油田采出水水質(zhì)影響因素分析及治理措施研究

趙東睿，靳筱宣，余天寶

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采油廠，甘肅慶陽(yáng) 745100）

隨著油田開(kāi)采年限的增加，采出液含水率逐年上升，含油污水水量逐年增加，由開(kāi)發(fā)初期的低含水率期，上升至現(xiàn)在的中高含水率期，部分油井的含水率上升率甚至高達(dá)90%以上。低滲透油田儲(chǔ)層具有孔徑小、喉道細(xì)、滲透率低的特征，特殊的儲(chǔ)層特征及復(fù)雜的地層水性質(zhì)決定了對(duì)回注水質(zhì)的要求更高[1]。近年來(lái)，HS采油作業(yè)區(qū)上游ZF 區(qū)塊的開(kāi)發(fā)導(dǎo)致D 區(qū)塊的含水率上升，使含油污水處理壓力越來(lái)越大；同時(shí)，采出水水質(zhì)復(fù)雜、回注水水質(zhì)要求高，致使D 區(qū)塊含油污水難以處理。

1 D 區(qū)塊采出水水質(zhì)處理工藝現(xiàn)狀

采出水具有鹽度高、腐蝕性強(qiáng)、易結(jié)垢、水質(zhì)復(fù)雜的特點(diǎn)。各作業(yè)區(qū)中心站對(duì)于采出水處理有不同的工藝流程，主要形成了以“沉降除油+過(guò)濾”、“沉降除油+氣浮+過(guò)濾”、“沉降除油+生化+過(guò)濾”、“一級(jí)沉降除油”等多種處理工藝，分別適用于不同規(guī)模的水處理站場(chǎng)。

H 中心站于2010 年投運(yùn)，主要負(fù)責(zé)D 增壓站、O轉(zhuǎn)油站、本站所轄井組、S 轉(zhuǎn)油站及卸油臺(tái)來(lái)液的收集、加溫、處理、采出水就地回注等任務(wù)（圖1）。采出水系統(tǒng)配套200 m3、500 m3除油罐各1 具，40 m3臥式凈化水罐2 具，“生物+過(guò)濾”采出水裝置1 套（300 m3/d），日均回注水量350 m3（表1）。末端的生化處理池每日需添加一定量的營(yíng)養(yǎng)劑，保證微生物正常生長(zhǎng)、繁殖所需的營(yíng)養(yǎng)，最終要求處理后的采出水回注標(biāo)準(zhǔn)：懸浮固體含量≤30 mg/L，含油量≤30 mg/L。

圖1 D 區(qū)塊采出水水質(zhì)處理工藝流程圖

表1 D 區(qū)塊采出水來(lái)液情況統(tǒng)計(jì)

1.1 三相+除油+生化+過(guò)濾處理工藝

D 區(qū)塊H 中心站三相分離器采出水處理工藝采取“沉降除油+生化+過(guò)濾處理工藝”。三相分離器來(lái)水經(jīng)水室出水口進(jìn)入除油罐除油后進(jìn)入一體化水處理裝置中。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，該工藝流程主要受限于前段三相分離器的運(yùn)行溫度影響（表2）。

表2 H 中心站處理水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果一覽表 單位：mg·L-1

1.2 沉降除油+生化+過(guò)濾處理工藝

該流程將沉降罐來(lái)油經(jīng)一級(jí)沉降后去除浮油和分散油，利用油輕水重的密度差進(jìn)行分離，分離時(shí)間依據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)而定，采出水通過(guò)進(jìn)水管直接進(jìn)入緩沖水管，再進(jìn)入一體化水處理裝置處理后進(jìn)行混注，故注水泵出口水質(zhì)較差。

2 采出水水質(zhì)影響因素及處理工藝存在問(wèn)題

通過(guò)對(duì)HS 采油作業(yè)區(qū)H 中心站采出水處理工藝及水質(zhì)狀況調(diào)研、分析，認(rèn)為目前該中心站采出水處理系統(tǒng)存在的問(wèn)題主要為以下幾點(diǎn)。

2.1 上游站庫(kù)來(lái)液量大且多層位來(lái)水

2.1.1 來(lái)液量大，超負(fù)荷運(yùn)行 S 轉(zhuǎn)油站一體化水處理裝置設(shè)計(jì)能力為300 m3/d，在實(shí)際運(yùn)行中S 轉(zhuǎn)油站處理來(lái)液主要為本站及上游站庫(kù)流程中分離出的采出水，同時(shí)，還需處理卸油臺(tái)來(lái)油（約350 m3）。近兩年，隨著S 轉(zhuǎn)油站上游站庫(kù)O 轉(zhuǎn)油站、卸油臺(tái)產(chǎn)建來(lái)液量的增加，S 轉(zhuǎn)油站日處理采出水達(dá)450 m3，超負(fù)荷運(yùn)行。

2.1.2 來(lái)液混層，水型不配伍 H 中心站所轄采油井主要開(kāi)采長(zhǎng)8 層系，但隨著不斷開(kāi)發(fā)，部分區(qū)塊已進(jìn)入混層開(kāi)采，部分油井來(lái)液為長(zhǎng)7、延9、延10 等層位，且卸油臺(tái)卸油后直接進(jìn)入流程，采出水來(lái)液層位復(fù)雜，不配伍層系的采出水混合會(huì)增加結(jié)垢的可能，且本身采出水礦化度高，細(xì)菌含量超標(biāo)，易造成腐蝕結(jié)垢。高礦化度增強(qiáng)了污水的電導(dǎo)率，有利于電子遷移和腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行，有利于沉積結(jié)垢，抑制氧的擴(kuò)散，容易發(fā)生氧濃差電池腐蝕。主要表現(xiàn)為采出水中存在大量懸浮物，不能有效沉降，給設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)困難。

2.2 采出水工藝流程問(wèn)題突出

2.2.1 采出水處理流程附屬設(shè)備老化嚴(yán)重 由于采出水工藝流程個(gè)別附屬設(shè)備老化嚴(yán)重，來(lái)油加熱爐故障，且沉降時(shí)間不足，則導(dǎo)致除油、除懸效果下降，直接影響濾前水質(zhì)[2]。

2.2.2 采出水處理流程不完善 H 中心站現(xiàn)有采出水處理工藝流程不完善，部分站點(diǎn)除油罐除油效率較低，個(gè)別站的除油罐出水口的含油量甚至大于進(jìn)水口。分析認(rèn)為沉降除油罐依靠重力排泥不徹底，污泥中含有大量的黏性泥質(zhì)、細(xì)菌、油污等，成分復(fù)雜，污泥定期排放至干化池后得不到及時(shí)清理，致使污泥在系統(tǒng)內(nèi)形成惡性循環(huán)，造成二次污染。

2.2.3 污泥淤積，設(shè)備故障頻發(fā) 在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中存在污泥淤積，設(shè)備故障頻發(fā)的情況，導(dǎo)致“沉降除油+生化+過(guò)濾處理工藝”產(chǎn)生的污水經(jīng)一次沉降后直接進(jìn)入下一設(shè)備。容器被污泥淤積，影響沉降效果，加劇污泥進(jìn)入下游系統(tǒng)引發(fā)堵塞頻次，設(shè)備頻繁結(jié)垢堵塞，造成設(shè)備維修頻次大大增加，2022 年S 轉(zhuǎn)油站注水設(shè)備維護(hù)共計(jì)約30 余次。

2.3 未實(shí)現(xiàn)完全密閉隔氧

處理流程無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全密閉隔氧，溶解氧含量超標(biāo)，氧是含油污水處理系統(tǒng)中的重要腐蝕因素。當(dāng)采出水中溶解氧超標(biāo)時(shí)，會(huì)生成Fe（OH）3，加劇腐蝕[3]。已建立臥式凈化水罐密閉隔氧裝置破損，近年來(lái)采用臥式緩沖罐，未設(shè)置隔氧措施，除油罐、污水污泥池、加藥點(diǎn)等處都存在曝氧，處理流程無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全密閉，導(dǎo)致溶解氧含量升高，加劇了系統(tǒng)的腐蝕和細(xì)菌繁殖。

3 D 區(qū)塊采出水水質(zhì)提升措施

HS 采油作業(yè)區(qū)D 區(qū)塊針對(duì)采出水處理系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行中存在的問(wèn)題，建議從以下方面完善改進(jìn)，以達(dá)到水質(zhì)提升的目的。

3.1 控制沉降時(shí)間

強(qiáng)調(diào)技術(shù)管理計(jì)劃性、預(yù)判性。結(jié)合新井投產(chǎn)計(jì)劃預(yù)測(cè)采出水小高峰，控制采出水卸車頻次與時(shí)間間隔，調(diào)整廠內(nèi)3 座卸車池、2 座沉降除油罐的倒罐時(shí)間，實(shí)現(xiàn)單一儲(chǔ)罐（池）內(nèi)采出水物理沉降20～24 h，通過(guò)運(yùn)行控制達(dá)到工藝要求，泥砂、有機(jī)雜質(zhì)及固體顆粒等含量降低20%～35%，保證油水分離效果。

沉降除油罐采用負(fù)壓排泥系統(tǒng)，利用外部助排泵產(chǎn)生的負(fù)壓攜帶作用將罐底污泥排出，同時(shí)優(yōu)化污泥池結(jié)構(gòu)，降低人工清淘難度，擴(kuò)大污水污泥池容積，減少水質(zhì)二次污染[4]。開(kāi)展沉降除油工藝優(yōu)化研究，引進(jìn)試驗(yàn)水力旋流沉降除油、聚結(jié)除油及沉降除油+氣浮等高效除油工藝，提高沉降除油工藝出水水質(zhì)。

3.2 優(yōu)化采出水處理流程

根據(jù)采出水特點(diǎn)及水質(zhì)情況，優(yōu)化改進(jìn)處理設(shè)備，完善處理工藝流程，配套過(guò)濾、殺菌工藝，提高出水水質(zhì)。針對(duì)S 轉(zhuǎn)油站采出水處理裝置遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)能力問(wèn)題，可將2 具200 m3清水罐改為300 m3沉降除油罐，將100 m3反洗罐改為調(diào)節(jié)水罐，注水泵房清水泵改注采出水，更換采出水注水泵1 臺(tái)。同時(shí)，優(yōu)化加藥制度，根據(jù)來(lái)液量變化動(dòng)態(tài)調(diào)整加藥量及加藥泵的運(yùn)行（表3）。

表3 S 轉(zhuǎn)油站采出水系統(tǒng)加藥計(jì)劃

3.3 采用密閉隔氧措施

針對(duì)溶解氧的危害，建議采用密閉隔氧措施，對(duì)臥式凈化水罐更換隔氧裝置，開(kāi)展臥式緩沖罐密閉隔氧措施的研究，同時(shí)在污水系統(tǒng)前端投加除氧劑。

3.4 系統(tǒng)污泥清運(yùn)

清理或外運(yùn)不及時(shí)淤泥會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)不斷循環(huán)，堵塞管線，淤積設(shè)備，導(dǎo)致注水泵頻繁故障。因此需要制定詳細(xì)的污泥“清、減、封、運(yùn)”方案（表4），并及時(shí)處置。臥式容器清淤，定期對(duì)三相分離器、加熱爐清理淤泥，污泥占整體污水處理量的1%～2%，污泥中通常包含重金屬、微生物等。處理時(shí)嚴(yán)格遵循“減量化、無(wú)害化、資源化”原則。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，優(yōu)化采出水系統(tǒng)排污時(shí)間，沉降罐每天排污。在清池清淤用高壓水槍把淤積物沖散并稀釋，被稀釋后的淤積物運(yùn)往隴東油泥處理廠，清理次數(shù)一般為每年一次。

表4 S 轉(zhuǎn)油站排污排泥要求

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)HS 采油作業(yè)區(qū)D 區(qū)塊水質(zhì)指標(biāo)及工藝現(xiàn)狀調(diào)研，分析總結(jié)了采出水處理系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出了提高水質(zhì)的建議及措施，有以下結(jié)論認(rèn)識(shí)。

（1）隨著HS 采油作業(yè)區(qū)的不斷產(chǎn)建開(kāi)發(fā)，采出水產(chǎn)量較設(shè)計(jì)投產(chǎn)初期增加1 倍，同時(shí)存在多源頭來(lái)水，措施增產(chǎn)等因素使得水質(zhì)波動(dòng)較大、組分復(fù)雜，嚴(yán)重影響下游單元的運(yùn)行，加速了設(shè)備、管線腐蝕。

（2）控制沉降時(shí)間、優(yōu)化加藥制度等措施能夠有效應(yīng)對(duì)短時(shí)期內(nèi)高峰水處理任務(wù)，降控有機(jī)雜質(zhì)、懸浮物、泥沙含量，保證油水分離，水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

（3）進(jìn)行污泥減量化處理，建議對(duì)早期污泥池結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造或建設(shè)排泥儲(chǔ)罐等以便于污泥清理外排。

（4）管理上“控上游、強(qiáng)中游、保下游”，扎實(shí)推進(jìn)各項(xiàng)治理措施，嚴(yán)格減量化質(zhì)量監(jiān)督管理制度，強(qiáng)化外來(lái)液處理。嚴(yán)控上游來(lái)水質(zhì)量，全力推進(jìn)站內(nèi)施工改造，強(qiáng)化采出水水質(zhì)管控。