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1、12 油田水处理技术2.1 油田污水治理的意义2.1.1 环境保护我们知道，油田污水是在石油、天然气的勘探开发过程中不可避免的伴生物，它是一种含有固体杂质、液体杂质、溶解气体和溶解盐类等复杂的多项体系。从污水处理的角度出发，油田污水中的杂质可以分为悬浮固体、胶体、分散油及浮油、浮化油和溶解物质等五大类。2.1.2 节约水资源在油田企业的生产运行过程中，水的消耗量是巨大的。在油田用水中，注入采油用水占绝对数量。例如，中原油田目前原油年产量为 350 万吨，年产油田污水 2000 万 m3，注水量为 11 万 m3/d，全年注水开发需水量为 4015 万 m3。若污水全部回注，每年就可节约水资源
2、2000 万 m3。原油产量更高的大型油田，注水开发需水量更是数量惊人。可见，油田污水经过处理回注地层既缓解了水源缺乏的问题，又杜绝了污染环境，提高了水的循环利用率。2.2 油田注水水质标准不同的行业，不同的应用领域，对所用水源水质有相应的要求。油田注水的目的是通过一系列注水管网、注水设备及注水井将水注入地层，使地层保持能量，提高采油速度和原油采收率。因此，油田注水的水质要求有其特殊性，在水质指标方面，与其它行业的侧重点不同。根据油田注水的特殊用途，对油田水水质的要求或油田注水水质的要求或油田注水水质处理达到的指标主要包括以下三个方面。2.2.1 注水性油田注入水的注入性是指注入地层（储层）的
3、难易程度。在储层物性（如渗透率、孔隙结构等）相同的条件下，悬浮固体含量低、固相颗粒粒径小、含油低、胶体含量少的注入水易注入地层，其注入性好。地层物性条件差，如渗透率低、孔喉半径小，注入水就难以注入。当油田注水水质处理效果部好，注入水中含有较多的悬浮固体、油污和胶体时，极易在注水井吸水井吸水端面造成沉积堵2塞，使注水压力上升，甚至注不进水。2.2.2 腐蚀性油田注水的实施经历以下过程：在油田注水的实施过程中，在地面，涉及到注水设备（如注水泵） ，注水装置（如沉降罐、过滤罐） ，注水管网；在地下水，涉及到注水井油套管等，这些设备、管网、装置等大多数是金属材质。因此注入水的腐蚀性不会影响注水开发的正
4、常运行，而且还会影响油田注水开发的成本。例如，中原油田曾由于腐蚀、结垢等原因，造成注水井油套管损坏、注水管线穿孔、注水设备腐蚀报废引起的直接经济损失每年高达数亿元。影响注入水腐蚀性的主要因素见表 21。由表 21 可以看出，水的腐蚀性影响因素多并且各种因素之间互相影响。表 21 影响注入水腐蚀性的主要因素因素 描述pH 值在无氧的条件下，水中的 pH 值降低加剧腐蚀。pH 值较高时，铁表面被Fe(OH)2 或 FeCO3 所覆盖形成保护膜，从而减轻了腐蚀。但在碱性水中，特别是水温较高时，会造成垢下腐蚀。在有氧条件下，pH 值为 68 时，腐蚀主要影响因素是氧，pH 值对腐蚀的影响不大。含盐量
5、水中含盐量高时，水的导电性能好，加剧腐蚀，主要是氯离子影响溶解氧氧是引起腐蚀的主要因素，在含氧量高、温度高、pH 值低时，其腐蚀作用大大加剧CO2 CO2 溶于水会降低 pH 值，从而加剧腐蚀H2SH2S 在酸性或中性水中，分解成 S2-，S 2-与 Fe2+反应生成 FeS 沉淀物，促使阳极反应不断进行，引起比较严重的腐蚀细菌 硫酸盐还原菌的繁殖可使 H2S 含量增加，加剧腐蚀水温 一般情况下，水温高，腐蚀速度大2 .3 油田水处理技术注水水源 污水处理站 注水站 注水井32.3.1 混凝处理油田含油污水在经自然除油后，污水中的一般浮油全部去除，粒径在 10m以上的分散油大部分去除，水中主要
6、含有乳化油及小颗粒的悬浮物。天然水中除含砂泥外，通常还含有颗粒很细的尘土、腐殖质以及菌藻等微生物。油田含油污水、天然水中的这些杂质与水形成溶胶状态的胶体微粒，由于布朗运动和静电排斥力而呈现沉降稳定性和聚合稳定性，通常不能利用重力自然沉降的方法除去。因此，必须添加混凝剂，以破坏溶胶的稳定性，使细小的胶体微粒凝聚再絮凝成较大的颗粒而沉淀。传统的水处理理论，把上述细小的胶体微粒通过聚集作用而形成可分散的大颗粒的过程称为混凝，混凝又是由凝聚和絮凝量部分组成的。能引起胶粒凝聚的药剂称为凝聚剂，能引起胶粒产生黏结架桥而发生絮凝作用的药剂称为絮凝剂。2. 4 沉淀与上浮2.4.1 沉淀沉淀与上浮蚀利用水中悬
7、浮颗粒与水的密度差进行分离的基本方法。当悬浮物的密度大于水时，在重力作用下，悬浮物下沉形成沉淀物；当悬浮物的密度小于水时，则上浮至水面形成浮渣（油） 。通过收集沉淀物和浮渣可使水获得净化。沉淀法可以去除水中的泥沙、化学沉淀物、混凝处理所形成的絮体或生物处理的污泥等，也可用于沉淀污泥的浓缩。上浮法主要用于分离水中较轻的悬浮物，如油等，也可以让悬浮物附气泡，使其密度小于水，再用上浮法除去。2.4.2 上浮上浮就是设法使悬浮物等杂质的密度小于水，使其上浮至水面形成浮渣（油） ，由水分离出的处理工艺又称为气浮法。气浮法广泛应用于：分离回收含油污水中的悬浮油和乳化油；分离地面水中的细小悬浮物、藻类及微絮
8、体；回收工业废水中的有用物质，如造纸厂废水中的纸浆纤维及填料等；分离回收以分子或离子状态存在的目的物，如表面活性剂和金属离子；代替二次沉淀池，分离和浓缩剩余活性污泥，特别适用于那些易于产生污泥膨胀的生化处理工艺中。气浮法最常用的气体使空气、二氧化碳、氮气、和天然气，在油田水处理4中应优先使用天然气，以使浮选器和下游设备免遭氧的腐蚀。2.5 过滤过滤的去除悬浮物，特别是去除浓度比较低的悬浊液中微小颗粒的一种有效方法。过滤时，含悬浮物的水流过具有一定孔隙率的过滤介质，水中的悬浮物被截留在介质表面或内部而除去。水处理中，常用过滤处理处理使混凝沉淀处理后水的浊度或水中的细小悬浮物进一步下降，使水质得到
9、进一步净化，以满足用水要求或达到相应的水质指标。过滤用的设备称为过滤器或过滤池。过滤用的材料叫滤料，堆在一起的滤料层叫滤层或滤床。当滤层中截留的杂质过多时，滤层中的孔隙被堵，将滤料孔隙中积存的杂质冲洗掉，此过程为反冲洗。过滤不但能除去水中的悬浮物和胶体物质，而且还可以去除水中的悬浮物和胶体物质，而且还可以去除细菌、藻类、病毒、油类、铁和锰的氧化物、放射性颗粒、在预处理中加入的化学药剂、重金属以及很多其它物质。2.6 防垢油田生产的经验表明，结垢问题使与原油的生产过程相伴而生的。结垢可能存在于油层、近井带、射孔孔眼、井筒、集输管线、贮罐、处理容器等处，致使油层伤害、阻流、设备磨损、垢蚀等问题出现
10、，生产受到严重影响。特别蚀注水开发油田，由于水的热力学不稳定和化学不相容向，结垢文艺更为突出。由于结垢等影响，造成油井产液量下降、注水井压力上升，采油措施费用、管线及设备维护更新费用大幅度上升，严重者造成油井停产或报废，从而严重影响了油田的开发效果与经济效益。化学防垢法和磁防垢法在油田注水系统应用广泛，比较成熟的是化学防垢法。2.6.1 化学防垢机理化学防垢主要机理包括分散作用、螯合合络合作用、絮凝作用以及晶体变形作用。分散作用。低分子的聚合物，一般具有较高的电荷密度，可产生离子见的斥力，共聚物还具有表面活性剂的特性，它们在溶液中吧胶体颗粒包围起来呈稳5定状态随水带走。胶体颗粒的核心也包括 C
11、aSO4、 CaCO3 等晶体，因此起到防垢作用。螯合合络合作用。防垢剂把能产生沉淀的金属离子（阳离子）变成可溶性的螯合离子或络合离子，从而抑制阳离子（Ca 2+、Mg 2+、Ba 2+）和阴离子（CO 2-3、SO 2-4）结合产生沉淀，典型的此类防垢剂有 ATMP、EDTA。絮凝作用。把水中含有 CaSO4、CaCO 3 晶核的胶体颗粒吸附在高分子聚合物的链条上结成矾花悬浮在水中，其阻垢作用。晶体变形作用。在形成晶体垢的过程中，有高分子聚合物进入晶体结构破坏了晶体正常增长，而使晶体发生畸变，改变了原来的规则结构，使晶体不再继续增大，从而防止或减轻结垢。2.6.2 油田常用的化学防垢剂无机磷
12、酸盐。主要有磷酸三钠（Na 3PO4） 、焦聚磷酸四钠（Na 4P2O7） 、三聚硫酸钠（Na 5P3O10）和六偏磷酸钠（(NaPO 3)6） 。这类药剂价格低，防 CaCO3 垢较有效。但易水解产生正磷酸，可与 Ca2+反应生成不溶解的磷酸钙。随着水温的升高，水解速度加快，使用最高温度为 80。有机膦酸及其盐类。主要有氨基三甲基叉磷酸（ATMP） 、乙二胺四甲叉磷酸（EDTMP） 、羟基乙叉二膦酸钠（HEDP）等。这类防垢剂不易水解，使用温度达 100以上。投加量比较低且有较好的防垢效果。聚合物。主要有聚丙烯酸钠（PAA） 、聚丙烯酸胺（ PMA） 、聚马来酸酐（HPMA）等。其中 HPM
13、A 防止 CaSO4 、BaSO 4 垢很有效果。2.7 缓蚀油田含油污水中含有溶解氧、硫化氢和二氧化碳等腐蚀性气体，他们对污水处理及回注污水的注水系统的管网、设备造成腐蚀。由于中溶解氧含量、pH 值及含盐量（总矿化度）不同，所以腐蚀性有很大的差别。腐蚀对油气生产系统造成的危害和经济损失是相当惊人的。降低油田水腐蚀性的方法主要有介质改善法和化学药剂缓蚀（防腐）法。通常这两种方法是一起使用的。1.介质改善法一是通过适当的处理工艺，将水中的腐蚀因子如 O2、H 2S、CO 2、等去除或减少；二是提高水介质的 pH 值；三是提高水质净化效果，减少水中悬浮物、细6菌等有害杂质。2.化学药剂缓蚀（防腐法）通过向介质中投加化学药剂（缓蚀剂）来防止或减缓水的腐蚀性。2.8 杀菌如前所述，油田水系统中普遍存在着硫酸盐还原菌、腐生菌、铁细菌等，这些细菌对油气田生产系统造成的危害是严重的。因此，必须采用适当的方法杀灭或降低水介质中的细菌含量，消除或减缓细菌造成的危害。杀菌方法一般可分为化学方法和物理方法。化学法是通过向水体中投加适当的化学药剂（杀菌剂）来杀菌的。物理法主要是利用紫外线的杀菌作用。油田水系统应用最为普遍的杀菌方法是化学法。
