基于防腐的油田污水改性研究

耿方志 孟 江 高秋英 許俊南 相志鵬 張 欽

（1.重慶科技學院，重慶 401331；2.中國石化西北油田分公司石油工程技術研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

塔里木盆地塔河油田一號聯合站污水存在較強的腐蝕和結垢特性，以點腐蝕為主，均勻腐蝕速率處于中度腐蝕區間，污水處理系統腐蝕穿孔頻發［1］。目前，水質改性技術已成熟地應用于東部油田污水處理環節，可以從源頭上降低水質腐蝕特性，實現污水水質達標并控制腐蝕［2-5］。由于塔河油田污水腐蝕環境苛刻，亟需開展適應塔河油田現場工況的水質改性技術研究，建立滿足水處理指標的藥劑體系，保障污水處理系統正常運行。

1 污水水質分析

在一號聯合站接收罐來水管線取樣，開展水質離子全分析檢測，其分析結果見表1。從表1 數據分析該水具有“低pH 值、高礦化度、高Cl-含量、高Ca2+、Mg2+”的特點，整體呈弱酸性，存在較強的腐蝕和結垢問題。

表1 接收罐來水水質分析表

根據表1水質分析結果，利用水質改進技術，對于塔河油田一號聯合站污水處理系統腐蝕治理采用“先氧化、后改性、再控制、最終水質穩定達標［6-7］”的技術方案。主要應用pH值調整劑、絮凝劑、助凝劑、水質穩定劑等組成系列水處理劑［8］，最終通過水處理劑的協同作用去除油質、顆粒懸浮物、HCO3-、鐵離子等，穩定注入水水質，達到控制系統性腐蝕和結垢問題的目的［9-12］。

2 藥劑篩選評價

室內模擬實驗研究依據《SY／T5329-2012碎屑巖油藏注水水質指標及分析方法》中對注水水質腐蝕速率的規定：均勻腐蝕速率小于0.076 mm／a［13］；腐蝕程度評定執行NACE-0775-2005標準規定：點腐蝕速率小于0.2 mm／a。預期實現防腐效果為均勻腐蝕不超過0.025 mm／a，點腐蝕速率降幅大于等于50%。

2.1 pH調節劑的篩選評價

1）水的pH 值與腐蝕性關系分析［14］。將現場取樣的塔河油田一號聯合站油田污水裝入試樣瓶調整至不同pH值后掛入現場管道材質20號碳鋼掛片，置于恒溫水浴鍋內，實驗溫度為40 ℃，實驗周期為7 d。實驗結束后分析常壓靜態均勻腐蝕速率和點腐蝕速率與pH值的關系。實驗結果如表2和圖1所示。

表2 水質改性前后靜態腐蝕速率表

圖1 不同PH值對應的掛片腐蝕微觀形貌圖

從表2和圖1分析，室內靜態腐蝕速率檢測結果表明，污水處理系統腐蝕以點腐蝕為主，均勻腐蝕為輔。隨著水質pH值的升高，腐蝕性呈現明顯下降趨勢。空白水樣點腐蝕速率為0.545 8 mm／a，當pH值調整為6.5 時點腐蝕速率為0.161 5 mm／a，下降70.4%，已能夠完全滿足現場水質處理的要求。考慮到加注藥劑成本，確定pH值調整為6.5。

2）pH 值調節劑的篩選與評價。加入pH 值調節劑一方面調節水的pH值，另一方面除去水中總鐵離子，從兩個方面降低水的腐蝕性。

取一號聯合站接收罐來水，緩慢滴加復合堿和石灰乳pH 值調整劑，調節水質pH 值，滴加過程中不斷測定水質pH 值，待pH 值調整至目標值6.5 后，確定pH 值調整劑的加注濃度。實驗結果見表3。從表3 的數據分析，在達到相同的pH 值時復合堿相對石灰乳加量少，而且水中總鐵含量低。結合經濟角度考慮，推薦復合堿作為pH值調整劑。

表3 pH值調整劑的篩選評價數據表

2.2 混凝劑篩選評價

室內實驗選用聚鋁、聚鐵等無機混凝劑進行評價，取樣為一號聯合站來水1 000 mL，氧化水體后加入復合pH 值調節劑調節水質pH 值到6.5，分別按100 mg／L 的濃度加入混凝劑，先快速攪拌1 min，然后緩慢攪拌2 min，停止攪拌后在不同時間段觀察不同時刻絮凝沉降情況，測定燒杯中部清液透射比、總鐵含量及除油效果。實驗結果見表4，實驗發現，聚鋁的絮凝沉降速度較快，對于鐵的去除效果最好；聚鐵絮凝沉降較慢，需要足夠的時間才能達到比較理想的沉降狀態。因此選用聚鋁作為一號聯合站的混凝劑。

表4 混凝劑篩選評價數據表

為確定混凝劑的最佳加注濃度，水樣氧化后，加入復合pH 值調節劑調節水質pH 值到6.5，加入聚鋁絮凝沉降，檢測水體的懸浮物含量、油含量和鐵含量。實驗結果見表5，從表5 可知，水樣pH 值為6.5 時，聚鋁混凝劑加注濃度為150 mg／L，總鐵含量下降明顯，絮凝沉降速度較快，鐵的去除效果最好。因此，選用聚鋁作為混凝劑，最佳加注濃度為150 mg／L。

表5 混凝劑最佳加注濃度篩選評價數據表

2.3 助凝劑篩選評價

備選助凝劑主要包括有機助凝劑和非離子聚丙烯酰胺助凝劑兩種。預氧化水體后調整水質pH值到目標值6.5，加入150 mg／L 聚鋁混凝劑后，評價兩種助凝劑的藥劑性能。加入助凝劑，觀察污水的絮凝沉降效果，靜置1 h后過濾，檢測水體的懸浮物含量、油含量和鐵含量，優選助凝劑的藥劑類型。實驗結果見表6，從表6 可知，水樣中加入相同濃度的有機助凝劑比非離子聚丙烯酰胺有更好的絮凝效果，形成的絮團較大，絮團形成及沉降速度明顯較快。表明有機助凝劑具有較好的網捕作用。因此，選擇有機助凝劑作為助凝劑，與聚鋁混凝劑配合使用。從表6 中的數據分析，當有機助凝劑濃度為10 mg／L時，助凝效果明顯下降。因此，選用有機助凝劑推薦加注濃度為8 mg／L。

表6 助凝劑篩選評價數據表

2.4 水質穩定劑篩選評價

水質經過預氧化并絮凝沉降處理后，加入不同數量的水質穩定劑，檢測水體的腐蝕速率和濾膜系數下降率［15］。實驗結果見表7。

表7 水質穩定劑篩選評價數據表

由表7 中的檢測數據可知，在其他條件相同時，隨著水質穩定劑濃度的增大，水體的腐蝕速率在下降，而濾膜系數下降速率在增大。當加注濃度達到50 mg／L 時，腐蝕速率隨著水質穩定劑的濃度增大變化不明顯，濾膜系數下降率為8.0%。綜合考慮藥劑費用和加藥效果，確定水質穩定劑的加注濃度為50 mg／L。

2.5 藥劑體系實驗評價

經過室內篩選實驗，確定一號聯合站水質改性加藥劑體系為“pH 值調整劑+混凝劑+助凝劑+水質穩定劑”。室內確定各種藥劑的投加濃度見表8。

表8 室內篩選藥劑體系數據表

對該藥劑體系應用效果進行實驗評價。實驗結果見表9，從表9 實驗數據分析水質改性處理后的污水平均腐蝕速率為0.021 7 mm／a，緩蝕率達到68.8%，點腐蝕緩蝕率為0.080 6 mm／a，緩蝕率達到85.2%。篩選的“pH 值調整劑+混凝劑+助凝劑+水質穩定劑”的加藥體系能滿足現場生產要求。

表9 室內腐蝕速率評價表

3 結論

1）在兼顧水質處理效果和處理成本的條件下，水質改性的最佳pH調整值為6.5；確定各種藥劑最佳加注濃度分別為混凝劑150 mg／L、助凝劑8 mg／L，水質穩定劑50 mg／L。

2）經水質改性處理后，水質腐蝕速率呈大幅下降趨勢，均勻腐蝕速率由0.069 5 mm／a 下降到0.021 7 mm／a，降幅達到68.8%；點腐蝕速率由0.545 8 mm／a 下降到0.080 6 mm／a，降幅達到85.2%，有效控制了腐蝕發生，篩選的“pH 值調整劑+混凝劑+助凝劑+水質穩定劑”的水質穩定體系在室內試驗確定濃度下能滿足現場生產需求。