油田水處理水中鐵離子對注水水質的影響及消除措施

孫東明

摘要：油田污水中一般還有較高的鐵離子含量，這些鐵離子如果沒有消除干凈的話，會對后續水質及注水效果產生一定影響。這里討論沙南聯合處理站處理水中存在較多鐵離子2--10mg/L，大于油田公司水質要求，在后續處理中懸浮固體含量大量上升，造成水體二次污染，是注入水水質變差，影響注水效果，損傷儲層。處理水中的二價鐵在取樣過程中，曝氧生成三價鐵形成沉淀，造成分析結果懸浮物含量比系統偏高，對水質分析結果產生影響。本文對鐵離子來源，影響的反應機理，及消除措施進行討論，鑒于鐵離子含量對水質影響明顯，建議專門投入消除鐵離子的設備或工藝。

注水是人工補充底層能量，提高二次采收率的主要措施。處理合格的水才能保證油田水順利回注底層，才能起到保護油田，提高采收率的效果。相反，處理不合格的水注入地層后會破壞底層。所以，處理合格的水才能進行回注。

據實驗測試，沙聯站注水出口的鐵離子含量在2-3mg/L，高于新疆油田出臺的《沙南油田梧桐溝組油藏注水水質輔助性指標》中，總鐵含量≤0.5mg/l的要求。超標的鐵離子在后續處理中被水中的溶解氧氧化為三價鐵，生成氫氧化鐵固體沉淀造成水體二次污染。含有較高沉淀的水注入地層過程中，易造成管線阻塞，甚至損壞地層。而含有較高鐵離子含量的處理水在取樣化驗過程中，曝氧生成固體沉淀，使測驗結果高于系統處理水中的懸浮物含量，造成測驗不準確。對于這些影響的反應機理和消除措施進行進一步探究。

1.機理探究

1.1鐵離子來源

沙聯站處理水的來源分為，原油處理來水和蒸發場回打水;原油處理來水又分為系統來水和罐車卸油含水;蒸發場回打水為站內排污，洗井廢液，壓裂液等。經實驗測得，系統來水鐵離子含量為0.1mg/l，來水量1000m?/d左右。罐車卸油含水為0.2mg/l，來水量400m?/d。含鐵量均小于標準中規定的0.5mg/l。而蒸發場來水檢測為10mg/l，來水量300m?/d。得出處理水中鐵離子主要含鐵來源于蒸發場回答水。

1.2鐵沉淀的形成

鐵在水中通常以Fe²⁺、Fe³⁺的形式存在，處理水中以Fe²⁺為主，當水中含有氧時，會將Fe²⁺迅速氧化為Fe³⁺，而Fe³⁺在水中溶解度很低，會與OH^-形成Fe（OH）₃沉淀，進而生成Fe₂O₃（鐵銹）。

Fe²⁺+O₂+H₂O→Fe（OH）₃↓+H⁺（1）

2Fe（OH）₃→Fe₂O₃↓+3H₂O（2）

反應互相影響，并且當環境變化時，反應平衡有所改變。

1.3反應影響因素

上述反應影響因素主要有酸堿性、溫度、硫含量等，鑒于沙南聯合站處理水酸堿性和溫度較為穩定，PH=7、溫度為30度左右，硫含量較低，這里就不做過多贅述。

2.鐵離子的影響

2.1對實驗數據的影響

在處理系統中，鐵以溶解于水的鐵離子形式存在，在水質化驗室不能將這部分鐵離子計入懸浮物中。而在水質化驗中，按照標準，使用濾膜儀，使所取水樣經過0.45微米的微孔濾膜過濾后烘干稱重，但在取樣中，混入水樣的氧會將二價鐵轉化為鐵沉淀，使化驗結果偏高。

Fe²⁺+O₂+H₂O→Fe（OH）₃↓+H⁺;（3）

從表中可以看出，隨著放置時間的增長，實驗偏差加大。而現場中，到處理末端，其他機械雜質降低時，鐵離子影響逐步加大。

2.2對水質的影響

聯合站處理完的水，進入注水罐，經過一天左右進入注水泵，一天中曝氧時間，使得水中二價鐵充分轉化為三價鐵沉淀懸浮于水體中，使水體二次污染。

2.3對注水管線及地層的影響

由于注水中存在大量不溶解的鐵沉淀，長時間積累造成管線阻塞，地層破壞及細菌超標等影響。

3.鐵離子的消除

3.1消除方式的對比

對于消除水中鐵離子方法很多，有曝氧法，絮凝沉淀法，藥劑氧化法等。結合聯合站實際優選最佳方法。

在濾料表面接種細菌，通過細菌催化氧化反應去除鐵離子。

接種時間長，過濾出效果跟細菌數成正比，反洗容易遭到破壞

鑒于，聯合站水體中鐵離子含量較少，對系統影響影響不大，而鐵離子影響存在時效性，對比各種方法優缺點，選擇藥劑氧化法，無需額外設備及工藝，操作方便，投入小。

3.2藥劑優選

結合實際，選擇出三種氧化藥劑，分別進行對比。

3.2.1加過氧化氫

2Fe²⁺+ H₂O₂+H⁺→2Fe³⁺+2H₂O（3）

H₂O₂/2Fe²⁺ =34/2*55.85=0.304

即氧化1mg/L的二價鐵，理論需0.304mg/L的過氧化氫。

3.2.2加高錳酸鉀

高錳酸鉀是比氧和氯都強烈的氧化劑，能迅速地將二價鐵氧化為三價鐵：

3Fe²⁺+MnO₄-+2H₂O=3Fe³⁺+MnO₂+4OH^-（4）

按這個反應式計算;

KMnO₄/3Fe²⁺=158/3*55.85=0.94

即氧化1mg/L的二價鐵，理論需要0.94mg/L的高錳酸鉀

3.2.3加次氯酸鈉

2Fe²⁺+ClO^-+4OH^-+H₂O==2Fe（OH）₃↓+Cl^-（5）

按這個反應式計算;

NaClO^-/2Fe²⁺=74.45/3*55.85=0.444

即氧化1mg/L的二價鐵，理論需要0.44mg/L的次氯酸鈉。

3.2.4藥劑對比

3.2.4.1效果對比

從相關文獻中得到，以上三種藥劑對亞鐵氧化率效果對比實驗結果

從圖中可以看出次氯酸鈉效果最佳。

3.2.4.2 經濟對比

從上表中可以看出次氯酸鈉最優，藥劑優選結果，次氯酸鈉最佳。

3.3驗證試驗

取蒸發場水樣，加入次氯酸鈉溶液，觀察不同時間后，水樣上層清液中鐵含量。

從實驗結果得知，3h后，水樣中剩余鐵含量為0.1mg/l，達到標準要求，而3h滿足現場實際處理要求，試劑驗證合格。

4.結論

（1）系統中的鐵離子超標，濃度為2m/l，鐵離子來源于蒸發場;

（2）鐵離子影響過濾器濾后機雜，對化驗數據產生影響，注水罐機雜上升，水質二次污染，為鐵細菌提供營養;

（3）加入氧化劑，分析優選后，次氯酸鈉最佳;

（4）實驗驗證后，次氯酸鈉除鐵劑符合實際生產要求。

參考文獻：

[1] 商莉，李素芝.中原油田污水中鐵離子對注入水水質的影響.內蒙古石油化工.2012.（16）.39-40.