某油田清、污水混合處理工藝技術(shù)

某油田清、污水混合處理工藝技術(shù)摘要：某油田是一個油層埋藏深、滲透率低的復(fù)雜斷塊油田，注水開發(fā)后，對注入水的水質(zhì)要求很高。經(jīng)過在實踐中不斷創(chuàng)新改造，總結(jié)出了一項新的水處理工藝技術(shù)關(guān)鍵字：水處理混合處理成本水質(zhì)穩(wěn)定Abstract:Wennanoilfieldischaracteristicwithshallowembeded,lowpermeableandcomplicatedfaultblock,thereservewithlowpermeabilitycoversover60percentintotalreserves,sothequalityforinjectionwaterisquitehigh.Theinjectionwaterhardlysweptupthelow-permeableformationduetononstandardinjectingwaterqualitybefore1995,whichledtoquitedifficulttodevelopthelowpermeabilityreserveandtoformseverecorrosionininjectingsystem,sothehugelossisinevitableforoilfielddevelopment.After1995,throughtechnicians’continuoussummarizationandcreationinpractice,weresearchedonenewwaterdisposaltechnology:Clean&DirtyWaterMixtureDisposalTechnology.Itsmainfeatureistopre-mixandreactforcleananddirtywaterresource,subsequentlyformastablewaterqualitysystemsoastoresolvethecorrosionanddepositionproblemfortwounsuitedqualitywaterininjection,andrealizethewaterqualitytomeetoperationalstandard.Thistechnologyhassomanyadvantagesincludinglowcost,highautomation,easyoperation,stablewaterqualityandsoforth,thewaterqualityindexafterdisposalreachesA1levelinSY5329-94;furthermore,itmatcheswithformationwaterverywell,neverdepositinthegroundcondition.Theapplicationofthistechnologylaysasolidfoundationforwaterinjectiondevelopmentinlow-permeableoilreserves.1前言某油田位于東濮凹陷中央隆起帶文留構(gòu)造的南傾部分，是一個異常高壓、低滲、高飽和的復(fù)雜斷塊油氣藏。油藏平均埋深3100m，儲層平均孔隙度11.4~21.6%，平均空氣滲透率4.3~208.9×10-3um2，平均孔喉直徑1~5.4um。1983年以來，陸續(xù)投入了10個斷塊區(qū)共26個開發(fā)單元，動用石油地質(zhì)儲量6517×104t，其中，按滲透率統(tǒng)計，滲透率小于30×10-3um2的油層地質(zhì)儲量占全油田已動用儲量的58%。特殊復(fù)雜的地質(zhì)特征，給某油田的注水水質(zhì)提出了嚴(yán)格的要求，油田自1984年投入注水開發(fā)以來，水質(zhì)問題便成為人們關(guān)心的熱點、難點。2問題的提出某油田的注水，先后經(jīng)歷過注清水、清污混注等階段，擔(dān)負(fù)其水處理與回注任務(wù)的是文二污水處理站。該站設(shè)計了兩套并行的水處理工藝流程：一套是日處理能力為5000m3的“斜板除油—誘導(dǎo)浮選—壓力過濾—精濾”[1]密閉處理裝置；另一套日處理能力為8000m3的“自然除油—混凝除油、斜管沉降—壓力過濾”[1]密閉處理工藝流程。兩套水處理流程并聯(lián)運行，均用來處理含油污水，技術(shù)改造之前，采用處理后的污水與清水混和后再回注。2.1產(chǎn)生的問題某油田的日注水量大約在12000m3左右，其中油井產(chǎn)出污水量大約為6000m3左右，每天需補充淺層清水量6000m3左右，兩種水源的基本情況見表1和表2。從表中可以看出，油井產(chǎn)出水為CaCl2型，注水水源基本情況表表1水源類型日供水量m3/dd總礦化度mg/ll水型PH值水溫℃機雜mg/l含油mg/l含鐵mg/l含氧mg/l含硫mg/lCO2mg/llSRB個/mllTGB個/ml油井產(chǎn)出水60006~8×104CaCl26.042〉1018827.400.374103102清水60001018~15334NaHCO37.020200.320.13.710103清水為NaHCO3型，二者之間不配伍，所以二者混合后，機雜含量急劇上升，注水水質(zhì)惡化。清污混注過程中，在生產(chǎn)現(xiàn)場還發(fā)現(xiàn)注水管網(wǎng)流程及注水井井下油套管腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重，最大點蝕速率達(dá)3mm/a以上，最大結(jié)垢速率達(dá)5mm/a以上。據(jù)統(tǒng)計，清污水先分別處理后再混注，油田因注水系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢及井口水質(zhì)長期不達(dá)標(biāo)所造成的經(jīng)濟損失每年都在2500萬元以上，該油田帶來了巨大的經(jīng)濟損失。2.2產(chǎn)生問題的原因分析清、污水混注后，主要表現(xiàn)出以下兩方面：1）結(jié)垢加劇，懸浮物含量增高：污水中含有大量的Ca2+、Mg2+、Fe2+、SO42-和部分HCO3-，清、污水混合后，清水中的HCO3-加速了CaCO3的沉淀；溫度升高，壓力下降可以促使HCO3-分解，加速成垢。其反應(yīng)機理[1]如下：Ca2++2HCO3-→CaCO3↓+CO2+H2OFe2++2HCO3-→FeCO3↓+CO2+H2O2）細(xì)菌大量繁殖：污水中含有大量有機物，但因礦化度高，介質(zhì)與胞體內(nèi)滲透壓差大，故不宜滋生細(xì)菌，清水里有生成細(xì)菌的條件，可又沒有營養(yǎng)物質(zhì)，故單一污水或清水都不適合細(xì)菌大量繁殖。而兩者混合后，既有營養(yǎng)物質(zhì)，又有細(xì)菌生長的最佳環(huán)境條件（溫度、含鹽量、PH值），因此，大量細(xì)菌繁衍滋生（測定混合水中SRB的含量高達(dá)106個/ml）。腐蝕產(chǎn)物和垢物的沉積，又為硫酸鹽還原菌提供了良好的生存環(huán)境，加劇腐蝕,致使注水水質(zhì)沿注水管網(wǎng)急劇惡化。2.3清、污水先混合后處理問題的提出清、污水先分別處理后再混合導(dǎo)致注水系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢嚴(yán)重，系統(tǒng)水質(zhì)難以達(dá)標(biāo)。問題的解決有兩條途徑：一、是清、污水分注；二是清、污水先混合，經(jīng)處理后混注。清污分注存在兩個問題：⑴清水對地層傷害大（儲層存在中強度水敏），清水與地層水不配伍，易結(jié)垢，對油層的傷害加大；⑵清、污分注需要從儲水罐、注水泵、分水器、流程上完全分開，不僅需要耗費大量資金改造現(xiàn)有工藝流程、裝置和設(shè)備，而且將增大分注后的運行和管理費用。因此，開展清、污混合處理可行性研究十分必要。采油四廠于1993年首先提出并于1994年初正式以“清污水先混合后處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)可行性研究”為題進行立項、研究，其中心論點就是“讓兩種不同性質(zhì)的水源提前混合、反應(yīng)，將地下的矛盾提前到地面解決，將系統(tǒng)中的矛盾提前到站內(nèi)解決”。3“清污水先混合后處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)工藝技術(shù)”的研究及應(yīng)用3.1清污水先混合后處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)工藝技術(shù)的研究清污水混合處理的技術(shù)關(guān)鍵是清污兩大不配伍水源在污水站內(nèi)混合反應(yīng)后能否形成一個穩(wěn)定的水質(zhì)體系，且處理后的水質(zhì)能否達(dá)標(biāo)，并與地層水配伍性好。為此，采油四廠與有關(guān)專家組成專門的項目組，進行了長達(dá)一年半的研究和試驗，并獲得成功。研究試驗的主要內(nèi)容有：清污水混合處理工藝技術(shù)研究,水處理工藝動態(tài)摸擬試驗,儲層敏感性試驗,驅(qū)油效率試驗,殺菌試驗,不同PH值的清污混配水在地面和地層條件下的化學(xué)穩(wěn)定性及與地層水的配伍性試驗、垢物分析等，取得了1000多個主要數(shù)據(jù)，為清污水混合處理工藝奠定了堅實的基礎(chǔ)。3.2清污水先混合后處理工藝技術(shù)的應(yīng)用在室內(nèi)研究試驗成功的基礎(chǔ)上，1995年9月17日在文二污水處理站進行了現(xiàn)場試驗，歷時44天，累計處理水量484541m3。試驗過程中對處理后的水質(zhì)進行了系統(tǒng)監(jiān)測和評價，結(jié)果表明：1)處理后的水質(zhì)達(dá)到了某低滲透油藏注入水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（見表2），動態(tài)掛片測試腐蝕速率為0.003~0.0182mm/a，低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2]。2)地面和地層條件下，處理后的水化學(xué)穩(wěn)定性好，不結(jié)垢。3)處理后的水與地層水配伍性好。清污混合處理工藝現(xiàn)場試驗水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)表表2取樣地點取樣時間PH值水溫℃含氧mg/lS2-mg/l懸浮物mg/l含油mg/l濾膜系數(shù)含鐵mg/l細(xì)菌個/mlFe3+∑FeSRBTGB文二污濾后水6.5290.020.22.04260.30.5010注水泵房6.5290.010.32.43310.20.410104“清、污水先混合后處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)工藝技術(shù)”的配套完善4.1初期的試驗流程及缺陷清、污水混合處理工藝技術(shù)在文二污水站應(yīng)用初期的流程如下圖如示。因原斜管沉降罐內(nèi)部構(gòu)件腐蝕穿孔短路，試驗被迫利用文二聯(lián)的萬方事故池作為平流式沉淀池進行。即產(chǎn)出水加入1#藥劑后與已加入2#藥劑的清水混合，然后再加入3#藥劑進入反應(yīng)器反應(yīng)，并在反應(yīng)器中加入4#藥劑，然后再進入平流式沉淀池沉降，沉降后的水利用污水處理站的原處理流程進入自然除油罐，然后再進入緩沖罐，再加壓過濾，過濾后的水加入5#藥劑后回注。該工藝流程的缺陷是：平流式沉淀池面積大，水面上漂浮的浮油靠人工不便回收，池底沉積的污泥每隔23天就會堆滿全池，靠人工清池不但勞動強度大，且不便清除。更重要的是，當(dāng)產(chǎn)出水含油較高時，就會出現(xiàn)水質(zhì)上的波動，分析認(rèn)為是部分藥劑被污油吸附或消耗嚴(yán)重，造成水處理效果變差所致。另外，在試驗過程中還發(fā)現(xiàn)，在平流式沉淀池中污泥與污油粘附在一起，形成一種油泥狀物體，即不上浮，也不下沉，可以在水體中任何位置停留，這種物體在后續(xù)的提升過程中，極易被提升泵葉輪打碎，從而被帶入濾罐，隨著時間的累積，濾罐過濾效果變差。4.2清、污水混合處理工藝的配套完善針對清污水混合處理工藝試驗中存在和發(fā)現(xiàn)的問題，2000年對文二污水站進行了改造和配套完善，形成了目前比較先進合理的水處理工藝流程。含油污水首先進入5000m3立式自然除油罐進行一級除油，然后再進入500m3立式自然除油罐進行二級除油，再進入浮選器進行三級除油，經(jīng)過三級除油后的產(chǎn)出水含油量可降至10mg/l以下，然后加入1#藥劑，經(jīng)提升泵葉輪混合后與清水混合，再加入3#藥劑，經(jīng)管道快速混合器混合后進入反應(yīng)器，反應(yīng)器中先后加入2#藥劑和4#藥劑，使清污水充分反應(yīng)，然后進入1000m3立式斜板沉降罐，沉降后進入平流式沉淀池進行二次沉降，從萬方池提升出來的水直接進入壓力濾罐過濾，過濾后加入5#藥劑回注。改造的主要內(nèi)容是：對含油污水先期進行除油，然后再與清水混合反應(yīng)，去除泥垢，并加強對含油污水的除油處理，從而減小了污油對后續(xù)水處理的干擾和影響，并在平流式沉淀池前增設(shè)了斜板沉降罐，這不僅增強了懸浮物的去除作用，而且絕大部分的污泥沉降后，可以從設(shè)在罐底的排污設(shè)施排入專設(shè)的排污池中，對污泥集中進行濃縮處理，從而大大減輕了工人從平流式沉淀池收油和清泥的工作量，提高了工作效率。另外，新增設(shè)的斜板沉降罐被設(shè)計為逆向流，即水流在罐底部分配水，從罐上部收集。與同向流沉降罐相比，沉降后的水中懸浮物含量大大減少，為后續(xù)的水處理提供了保障，過濾后的水質(zhì)明顯提高，濾料的使用壽命大幅度延長。為保證水質(zhì)的長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)以及各種水處理設(shè)施的安全高效運行，進一步降低操作人員的勞動強度，文二污水處理站還廣泛應(yīng)用自動化控制技術(shù)，對一些重要工藝參數(shù)的控制和操作輔以電氣自動控制技術(shù)，近幾年相繼實現(xiàn)了濾罐反沖洗自動操作、沉降罐排污自動操作、浮選器液位自動控制、加藥自動控制等，使工藝控制更加科學(xué)、合理，工藝效果更加穩(wěn)定。另外，各種耐腐蝕材料和先進的防腐技術(shù)在文二污水處理站的應(yīng)用也使水處理系統(tǒng)腐蝕大大減緩。5水處理效果及效益評價5.1水質(zhì)處理效果清污水混合處理工藝配套完善后，工藝過程更加科學(xué)合理，水處理效果顯著提高（見下表3），工人勞動強度大幅度降低，水質(zhì)更加穩(wěn)定。清污水混合處理工藝配套完善后的水處理效果表表3指標(biāo)PH值溶解氧mg/lS2-mg/l懸浮物mg/l含油mg/l含鐵mg/l濾膜系數(shù)細(xì)菌個/ml腐蝕速率mm/aaFe3+∑FeSRBTGB處理后的水質(zhì)6.30.020.2≤120.10.3420100.025.2效果評