榆樹林油田含油污水處理工藝技術研究

大慶榆樹林油田開發(fā)有限責任公司

榆樹林油田處于松遼盆地北部中央坳陷區(qū)三肇凹陷東部斜坡帶，所屬的扶楊油層平均孔隙度為12.3%，空氣滲透率為2.71×10-3μm2，屬于特低滲透油田。榆樹林油田以水區(qū)開發(fā)為主，為防止注水堵塞地層，按照《碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》標準要求，榆樹林油田油層滲透率0.02μm2，污水回注需要滿足“5.1.1”的指標，即含油量 5 mg/L，懸浮固體（SS）質量濃度 1 mg/L，粒徑中值 1μm，而已有的含油污水處理[1]工藝技術一直達不到工業(yè)化應用要求。從2004 年開始，榆樹林油田開展污水處理科研攻關和現(xiàn)場試驗，小型試驗成功后，2007 年建成并投產(chǎn)了東16含油污水處理站。

在東16 含油污水處理站投產(chǎn)運行的13 年中，隨著油田采出污水水量逐年遞增，工業(yè)污水回收再利用需求的增加，污水處理工藝技術不斷優(yōu)化完善。目前，含油污水處理技術成熟，工藝運行平穩(wěn)可靠，在負荷率不高于70%的情況下，水質達到回注標準，從而徹底解決了榆樹林油田污水處理難的問題，同時也為突破特低滲透油田含油污水深度處理[2]技術瓶頸提供了寶貴經(jīng)驗。

1 含油污水處理系統(tǒng)

1.1 含油污水種類及水質特點

榆樹林油田含油污水處理系統(tǒng)處理的污水主要包括油田采出污水及工業(yè)污水。

（1）采出含油污水水質特點。榆樹林油田的采出含油污水具有油、懸浮物含量不穩(wěn)，硫化物含量高的特點，檢驗結果見表1。

（2）工業(yè)污水水質特點。工業(yè)污水主要是油水井作業(yè)產(chǎn)生的壓裂返排液、洗井水、泄壓水等工業(yè)污水。榆樹林油田壓裂返排液的原油和懸浮物含量較高，遠遠大于100 mg/L，細菌和硫化物含量可觀，檢驗結果見表2。洗井水、泄壓水等工業(yè)污水比壓裂液水質略好，檢驗結果見表3。

表1 油田采出含油污水原水水質Tab.1 Raw water quality of oily sewage produced in oilfield

表2 壓裂返排液水質檢測Tab.2 Inspection of fracturing flowback fluid quality

表3 洗井水、泄壓水分析結果Tab.3 Analysis results of well flushing water and pressure relief water

1.2 處理工藝

1.2.1 含油污水處理工藝

針對榆樹林油田含油污水來水特點及注入水質標準，要求含油污水處理工藝主要去除油、懸浮物、細菌。另外，因硫化物[3]對管線、設備會產(chǎn)生腐蝕，且對其它設備的水處理效果產(chǎn)生影響，所以需首先去除。

室內(nèi)研究確定水質處理主要工藝為“曝氣[4]氣浮[5]砂濾 超濾[6]”，并在試驗應用過程中逐步完善。

（1）氧化曝氣：主要除硫工藝。選用曝氣罐，曝氣罐內(nèi)布設硅橡膠膜曝氣管（非常規(guī)曝氣頭），硅橡膠膜曝氣管表面有微小均勻、通過激光打制的孔隙，產(chǎn)生的氣泡直徑平均約1 mm。硫化物去除后，曝氣罐出水懸浮物含量因單質硫而增加。

（2）氣浮裝置：除油、除懸浮物的主要設備。設備在進氣浮前投加混凝劑PAC（聚合氧化鋁）進行混凝反應，隨后通過投加PAM（聚丙烯酰胺）產(chǎn)生的凝聚作用，使之凝聚成更大顆粒的疏水性懸浮物，利用氣浮裝置微小氣泡將其浮升至水面，再通過刮渣機去除。榆樹林油田前期選用的是渦凹氣浮，渦凹氣浮設備結構簡單，主要設備是曝氣機，占地面積小，噪音低，方便管理。曝氣機產(chǎn)生的氣泡直徑約5～100μm，除油效果好。后期為降低加藥成本，開展了微納氣浮現(xiàn)場試驗，試驗證明微納氣浮產(chǎn)生的氣泡更小，當氣泡釋放在氣浮池中，水呈奶白色，可減少加藥量20%～50%。

（3）砂濾器：除油、除懸浮物的主要設備。建設初期選用流砂過濾器和海綠石過濾器互為備用，處理效果相當。后因海綠石過濾器反洗操作復雜，流砂過濾器在過濾的同時進行洗砂操作，便于管理，故全部改用流砂過濾器。同時，為確保過濾效果，增加一級流砂過濾器，變成兩級砂濾。

（4）超濾：保證水質達到“5.1.1”的關鍵設備，選用PVC（聚氯乙烯）合金中空纖維超濾膜，膜的過濾孔徑為0.01μm，采用內(nèi)壓過濾，過濾精度高。超濾膜需定時進行正沖、氣水反沖洗，定期進行化學清洗，以確保膜通量。

經(jīng)過多年優(yōu)化完善，榆樹林油田含油污水處理系統(tǒng)工藝流程為：來水 曝氣罐 微納氣浮裝置一級流砂過濾器 二級流砂過濾器 PVC合金中空纖維超濾膜 外輸水罐。

另外，系統(tǒng)除細菌工藝選用常規(guī)工藝，在過濾后水出站前設置。前期主要采用紫外線物理殺菌工藝，適用性良好。后期因采出污水、工業(yè)污水水量增加，水質不穩(wěn)定性變大，含油污水處理系統(tǒng)能力不足等問題，單純物理殺菌工藝已不能滿足水質處理需求，因此殺菌工藝改造為“物理+化學”工藝[7-8]。

1.2.2 工業(yè)污水預處理工藝

由于工業(yè)污水來源多，成分復雜，尤其壓裂返排液含胍膠，黏度較高，直接進入東16 含油污水處理站會影響設備安全運行及出水水質，所以先進行預處理，在東16 工業(yè)污水預處理站充分沉降破膠及濾料過濾等處理后，達到出水“雙50”標準，再輸送至東16 含油污水處理站，與油田采出污水統(tǒng)一進行深度處理。

2 現(xiàn)場運行情況

2.1 日常運行情況

在通常情況下，污水站來水含油、懸浮物質量濃度均＜100 mg/L，出水達到“5.1.1”標準。生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 正常生產(chǎn)運行時各節(jié)點主要水質Tab.4 Main water quality of each node during normal operation

2.2 影響運行效果因素分析

（1）工藝系統(tǒng)實際運行負荷能力較低。東16含油污水處理站實際處理能力未達到設計處理能力，尤其增加工業(yè)污水處理需求，而工業(yè)污水水量及水質波動性較大，影響東16 含油污水處理站的工藝系統(tǒng)運行。目前，當東16 含油污水處理站實際運行負荷超過70%時，處理水質不合格率增加。

（2）工藝系統(tǒng)運行溫度影響超濾膜裝置性能。PVC 超濾膜裝置的膜組件適用溫度低于40 ℃，當實際運行溫度超過超濾膜要求的溫度時（40 ℃以下），影響超濾膜使用壽命，當超濾膜壽命到限時，如果不及時更換，影響出水水質。

（3）單一的物理殺菌不能保證出水水質。2019年以前，東16 含油污水處理站紫外線殺菌裝置安裝在反沖洗水罐出水匯管。對處理后污水進行取樣化驗，有時存在SRB 數(shù)量超標現(xiàn)象。生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表5。

表5 生產(chǎn)運行時各節(jié)點細菌化驗結果Tab.5 Bacteria test resurts of each node during operation

（4）壓裂返排液影響水處理效果。在2019 年東16 含油污水處理站擴建投產(chǎn)前，壓裂返排液在存儲池中自然降黏，當進入處理東16 含油污水處理站的壓裂返排液量大時，氣浮出水變差，加大藥劑量會有所改善，但不能徹底解決。

（5）精細生產(chǎn)管理至關重要。由于來水多樣性、工藝設備復雜、藥劑種類多等原因，榆樹林油田含油污水處理系統(tǒng)生產(chǎn)運行管理精細程度要求高，尤其是來水穩(wěn)定性對含油污水處理系統(tǒng)工藝運行影響較大。

2.3 經(jīng)濟效果分析

污水站目前設計規(guī)模為3 000 m3/d，全站的運行費用約為4.0 元/m3。因部分設備為雙套、三套，運行費用略高。

表6 東16污水處理站運行費用Tab.6 Operating cost of East 16 Sewage Treatment Station

3 結束語

（1）含油污水處理站設計時，需適當降低實際處理負荷，保障水質合格率。由于含油污水水質不穩(wěn)定，且因大規(guī)模壓裂等原因，水質成分越來越復雜，處理難度加大，所以在含油污水站改擴建時可適當降低實際運行負荷率，保障出水水質合格率。

（2）精細管理是水質合格的重要保障。通過加強管理，可有效提高水質。有效控制脫水站來水懸浮物、油含量；縮短容器清淤、管線沖洗周期；及時調整藥劑量、更換設備易損件，保證出水水質合格率。