SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水低成本處理技術

高曉鵬，喬 明，裴 格，孫繩昆

中油遼河工程有限公司，遼寧盤錦 124010

遼河油田曙光地區采用蒸汽輔助重力泄油技術（SAGD）開發超稠油，目前已成為全國最重要的稠油、超稠油生產基地[1]。在生產過程中，SAGD注汽鍋爐利用污水深度處理站提供的軟化水生產高溫、高壓、高干度蒸汽，利用高干度蒸汽注入地層來進行超稠油開發。SAGD注汽鍋爐在生產高干度蒸汽時，會產生一定量的注汽鍋爐高溫分離廢水（95℃）[2]。污水深度處理站采用大孔弱酸樹脂軟化工藝生產軟化水時會產生一定量的樹脂再生廢水。

SAGD高溫分離水特點：懸浮物及油含量低，硬度幾乎為零，總堿度及pH值高。樹脂再生廢水特點：鈣、鎂離子含量高，pH值低。由上述兩種廢水水質特點可知，兩種廢水在管道混合輸送及最終處理過程極易結垢，堵塞管道和設備，影響管道及污水處理系統正常運行[3]。

1 SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水處理現狀

SAGD高溫分離水在國外普遍采用MVC處理工藝，處理后的高溫水回用SAGD注汽鍋爐，用于生產超稠油開發所需的高干度蒸汽，該技術成熟可靠。MVC產生的濃縮液經過再次蒸發結晶，可實現污水零排放。由于對MVC濃縮液（蒸發量的3%～5%）進行結晶處置的投資和運行成本較高，進一步增加了MVC處理工藝的投資和成本。

樹脂再生廢水的硬度及二氧化硅含量高，因此常規處理采用化學藥劑進行化學除硬和化學除硅，而后回用于注汽鍋爐[4]。

2 SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水混凝試驗

SAGD高溫分離水和樹脂再生廢水單獨處理費用高，為此，根據SAGD高溫分離水和樹脂再生廢水水質特點，采取“以廢治廢”的原則，將二者按特定比例混合發生混凝沉淀反應，降低水的硬度和總礦化度，預處理后返回污水深度處理站，進一步處理后回用SAGD注汽鍋爐給水。

2.1 SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水水質分析

對SAGD高溫分離水（96℃）及樹脂再生廢水（72℃）進行水質全分析，具體分析結果見表1。

根據SAGD高溫分離水及樹脂再生廢水水質特性，可判斷樹脂再生廢水中的Mg2+、Ca2+可以和SAGD高溫分離水中的OH-、CO32-發生沉淀反應，從而實現廢水中Mg2+、Ca2+的去除，反應式如下：

2.2 SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水混凝試驗

根據SAGD高溫分離水中CO32-、OH-質量濃度和樹脂再生廢水中Ca2+、Mg2+的質量濃度，結合離子化學反應及生成物CaCO3、Mg（OH）2的溶解平衡常數KSP（碳酸鈣KSP＝8.7×10-9，氫氧化鎂KSP＝1.8×10-11）[5]進行等當量混合，SAGD高溫分離水∶樹脂再生廢水=395.95∶28.06。混合后沉降4 h，虹吸上層清液進行水質分析，結果見表1。

表1 SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水及其混合水水質分析結果

從表1可以看出，SAGD高溫分離水和樹脂再生廢水等當量混合后，在未投加化學助劑的前提下，Ca2+的去除率達到了97.5%，Mg2+的去除率達到了100%，總硬度降低了98%，絕大部分的結垢離子均得到有效去除。混合水中剩余Ca2+可經過污水深度處理站的化學軟化或離子交換工藝進行去除，剩余SiO2可通過化學除硅處理后回用污水深度處理站，最終回用至SAGD注汽鍋爐用水。

2.3 SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水混凝沉淀除硅試驗

由于處理后的混合水SiO2含量依然較高，不滿足回用注汽鍋爐標準，因此需要進一步進行化學除硅處理。向混合液中加入不同除硅藥劑組合進行藥劑篩選，經過沉降、過濾后對濾出水進行水質分析。SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水除硅試驗結果見表2。

表2 SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水混凝沉淀除硅試驗結果

從表2中可以看出，采用藥劑A1+B+C+D組合以及A2+B+C+D均可以將SiO2處理至150 mg/L以下，采用A1+E+B+C+D組合雖然絮體密實，沉淀效果好，但是SiO2無法處理達標。藥劑A2+B+C+D組合雖然處理后SiO2含量最低，但是其絮體松散，沉降效果較差，同時加藥量大，運行成本高。經過綜合比選，采用藥劑A1+B+C+D組合進行混合水化學除硅。

2.4 SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水混凝時間與溫度

（1）SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水混凝絮體體積隨時間的變化。試驗結果見表3。

表3 SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水混凝絮體體積隨時間變化情況（25℃）

從表3可知，SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水混合后在0～0.5 h內發生絮凝沉淀，在0.5～3 h內發生擁擠沉淀，在3～4 h內發生壓縮沉淀，4 h后沉淀過程結束。

（2）不同溫度下SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水的混凝沉淀試驗。SAGD高溫分離水水溫95℃，樹脂再生廢水水溫25℃，按照等當量進行混合，混合水樣溫度90℃，考慮到混合反應器的材質及防腐涂層的溫度耐受性，以及反應器的有效容積（反應越迅速反應器有效容積越小），同時考慮水中的余熱回收利用，進行了不同溫度下SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水的混凝沉淀試驗，具體結果見表4。

表4 混凝時間與混凝溫度的關系

SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水按照等當量混合后，混合水樣溫度90℃，根據表4以及圖1、圖2可以得出，混合水樣溫度越低，混凝速度越慢，形成的絮體顆粒體積越小，沉淀效果越差。混合水樣溫度達到90℃時混凝速度最快，沉淀密實，廢水停留時間最短，混凝反應器可以小型化，節省設備投資，同時高溫水所攜帶的熱量（2.94×108J/t，溫差Δt=70℃）可回用于SAGD注汽鍋爐，SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水混凝沉降后的高溫廢水相對常溫水可節約注汽鍋爐加熱用的天然氣8.85 m3/t（注汽鍋爐熱效率按92%計）。因此SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水混凝反應不需要進行預降溫處理。

圖1 在25℃時SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水混凝絮體體積隨時間變化

圖2 在90℃時SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水混凝絮體體積隨時間變化

3 結束語

通過系列室內試驗可以得出以下結論：SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水進行等當量混凝沉淀，在不投加化學藥劑的前提下可以有效降低廢水的硬度，實現了“以廢治廢”，大幅降低了廢水處理費用。篩選了除硅藥劑，在減少 投加量的前提下，實現了廢水中SiO2的有效去除。另外研究了高溫混凝沉淀試驗，實現了廢水高溫混凝，在降低地面工程投資的基礎上最大限度地保留了廢水的熱量，在回用SAGD注汽鍋爐時節約了加熱用燃料。

綜上，SAGD高溫分離水與樹脂再生廢水混凝沉淀處理技術，實現了低成本廢水處理，同時回收水資源及熱能，具有十分重要的經濟、環保、安全效益，對油田的可持續發展具有重要意義。