處理站來水水質(zhì)要求，直接進入聯(lián)合站污水處理站處理；分離出來的污油及污泥就近運至污泥處理站處理。

3 結(jié)論

隨著油田不斷深入開發(fā)，壓裂等增產(chǎn)、增注措施應用逐年增多，廢壓裂液對環(huán)境的污染越來越受重視，從環(huán)境保護和方便油田生產(chǎn)管理的角度，將現(xiàn)有的廢壓裂液處理技術(shù)與油田污水處理技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)油田壓裂液無害化處理，處理后污水的進入聯(lián)合站污水系統(tǒng)，有效保護環(huán)境。

[1]寧曉剛．淺析廢壓裂液的危害及處理[J]．中國石油和化工標準與質(zhì)量，2013，33（13）：268.

[2]劉音，常青，曹陽，等．油田壓裂反排液處理的研究進展[J]．石油化工應用，2013，32（9）：5-9.

[3]馬云，何順安，侯亞龍．油田廢壓裂液的危害及其處理技術(shù)研究進展[J]．石油化工應用，2009，28（8）：1-3.

[4]羅淇峰．油田壓裂返排液的深度處理技術(shù)研究[J]．中國石油和化工標準與質(zhì)量，2013，33（12）：92.

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.10.021

劉剛：2008年畢業(yè)于東北石油大學石油工程專業(yè)，從事油氣集輸規(guī)劃工作。

2015-04-28

（0459）4512217、13945934194