油田采出水處理工藝

一、概念

油田采出水是指在采油過(guò)程中，由于注水和提高采油率等因素，使得地下水被推動(dòng)、溶解并隨同油一同涌出地面的一種水。

二、來(lái)源

地下水的自然涌出：在油田開(kāi)采過(guò)程中，由于油井的鉆探和油層的壓力變化，會(huì)導(dǎo)致地下水被推動(dòng)并與原油一同涌出地面。這些地下水包含了地下含水層中的水分，隨著原油的開(kāi)采而一起被采出。

注水開(kāi)采法：為了提高油田的開(kāi)采效率和采收率，常常采用注水開(kāi)采法。這種方法是通過(guò)向油層中注入大量的水，增加油層的壓力，使原油更容易被采出。注入的水通常是經(jīng)過(guò)處理的清水或地下水，它們?cè)谟蛯又信c原油混合，一同被采出地面，形成油田采出水。

油田生產(chǎn)過(guò)程中的排放水：在油田生產(chǎn)過(guò)程中，還會(huì)產(chǎn)生一些排放水，如洗井污水、設(shè)備清洗水等。這些水也含有一定量的原油和污染物，成為油田采出水的一部分。

三、特點(diǎn)

油田采出水具有一系列獨(dú)特的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)對(duì)于其處理和再利用具有重要的指導(dǎo)意義。以下是油田采出水的幾個(gè)主要特點(diǎn)：

高含油量：油田采出水中通常含有一定量的原油和石油類化合物，這些物質(zhì)的含量往往較高，導(dǎo)致水質(zhì)呈現(xiàn)出明顯的油污染特征。

高懸浮物含量：由于油田地質(zhì)條件和開(kāi)采工藝的不同，采出水中常含有大量的懸浮物，如泥沙、黏土顆粒、礦物雜質(zhì)等。這些懸浮物不僅影響水質(zhì)，還可能對(duì)處理設(shè)備和管道造成磨損和堵塞。

高鹽度：油田采出水往往具有較高的鹽度，包括溶解的無(wú)機(jī)鹽類（如氯化鈉、硫酸鹽、碳酸鹽等）和有機(jī)鹽類。高鹽度不僅增加了水處理的難度，還可能對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不良影響。

高有機(jī)物濃度：油田采出水中含有多種有機(jī)物質(zhì)，如烴類、酚類、醛類、酮類等。這些有機(jī)物的存在使得水質(zhì)更加復(fù)雜，處理難度加大。

水質(zhì)波動(dòng)大：由于油田開(kāi)采過(guò)程中油井產(chǎn)量、水質(zhì)等因素的變化，油田采出水的水質(zhì)也會(huì)發(fā)生波動(dòng)。這種波動(dòng)不僅影響水處理的穩(wěn)定性，還可能對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不可預(yù)測(cè)的影響。

腐蝕性強(qiáng)：油田采出水中可能含有硫化氫、二氧化碳等腐蝕性氣體，以及某些具有腐蝕性的鹽類和酸類物質(zhì)。這些物質(zhì)會(huì)對(duì)金屬設(shè)備和管道造成腐蝕，縮短使用壽命。

難以生物降解：油田采出水中的某些有機(jī)物質(zhì)具有難以生物降解的特性，如多環(huán)芳烴等。這些物質(zhì)在環(huán)境中難以自然降解，可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成長(zhǎng)期影響。

針對(duì)油田采出水的這些特點(diǎn)，需要采用適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ê图夹g(shù)手段，如物理法、化學(xué)法、生物法等，以降低其污染程度，實(shí)現(xiàn)資源化利用和達(dá)標(biāo)排放。同時(shí)，還需要加強(qiáng)油田采出水的監(jiān)測(cè)和管理，確保其不會(huì)對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成不良影響。

四、成分

固體懸浮物：油田采出水中含有固體懸浮物，一般粒徑為1～100微米。

原油：每立方采出水中通常含有1-2公斤的原油。

溶解物：主要包括可溶鹽類物質(zhì)，這體現(xiàn)了油田采出水礦化程度高的特點(diǎn)。

微生物：油田采出水中還含有微生物，如腐生菌（TGB）、硫酸鹽還原菌（SRB）和鐵細(xì)菌等。

有機(jī)物成分：包括絮凝劑、破乳劑和驅(qū)油劑等，這些有機(jī)物使油田采出水表現(xiàn)出有機(jī)物多樣性的特性。

離子組分：油田采出水的離子組分非常復(fù)雜，除常見(jiàn)的離子外，還包含有氣體成分、有機(jī)組分及微量元素。并且，水中離子的特點(diǎn)還有區(qū)域性，不同地方的硫酸鹽或氯根差異很大。

此外，油田采出水中還加有表面活性劑等助劑，能改變水的表面張力和石油的親水性，使油和水可慢慢聚集起來(lái)，便于抽至地面。

五、危害

油田采出水的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

降低油藏采收率：油田采出水中的水分和雜質(zhì)會(huì)降低油藏的采收率，使得開(kāi)采難度增加，開(kāi)采成本上升。

降低注水驅(qū)油效率：在注水開(kāi)采法中，油田采出水若未經(jīng)適當(dāng)處理，其中的雜質(zhì)和有害物質(zhì)會(huì)堵塞注水管道和地層孔隙，降低注水驅(qū)油效率。

油井大量出水、出砂嚴(yán)重：油田采出水的大量涌出可能導(dǎo)致油井出砂更為嚴(yán)重，進(jìn)一步影響油井的正常生產(chǎn)。

加重脫水泵站負(fù)擔(dān)，增加污水處理量：油田采出水含有大量的水分和雜質(zhì)，需要經(jīng)過(guò)脫水泵站進(jìn)行脫水處理，增加了脫水泵站的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，采出水中的污染物也需要進(jìn)行污水處理，增加了污水處理量。

消耗地層能量，增加生產(chǎn)成本：油田采出水會(huì)消耗地層能量，使得油田開(kāi)采更加困難，增加了生產(chǎn)成本。

危害采油設(shè)備：油田采出水中的有害物質(zhì)會(huì)對(duì)采油設(shè)備造成腐蝕和堵塞，縮短設(shè)備的使用壽命，增加維修和更換成本。

對(duì)環(huán)境的污染：

浮油污染：油田采出水中的浮油會(huì)形成油膜，阻礙大氣復(fù)氧，斷絕水體氧的來(lái)源。

乳化油和溶解油污染：這些油類在分解過(guò)程中消耗水中溶解氧，使水體形成缺氧狀態(tài)，水體中CO2濃度增高，pH值下降，影響魚類和水生生物的生長(zhǎng)。

土壤污染：油田采出水流入土壤后，會(huì)在土壤中形成油膜，阻礙土壤微生物的增殖，破壞土層團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。

生物處理系統(tǒng)影響：進(jìn)入生物處理系統(tǒng)的含油污水如果濃度過(guò)高（通常不能大于30mg/L），會(huì)影響活性污泥和生物膜的正常代謝過(guò)程。

綜上所述，油田采出水不僅會(huì)對(duì)油田開(kāi)采本身造成負(fù)面影響，還會(huì)對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的污染和破壞。因此，對(duì)油田采出水進(jìn)行妥善處理和回用，對(duì)于保護(hù)環(huán)境、提高油田開(kāi)采效率具有重要意義。

六、傳統(tǒng)處理工藝

6.1 工藝流程

6.2 工藝缺點(diǎn)

1) 油水分離效果不明顯：

由于有時(shí)加藥時(shí)的濃度以及沉降時(shí)的溫度都沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致油水分離效果不佳。對(duì)斜板罐無(wú)法實(shí)行定期清理，以及對(duì)明水的控制不符合標(biāo)準(zhǔn)，也會(huì)導(dǎo)致采出水中含油以及機(jī)雜，增加了后續(xù)處理的難度。

2) 設(shè)備腐蝕和堵塞問(wèn)題：

硫化物、細(xì)菌在采出水中的含量較高，對(duì)污水處理的設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕，縮短了設(shè)備的使用壽命。碳酸鈣沉淀如果不及時(shí)處理，會(huì)形成堅(jiān)硬的石灰垢，長(zhǎng)期堵塞管線，降低采出水的流量，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

3) 處理效率不足：

隨著后期采出水量增加，導(dǎo)致處理水量不及時(shí)，需要增大采出水系統(tǒng)的規(guī)模，增加了投資和運(yùn)營(yíng)成本。除油罐收油不及時(shí)，會(huì)導(dǎo)致篩管堵塞，進(jìn)一步影響油水分離效果。過(guò)濾罐方面，濾料板結(jié)會(huì)導(dǎo)致過(guò)濾效果降低，影響水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

4) 環(huán)境污染問(wèn)題：

采出水經(jīng)過(guò)處理會(huì)產(chǎn)生大量的污油泥，由于目前污泥回注點(diǎn)處理能力不足，無(wú)法快速處理污泥，存在環(huán)保安全隱患。如果處理后的水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，直接排放到環(huán)境中，會(huì)對(duì)土壤和水體造成污染，影響生態(tài)環(huán)境。

5) 技術(shù)限制：

對(duì)于稠油采出水，由于其粘度較大，開(kāi)采和處理都十分困難。雖然可以采用高壓蒸汽法開(kāi)采稠油，但后續(xù)采出水的處理難題主要在于采出水中含有大量油，增加了廢水凈化難度。對(duì)于低滲透油采出水，地層堵塞是一個(gè)主要問(wèn)題。要想優(yōu)化采出水技術(shù)，需要調(diào)整低滲透油的濾膜系數(shù)，這增加了技術(shù)難度和成本。

聚合物驅(qū)采廢水中的高分子聚合物會(huì)使采出水的粘度加大，導(dǎo)致油與水兩種物質(zhì)很難順利分離開(kāi)來(lái)，進(jìn)一步增加了處理難度。

七、新型處理工藝

7.1工藝流程

目前常用的預(yù)分水技術(shù)主要通過(guò)重力沉降、旋流、氣浮、熱化學(xué)等單一技術(shù)、以上兩種或兩種以上技術(shù)之間的組合實(shí)現(xiàn)，代表性的技術(shù)主要有仰角式油水分離技術(shù)、串聯(lián)式水力旋流器分離技術(shù)、高效三相分離技術(shù)及低溫破乳技術(shù)等，尚缺乏將柱狀旋流分離器與水力旋流分離器相結(jié)合的系統(tǒng)研究，也缺乏一體化裝置之間參數(shù)匹配的的設(shè)計(jì)方法。

科力邇公司以專利的CDFU旋流容器氣浮除油器為核心，輔以不同精度的過(guò)濾器，設(shè)計(jì)出了兩套井口采出液短流程處理回注工藝，器工藝流程圖如下圖所示，

· 方案一：采出液經(jīng)兩相分離器預(yù)處理后，水相排出含油污水進(jìn)入兩級(jí)HAC+兩級(jí)CDFU進(jìn)行除油、除懸浮物，污油進(jìn)入污油收集罐，廢氣去火炬或天然氣管網(wǎng)，出水進(jìn)入兩級(jí)活性濾料過(guò)濾器過(guò)濾，出水達(dá)到回注水標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)入回注水罐，過(guò)濾器反洗水用回注水罐水，出水經(jīng)污泥脫水設(shè)備壓濾，泥餅袋裝外運(yùn)。方案一工藝流程圖

· 方案二：采出液經(jīng)兩相分離器預(yù)處理后，水相排出含油污水進(jìn)入兩級(jí)HAC+兩級(jí)CDFU進(jìn)行除油、除懸浮物，污油進(jìn)入污油收集罐，廢氣去火炬或天然氣管網(wǎng)，出水進(jìn)入循環(huán)水罐，循環(huán)水罐濃水進(jìn)入CDFU,浮渣經(jīng)污泥脫水設(shè)備壓濾，泥餅袋裝外運(yùn)，CDFU出水回到循環(huán)水罐，循環(huán)水罐進(jìn)入SIC膜過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，出水達(dá)到回注水標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行回注。

方案二工藝流程圖

7.2工藝特點(diǎn)

以上兩套采出水處理工藝相較于常規(guī)工藝具有以下特點(diǎn)：

· 流程短，效率高，抗沖擊性強(qiáng)，出水穩(wěn)定達(dá)到水質(zhì)要求；

· 無(wú)藥劑，純物理破乳分離技術(shù)，無(wú)老化油，無(wú)二次污染，環(huán)保效益好；

· 采用兩級(jí)旋流分離器+兩級(jí)旋流溶氣氣浮做前處理，抗沖擊性強(qiáng)，保證了后續(xù)工藝穩(wěn)定可靠運(yùn)行；先進(jìn)過(guò)濾技術(shù)，過(guò)濾精度高，效果好，抗沖擊性強(qiáng)，濾料壽命長(zhǎng)，確保水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；

· 撬裝化，占地面積小，適合對(duì)空間要求高如海上平臺(tái)等場(chǎng)合；

· 全自動(dòng)化、信息化運(yùn)行，可遠(yuǎn)程監(jiān)控，少人工，運(yùn)維便捷且成本低。

7.3應(yīng)用實(shí)例

中石油某聯(lián)合站回注水處理撬如圖所示，該套工藝A1級(jí)出水含油量≤5mg/L，懸浮物含量≤1mg/L，A2級(jí)出水含油量≤6mg/L，懸浮物含量≤2mg/L.

中石油某聯(lián)合站回注水處理撬