超低頻電磁波處理油田采出水技術應用探討

李蕾

大慶油田設計院有限公司

油田注水水質好壞是油田穩產的重要因素，注水水質不達標，不僅會造成注水管網壓力上升，注水系統損耗增加，注水系統效率下降，油田采收率下降，而且會造成注水管網、儲罐因水質處理不達標而腐蝕穿孔，嚴重影響油田生產的正常運行；同時不達標的采出水因排放或泄漏會對油田生產周圍環境帶來不良影響，造成水質、土壤污染等問題[1-3]。加強油田采出水處理技術研究與應用已成為各油田一項重要的研究課題[4]。油田采出水處理的目的是去除油井采出水中的油、懸浮物、添加劑以及其他有礙注水、易造成注水系統腐蝕、結垢的不利成分[5]。而物理法水處理技術一直是各油田研究熱點，其中超低頻電磁波水處理技術近年在油田陸續開展試驗，取得了較好的研究成果，應用前景廣闊。

1 國內常見的水質處理除油技術

目前國內常用的水質除油技術主要為氣浮除油技術，按處理性質分為化學法和物理法。其中混凝氣浮除油技術采用化學混凝氣浮法，先調節采出液水pH 值，然后加入混凝劑和助凝劑，以氣浮法產生浮渣形式去除采出液水中不溶性有機物和鹽，并去除大部分石油類，但需投加混凝劑，工藝復雜，成本高。而采用物理法的氣浮除油技術有加壓溶氣氣浮除油技術和射流氣浮除油技術兩種[6]。加壓溶氣氣浮除油技術雖然不需要加任何絮凝劑，但需要加壓泵、空氣壓縮機、射流器、高壓溶氣罐等復雜設備，投資大且耗電量大，采出液水質處理成本高，在油田生產現場投入實際應用的較少。而射流氣浮除油技術是采用物理處理法，通過壓力控制，可產生需要的氣泡直徑，氣泡直徑變化范圍在10～100 μm，具有比表面積大，吸附能力強，操作方便，采出液水質處理過程運行平穩且費用少，提高除油效率等優點。其工作原理是通過射流泵以高壓射流方式增強處理水的溶氣能力，促使微氣泡均勻分布，以達到提高除油效果的目的。該水質處理除油技術目前在油田采出水處理中由于處理成本低、應用效果好、除油效率高而具有良好的推廣應用前景。

2 油田采出水處理的難點

油田采出水的腐蝕、結垢和細菌滋生一直是嚴重影響水質達標的難點問題，傳統的處理辦法是投加“三防”藥劑[7-8]，資金投入大，運行費用高，且難以從根本上解決問題。以油田某采油廠為例，油井采出水處理水質不達標問題較嚴重。除3#站經油井采出水處理技術改造后，油井采出水水質已經達到C3 標準（懸浮物及含油質量濃度均小于等于30 mg/L），其余4座處理站油井采出水水質均未達到標準要求。主要原因是1#站、2#站、4#站均為含聚油井采出水，聚合物造成油水乳化加劇，常規重力沉降工藝適應性變差，造成油井采出水處理水質不達標；同時采出水礦化度達到20 000 mg/L 以上，腐蝕結垢傾向加劇。表1為2020年某采油廠各采出水處理站水質綜合指標完成情況統計。

表1 2020年某采油廠各采出水處理站水質綜合指標完成情況統計Tab.1 Statistics on the completion of comprehensive water quality indicators of each produced water treatment station of an oil production plant in 2020 %

3 工作原理及特點

超低頻電磁波水處理技術應用于多領域水質處理，通過改變自由能熵變（改變振動、轉動的能量），在設備、管道內壁生成四氧化三鐵的防腐層[9-10]；同時，在離子電流和時變電磁波的沖擊下，微生物和細菌被殺死和控制。電磁波磁場對水偶極分子定向極化、電子云會發生變化，造成氫鍵彎曲和局部斷裂，使單個水分子數量增多，自由化水分子占據溶液的各空隙，能抑制晶體的形成，氫鍵角由105°變成103°，水由原來的13至18個大分子團變成5 至6 個小分子團，水的滲透力、溶解度、表面張力增強，水中的碳酸鈣和碳酸鎂分解生成較松軟的碳酸氫鈣和碳酸氫鎂，從而達到了電磁波防結垢、防腐蝕的效果。該技術同時集防腐、防垢、殺菌功能于一身，它可使鐵直接氧化成四氧化三鐵而不再腐蝕，使成垢離子在水中結晶而不形成硬垢，使細菌連接DNA 雙螺旋結構的氫鍵變形而失去活性。

技術特點如下：

（1）物理法處理。不加化學藥劑，水處理后不會產生水質二次污染。

（2）綠色環保。沉積物少，污泥量少，能有效減少油田采出水處理站污泥處理工作量。

（3）安裝便捷。設備橇塊化，短流程，占地少，施工簡單。

（4）處理成本低。與采用“三防”藥劑相比具有操作成本低和節能環保的明顯優勢。

（5）節能降耗效果好。應用該技術不更換濾料，不產生危害廢物，反洗水量少，具有節能降耗效果好的優點。

（6）防腐效果好。現場試驗應用表明，油田采出水經超低頻電磁波防腐殺菌處理后，通過改變自由能熵變（改變振動、轉動的能量），實現低pH值，并在低溫條件生成四氧化三鐵的防腐層；同時，在離子電流和時變電磁波的沖擊下，微生物和細菌被殺滅和控制，具有良好的防腐殺菌效果。

4 現場應用

（1）1#水處理站采出水處理量38 000 m3/d，通過現場應用試驗結果表明，采出水經超低頻電磁波處理后，腐蝕掛片及金屬設施內壁在1 h 內即可形成致密的四氧化三鐵，有效作用距離長達4 km以上，從采出水處理站到井口形成了有效腐蝕防護作用。表2為1#水處理站應用前后水質對比數據。

表2 1#水處理站應用前后水質對比數據Tab.2 Water quality comparison data of No.1 Water Treatment Station before and after application

（2）2#水處理站采出水處理量11 000 m3/d，采出水呈酸性，腐蝕嚴重，進站來水水質不穩定，應用超低頻電磁波技術解決該站沉積物量大、結垢嚴重等問題，同時保證防腐效果，處理后水質明顯改善。表3為2#水處理站應用前后水質對比數據。

表3 2#水處理站應用前后水質對比數據Tab.3 Water quality comparison data of No.2 Water Treatment Station before and after application

（3）4#水處理站采出水處理量12 000 m3/d，應用超低頻電磁波技術，解決反沖洗水水質惡劣對系統造成二次污染等問題，達到反沖洗水含油量去除率95%以上、懸浮固體去除率90%的處理效果。表4為4#水處理站應用前后水質對比數據。

表4 4#水處理站應用前后水質對比數據Tab.4 Water quality comparison data of No.4 Water Treatment Station before and after application

（4）5#水處理站采出水處理量7 300 m3/d，采出水呈酸性，腐蝕嚴重，三相分離器出水水質不穩定，含油量波動大，應用超低頻電磁波技術，確保水質穩定達標。表5為5#水處理站應用前后水質對比數據。

表5 5#水處理站應用前后水質對比數據Tab.5 Water quality comparison data of No.5 Water Treatment Station before and after application

（5）某原油接轉站采出水處理量1 100 m3/d，應用超低頻電磁波防腐殺菌技術后，確保了水質穩定達標。表6為某原油接轉站水處理站應用前后水質對比數據。

表6 某原油接轉站水處理站應用前后水質對比數據Tab.6 Water quality comparison data of a crude oil transfer station and water treatment station before and after application

5 應用效果評價

（1）殺菌效果好。油田采出水應用超低頻電磁波水處理技術后SRB菌大幅度減少，說明該技術殺菌效果良好。

（2）防腐效果突出。采出水經超低頻電磁波處理后，腐蝕掛片及金屬設施內壁在1 h 內即可形成致密的四氧化三鐵，平均腐蝕速率僅為0.006 mm/a，比加藥期間降低了83%。

（3）節能環保效果好。與采用“三防”藥劑油田采出水處理工藝技術相比，可以大大減少水處理技術產生的沉積物，減少油田水處理站油泥量，減少水處理站油泥無害化處理費用。

（4）水處理成本低。有效減少油田各類“三防”藥劑投入量，降低水處理藥劑費用，現場試驗應用證明，水處理價格可控制在1.5元/m3以內。

（5）應用前景廣泛。根據油田現場應用結果表明，該技術在強腐蝕性水、含聚水、稠油熱采等不同水性中均具有良好的適用性。該技術適用范圍廣，不僅可用于油田采出水處理和生活污水處理，而且也可用于河道、湖泊等地表水的處理，地下水除鐵除錳的給水處理等。

（6）提高水質達標率。有效解決了油田采出水的腐蝕、結垢、細菌滋生和水質處理不達標等問題，提升了油田采出水水質處理質量，促進了油田生產綠色、低碳、安全發展。

6 結束語

加強油田采出液水質處理技術試驗應用研究是一項十分重要的工作。現場應用證明，超低頻電磁波采出水處理技術是一種純物理法處理技術，適用范圍廣，可用于各種油田采出水處理工藝，具有施工便捷，處理成本低，除油效率高等優點，能有效解決油田生產中的難題，具有良好的水處理效果，可實現污水的循環利用、節約水資源及水資源利用的可持續發展。