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1、西安石油大学 硕士学位论文 直罗采油厂采油污水回注处理技术研究 姓名：沈哲 申请学位级别：硕士 专业：化学工艺 指导教师：屈撑囤 20100520 中文摘要 论文题目： 专业： 硕士生： 指导教师： 直罗采油厂采油污水回注处理技术研究 化学工艺 沈哲( 签名) 屈撑囤( 签名) 形托 摘要 注水开发是提高油田最终采收率和开发效益的主要方式，因此采出污水处理后回注 是实现油田高效开发的关键。采出液经油水分离后形成复杂的多相体系，具有较高的腐 蚀结垢性和油层伤害性。 延长油田直罗采油厂6 撑、7 撑、8 群联合站是新建的污水处理站，其采出水具有p H 值 低，矿化度高、油和悬浮物含量高、铁含量高、
2、细菌含量高，结垢腐蚀趋势严重等特点， 本论文以6 群联合站采出污水为对象，通过采用絮凝与化学氧化、防腐防垢相结合，采用 p H 调节化学氧化一絮凝沉降一过滤的注水工艺，筛选出水处理药剂配方，处理后水与 地层水的配伍性，实验表明：在p H = 7 5 ，H 2 0 2 用量为2 0 3 0 m g L ，C P A M ( 1 2 0 0 万) 用 量为2 0 2 5 m g L 、P A C 用量范围为8 0 1 0 0 m g L ；采用交替加入杀菌剂I - I D S 0 8 和 A D 5 1 6 8 ，加量分别为1 0 0m g L 、加入A D 4 3 3 b 阻垢剂1 0 0 m
3、g L 、加入K S 1 缓蚀剂 3 0 m g L ，可使处理后污水的悬浮物、含油量、总铁含量、细菌含量、腐蚀速率分别降至 0 9 1 9 m g L ( 5 0 m g L ) 、2 0 - 4 3 m g L ( 弋 1 0 1 0 l O l O 2 0 - 3 0 1 0 1 0 1 0 1 0 效果稳定，运行费用低，沉降时间长，一次投 资高，处理大占地面积大 反应快，沉降时间短，处理效果好，占地大， 药剂用大，污泥难处理，运行费用大： 设备小，操作简便易堵，效果较差 水质好，设备投资少，无浮渣滤床要反复冲洗 处理时间短，处理效果好，药剂用大，有浮渣 除油速度快，设备体积小，缓冲能力
4、差，积累 区体积小，不能长时间积累污泥 水质好，设备占地少投资高，吸附剂再生困难 耗电量大，装置复杂，有氢气产生，易爆 出水水质好，膜清洗困难，运行成本高 分离效果好，价格高，难于大规模处理 处理效果好，无二次污染，费用低占地大 油田污水成分比较复杂，油分含量及油在水中存在形式也不相同，且多数情况下常 与其他废水相混合，因此单一方法处理往往效果不佳。同时因各种方法都有其局限性， 在实际应用中通常是两、三种方法联合使用，提高水质达标率等同的时，使出水水质达 到回注标准。 1 2 3 国内外污水处理工艺技术现状 查阅相关文献，国内外污水处理工艺技术现状对比见表1 2 表l - 2国内外污水处理工艺
5、技术现状对比表1 2 4 1 4 第一章绪论 由表可知，通过比较国内外含油污水处理技术，我们可以充分认识到差距，并结合 我国各个油田含油污水的特点，适当引进国际国内先进的处理、分离、过滤技术和设备， 提高污水深度处理效率和精度，解决低渗透油田悬浮物超标及颗粒粒径超标问题。同时 引进开发无毒、高效、适用范围广、廉价的多功能水处理剂，解决注水系统腐蚀严重、 产生污泥量大、水质不合格的问题。 1 3 油田含油污水的来源与水质 1 3 1 污水水质1 2 5 l 油田采油污水是一种含有固体杂质、微生物、溶解气体和溶解盐类等多组分的复杂 多相体系。由于原油产地地质条件、原油性质、注水性质以及原油集输和初
6、加工的整个 工艺不尽相同，各油田采油污水水质有较大的差异，我国主要油田采油污水水质见表1 3 。 表l - 3 我国主要油田采油污水水质 5 西安石油大学硕士学位论文 1 3 2 采油污水特点 从总体上看，油田采油污水都具有以下共同特点闭：含多种有机物含有多种原 油有机成分和多种化学药剂，化学需氧量高，有利于微生物的繁殖，容易造成腐蚀和堵 塞；矿化度高，会加速腐蚀，并给污水生化处理带来困难；含油量高，回注容易 堵塞地层，外排会造成油污染；水中含有微生物常见微生物有硫酸盐还原菌、铁细菌、 腐生菌，均为丝状菌，多数污水中细菌含量为1 0 2 1 0 4 个L ，有的高达1 0 8 个L ，细菌大
7、量繁殖不仅腐蚀管线，而且还会造成地层严重堵塞；含有大量成垢离子( H C 0 3 、C a 2 + 、 M 矿、B a 2 + ) ，在温度、压力等外界条件变化时，会相互聚集，发生沉淀，容易在管道及 容器内结垢；悬浮物含量高，颗粒微小，容易造成地层堵塞。 1 3 3 油田采油污水危害 采油污水进入水体后，会使水表层的油膜阻止了空气中的氧向水中扩散，造成局部 水域的嫌氧状态。使水生动物因缺氧而死亡，水生植物的光合作用也会遭蓟破坏，并且 还能影响饮用水资源和地下水资源，破坏大气和水体的界面上的能量和物质平衡。油污 水渗入土壤的量超过土壤的自净容量后，积累的油类等物质将长期残留于其中，破坏土 壤结构
8、，影响土壤通透性，损害植物根部，阻碍根的呼吸和吸收，对土壤植物和土壤微 生物生态系统甚至地下水都造成很大危害【2 7 1 。采油污水含有的大量细菌会造成底层的严 6 第一章绪论 重堵塞而伤害油藏，同时它溶解了一些气体，如氧气、硫化氢、二氧化碳等，其中氧气 是很强的氧化剂，容易造成电化学腐蚀，酸性气体和氧气共同作用会使腐蚀速度呈倍增 长，且油田采油污水中含有丰富的有机物，又有适宜的温度，是硫酸盐还原菌( s I 氇) 、 腐生菌( T G B ) 繁殖的场所，会造成管线的严重腐蚀。 1 3 4 油田采油污水处理后的措施 从国内外油田生产情况来看，油田含油污水经处理后的出路一般有三种：回注代 替清
9、水资源直接回注地层或配制聚合物后回注地层【2 8 】；回用处理后作为热采锅炉的 给水；外排处理后达到国家污水排放标准，直接排放。 从环境保护和节约水资源等角度考虑出发，将油田含油污水进行处理后作为生产用 水回注地层是最经济有效的办法。我国各油田含油污水水质状况差异较大，针对自身特 点及对水质要求不同，在实际生产中，应用不同的回注处理方法对油田污水的危害进行 有效的控制。 1 4 我国处理采油污水的工艺流程现状 1 4 1 传统处理工艺 目前，各油田的采油污水处理工艺绝大多数采用传统的“老三套“ 工艺，一般先采 用重力除油、混凝沉降( 或混凝气浮) 。然后再根据不同要求增加一级或二级过滤【2 9
10、 。3 0 】。 在我国，由于各个油田地层渗透率不同，所采用的采油污水处理工艺也不相同。采油污 水处理及回注技术随着注水水质要求逐渐提高，尤其是低渗透油田注水水质要求的提高， 对传统处理设备提出了更高要求。一方面是对原有工艺设备进行优化改进；另一方面是 开发设计新设备，如开发出平行板分离器、多相气浮、多级环流浮选柱等新工艺设备。 1 4 2 我国常用的处理工艺 a 重力沉降处理工艺 从我国各油田现使用较普遍的处理采油污水工艺流程上来讲，主要是用于处理稀油 油田和气田的含油污水，都是以污水处理后回注为目的设计的，其工艺流程见图1 1 。 图1 1 重力沉降处理工艺流程简图 这一工艺一般分为三段，
11、第一段可以使污水中含油量5 0 0 0 m g L 降至5 0 0 m g L 以下； 7 西安石油大学硕士学位论文 第二段投加混凝剂，混凝沉降后一方面使含油量降至5 0 1 0 0 m g L ，另一方面使水中悬浮 物大幅度形成絮凝体下沉，再经第三段石英砂过滤后含油量可降至1 0 2 0 m g L ，悬浮物含 量可降至1 0 m g L 以下1 3 1 1 。目前这一处理工艺在油气田应用较为广泛，其特点是对原水含 油量变化适应性强，缺点是当处理水量大时滤罐数量多，流程相对复杂，自动化程度低， 沉降时间长，一次投资高，适应于对注水水质要求低的油田。由于其处理工艺的限制， 处理后的水质不能达到
12、低渗透油层回注的注水水质标准。 b 压力沉降处理工艺 该工艺将聚结除油、斜管沉降分离及化学混凝除油技术联合应用于压力除油罐，从 而提高除油效掣3 2 1 。它主要是将强化前段除油工艺和后段的过滤净化，是处理后水达到 注水标准。其典型工艺特点是除油效率高，停留时间短，系统自动化程度高于重力除油 工艺，运行管理较为方便，正常出水含油浓度小于3 0 m g L 。缺点是设备内部结构较为复 杂，受聚结、斜板材质的限制，使用一段时间后出现填料堵塞、内部构件腐蚀损坏等情 况，且运行稳定性不如重力流程。其工艺流程见图1 2 。 图1 2 压力过滤工艺流程简图 c 浮选处理工艺 浮选处理工艺是利用浮选作用将油
13、和悬浮物分开而使污水得到净化。目前广泛应用 于胜利、辽河和新疆等部分油田。该法主要去除的是残余浮油和不含表面活性剂的分散 油，这种工艺的特点是处理效率高，污水在设备中停留的时间短，布局紧凑，占地少， 单位体积构筑物处理能力高，其缺点是处理难度较大【3 3 1 。以叶轮浮选为主的气浮法除油、 除悬浮物工艺的流程见图1 3 。 图l - 3 浮选处理工艺流程简图 d 水力旋流工艺 水力旋流法是利用油水密度不同、互不相溶及含油污水在水力旋流器中高速旋转时 产生的离心力的差异来实现油水分离刚。该工艺优点是工艺简单，运行成本得以降低， 且操作管理方便、快捷、灵活，可在不同地点建成不同规模的污水处理装置j
14、 甚至可实 8 第一章绪论 现撬装化或车装化，实现污水的就地处理【3 5 1 。采用该工艺的联合站来水经水力旋流处理 后，可以将1 0 0 0 m g L 左! 右的含油污水处理到1 0 m g L 以下，达到了中、低渗透层的注水指 标，同样具有良好的现场应用价值。其工艺流程见图1 4 。 图l - 4 水力旋流处理污水工艺流程图 e 氧化塘生物处理技术 它是生化处理法的一种，是利用微生物的生物化学作用，将复杂的有机物分解为简 单物质，将有毒物质转化为无毒物质，使采油污水得到净化。微生物可将有机物作为营 养物质，使其一部分被吸收转化成为微生物体内的有机成分或增殖成新的微生物；其余 部分可被微生
15、物氧化分解成简单的有机或无机物质，如甲烷、二氧化碳和水等。该工艺 应用于采油污水处理中，其优点是处理效果好，管理方便，投资较少，缺点是占地面积 大【3 6 】。其处理工艺如图1 5 所示。 图1 5 氧化塘生物处理污水工艺流程图 f 深度处理工艺 精细过滤工艺就是在前a c 处理工艺末端增加精细过滤设备，进一步降低石油含油 量和悬浮物含量，以满足低渗透油藏的注水要求。但是采用这项措施由于费用高，使用 效果不佳。目前，这种工艺只在各别油田中使用。该工艺为多种处理工艺的组合，主要 针对污水回用而进行的，污水处理效果较好，可回用作为蒸汽锅炉用水。该工艺在我国 北方某些油田应用较多，具体工艺流程见图1
16、 6 。 9 西安石油大学硕士学位论文 图l _ 6 深度处理工艺流程图 上述处理工艺主要以去除污水中的悬浮固体、含油物质为主，处理后水的腐蚀、结 垢严重，且处理后水质不稳定。 综观国内外采油污水处理技术和措施，都是处理稀油油田和气田的含油污水的工艺。 而且由于工艺技术的局限性、采油污水的复杂性及生产过程的管理措施等因素的影响， 采用上述处理工艺处理后的采油水，只可以勉强达到回注水的标准。因此，必须要对现 有的工艺进行改进优化，使处理后水达到回注水处理标准。 1 5 目前采油污水处理工艺存在的问题 我国油田采油污水处理技术均属于初级处理技术，并未进行深度处理。所以仍存在 以下几方面问题：整体处理工艺单一，传统的“老三套”工艺依然占很大比例，深度 处理工艺应用缺乏，而且工艺处理效果不好；采用化学絮凝法所带来的问题，化学絮 凝是常采用的方法，需要加入絮凝剂，还有水质调节剂、防腐剂和除垢剂等化学药剂， 容易产生二
