水驅(qū)污水站水質(zhì)影響因素分析及治理建議

董秀龍

大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠

油田處于注水開發(fā)階段，注水水質(zhì)能否穩(wěn)定達(dá)標(biāo)將直接影響油田開采的效果[1-3]。目前絕大多數(shù)油田采用傳統(tǒng)的“老三套”污水回注處理工藝，水驅(qū)污水處理工藝為“兩級(jí)沉降+一級(jí)過濾”，處理后污水原油質(zhì)量濃度≤20 mg/L、懸浮物質(zhì)量濃度≤20 mg/L、懸浮物粒徑中值≤5 μm；深度污水處理工藝為“兩級(jí)過濾”，處理后污水原油質(zhì)量濃度≤5 mg/L、懸浮物質(zhì)量濃度≤5 mg/L、懸浮物粒徑中值≤2 μm[4-7]。隨著三采開發(fā)規(guī)模的擴(kuò)大，采出水性質(zhì)日益復(fù)雜，污水處理難度增加，現(xiàn)有的處理工藝需要完善更新，提高污水站處理工藝的適應(yīng)性，為油田注水開發(fā)提供全面保障[8-9]。

1 A水驅(qū)污水站系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀

某采油礦共建有水驅(qū)污水站3座，分別為A水驅(qū)污水站（采用“自然沉降+混凝沉降+核桃殼過濾”的處理工藝）、3#污水深度處理站及4#污水深度處理站（采用“兩級(jí)雙濾料”處理工藝），其中A 水驅(qū)污水站處理后含油污水作為深度水源供給5座深度污水處理站（圖1）。

圖1 A水驅(qū)污水站供水關(guān)系Fig.1 Water supply relation of A water drive sewage wtation

2 A水驅(qū)污水站水質(zhì)變化情況

2016 年1 月至2018 年6 月，如表1 所示，A 水驅(qū)污水站處理后污水中，聚合物質(zhì)量濃度由82.27 mg/L 上升至199.12 mg/L，含油達(dá)標(biāo)率由76.99%下降至17.23%，含懸達(dá)標(biāo)率由58.97%下降至0。

表1 2016年1月至2018年6月A水驅(qū)污水站水質(zhì)變化情況Tab.1 Water quality change in A water drive sewage station from January 2016 to June 2018

自2017年4月開始，下游將A水驅(qū)污水站作為深度水源的5座深度污水處理站出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率均有不同程度下降，其中A水驅(qū)污水站主要供水方向?yàn)樯疃?#站、深度4#站，受影響程度較為嚴(yán)重，無法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。2016 年1 月至2018 年6 月，3#、4#污水深度處理站水質(zhì)變化情況見表2、表3。

3 水質(zhì)影響因素分析

2013年對(duì)A水驅(qū)污水站所屬區(qū)塊的相鄰區(qū)塊進(jìn)行三元復(fù)合驅(qū)開發(fā)，目前區(qū)域三元受效，采出液聚合物、堿、表面活性劑含量升高，目前A水驅(qū)污水站含聚質(zhì)量濃度大于150 mg/L，污水站處理量小于17 000 m3/d，負(fù)荷率低于50%。雖然根據(jù)《大慶油田已建水質(zhì)處理工藝適用性評(píng)價(jià)試驗(yàn)研究》項(xiàng)目成果中結(jié)論，水驅(qū)見聚采出水處理站來水含聚濃度在150～250 mg/L 范圍時(shí)，按負(fù)荷率低于69%時(shí)運(yùn)行可達(dá)標(biāo)，但是由于堿、表面活性劑的協(xié)同作用，污水中原油乳化嚴(yán)重，造成油水分離和懸浮物固體去除困難，A水驅(qū)污水站處理工藝不能滿足要求。

3.1 分質(zhì)工藝

A 脫水站采用工藝為水驅(qū)與三元一段分開處理，處理后水驅(qū)污水進(jìn)入A水驅(qū)污水站處理，三元污水進(jìn)入下游三元污水站處理。分質(zhì)運(yùn)行工藝流程如圖2所示。

表2 2016年1月至2018年6月3#污水深度處理站水質(zhì)變化情況Tab.2 Water quality change of No.3 deep sewage station from January 2016 to June 2018

表3 2016年1月至2018年6月4#污水深度處理站水質(zhì)變化情況Tab.3 Water quality change of No.4 deep sewage station from January 2016 to June 2018

圖2 分質(zhì)運(yùn)行工藝流程Fig.2 Process flow of quality separation operation

但是由于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過程中三元液含劑較高，電脫水器故障頻繁，為了保障油田生產(chǎn)，采用水驅(qū)與三元合一處理工藝，處理后污水全部進(jìn)入A水驅(qū)污水站進(jìn)行處理。現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行流程如圖3所示。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行流程Fig.3 Flow of field production operation

2018年A 水驅(qū)污水站含劑變化情況見表4。由于脫水站未完全分質(zhì)，目前A水驅(qū)污水站聚合物平均質(zhì)量濃度為228.15 mg/L，表面活性劑平均質(zhì)量濃度為54.22 mg/L，平均pH值為9.74。

3.2 高含劑三采污水混入水驅(qū)污水系統(tǒng)

某油田污水系統(tǒng)調(diào)水管網(wǎng)經(jīng)過多年來的逐步完善，連通性較好，能夠?qū)崿F(xiàn)不同水質(zhì)、不同水量污水的靈活輸送，為保證油田污水系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，為下游注水系統(tǒng)提供充足水量打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為保證水量平衡，三采區(qū)塊含聚污水實(shí)行分階段分質(zhì)調(diào)運(yùn)，低含劑階段進(jìn)入深度污水站作為深度水源，高見劑階段為避免影響水驅(qū)深度污水站處理效果，直接輸往水驅(qū)普通注水站回注高滲層，但由于管網(wǎng)連通性強(qiáng)，部分三采污水管道在見劑高峰期為冬季保管道，仍會(huì)進(jìn)入水驅(qū)系統(tǒng)，造成水驅(qū)污水系統(tǒng)含劑升高，對(duì)水驅(qū)系統(tǒng)處理效果造成較大影響。

表4 2018年A水驅(qū)污水站含劑變化Tab.4 Change of agent content of A water drive sewage station

3.3 水驅(qū)污水站采出液見劑

對(duì)A 水驅(qū)污水站上游的A 脫水站所轄8座水驅(qū)轉(zhuǎn)油站進(jìn)行取樣化驗(yàn)（表5）及采出液含劑檢測(cè)，聚合物質(zhì)量濃度為106.43～205.17 mg/L，表面活性劑質(zhì)量濃度為9.65～52.15 mg/L，說明水驅(qū)轉(zhuǎn)油站全面見劑，為污水處理增加了難度。

由于采出液中含有大量的聚合物、表面活性劑、堿等藥劑，成分極為復(fù)雜，污水中聚合物水解聚丙烯酰胺，宏觀上增加了污水的黏度，沉降部分效果降低，過濾部分阻力增加[10]，微觀上與表面吸附膜發(fā)生作用，增加了膜的排斥力、空間阻力及液膜強(qiáng)度，從而使排液過程減慢；殘余的表面活性劑則降低了油水間的界面張力，增加了乳狀液的穩(wěn)定性，使油的脫除效率降低；堿的加入使得污水的pH 值接近10，污水的乳化程度更加嚴(yán)重；同時(shí)表面活性劑和堿還能減小油滴粒徑，水中聚合物的存在使水相黏度顯著增大，阻礙了小油滴轉(zhuǎn)變?yōu)榇笥偷危瑴p慢了大油滴聚結(jié)和分層的速度[11-14]。

表5 2018年A脫水站所屬水驅(qū)轉(zhuǎn)油站含劑變化Tab.5 Change of agent content in water flooding transfer station of A dehydration station in 2018

3.4 污水站設(shè)備設(shè)施老化嚴(yán)重

部分污水站運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)備、設(shè)施老化較為嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為過濾罐憋壓、篩板脫落、跑料、污水沉降罐損壞，影響沉降段的出油效果及過濾段的過濾效果。

2018 年對(duì)A 水驅(qū)污水站及3#深度處理站40 座過濾罐中22 座進(jìn)行開罐檢查，發(fā)現(xiàn)濾料污染12座、跑料7座、篩管結(jié)構(gòu)損壞18座，部分過濾罐濾料流失厚度超過300 mm，流失率大于37%，并對(duì)相應(yīng)過濾罐運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤，含油去除率低于40%，嚴(yán)重影響過濾段去除率。

A 水驅(qū)污水站4 座污水沉降罐中2 座伴熱盤管損壞，冬天運(yùn)行伴熱效果不明顯，導(dǎo)致沉降罐頂部原油凝固，影響沉降罐除油效果。

4 建議及預(yù)期效果

4.1 分質(zhì)運(yùn)行

在分質(zhì)運(yùn)行方面，開發(fā)過程中加強(qiáng)不同開采層系間封堵，保證開發(fā)效果的條件下，降低層間干擾；在地面處理過程中，脫水站采用“一分二合”的運(yùn)行方式。對(duì)于本區(qū)域A脫水站一段三元放水外輸至三元污水站，二段三元放水由本站處理，屆時(shí)將有2 600 m3/d 高含劑污水由A 水驅(qū)污水站調(diào)整到三元污水站，預(yù)計(jì)A水驅(qū)污水站含聚質(zhì)量濃度將下降86.67 mg/L，表面活性劑含量將下降3 mg/L。2018年1—6月A脫水站三元污水水量統(tǒng)計(jì)見表6。

4.2 管網(wǎng)優(yōu)化

在管網(wǎng)優(yōu)化方面，加強(qiáng)不同水質(zhì)管網(wǎng)間控制，避免水質(zhì)三采污水與水驅(qū)之間摻混，進(jìn)而保障深度水質(zhì)的供應(yīng)。區(qū)域內(nèi)三元污水站目前出水水質(zhì)較差，含劑較高，短期內(nèi)水質(zhì)改善幅度不會(huì)很明顯，將三元污水站至3#污水深度處理站供水管道切斷，降低3#污水深度處理站污水處理難度。

4.3 節(jié)點(diǎn)管理

在保證分質(zhì)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)各節(jié)點(diǎn)的管理。在來水環(huán)節(jié)，對(duì)脫水段破乳劑種類與加藥量進(jìn)行篩選。

在沉降環(huán)節(jié)，對(duì)A水驅(qū)污水站損壞污水沉降罐進(jìn)行維修，沉降段優(yōu)化運(yùn)行方式、加強(qiáng)收油，同時(shí)2 600 m3/d 高含劑污水調(diào)整到三元污水站，A 水驅(qū)污水站一次沉降時(shí)間將延長(zhǎng)1.8 h，二次沉降時(shí)間延長(zhǎng)1.2 h，最大限度提高沉降段除油率。

在過濾環(huán)節(jié)，對(duì)A水驅(qū)污水站、3#深度污水處理站11 座老化、損壞的過濾罐進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)更新與濾料清洗更換，過濾罐除油率由40%調(diào)高到75%以上。

4.4 效果

措施后A水驅(qū)污水站地區(qū)水質(zhì)改善效果見表7。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過分質(zhì)處理、節(jié)點(diǎn)管理等一系列的治理措施，A 水驅(qū)污水站及區(qū)域內(nèi)2座深度污水站處理后水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)于水驅(qū)、聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)多種開發(fā)方式并存的油田，在系統(tǒng)上保證水驅(qū)、三采的分質(zhì)運(yùn)行，節(jié)點(diǎn)上加強(qiáng)藥劑的篩選及設(shè)備設(shè)施的維護(hù)，保障污水站庫(kù)工藝與處理水質(zhì)的適應(yīng)性，有效提高污水處理的效果。

表6 2018年A脫水站三元污水水量統(tǒng)計(jì)Tab.6 Statistics of ASP flooding sewage volume in A dehydration station in 2018

表7 措施后A水驅(qū)污水站地區(qū)水質(zhì)改善效果Tab.7 Improvement effect of water quality in A water drive sewage station area after taking measures