油田污水处理现状.pdf
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1、 油田污水处理现状 油田污水处理现状 1 油田含油污水的来源 油田污水主要包括原油脱出水(又名油田采出水)、钻井污水及站内其它类型的含油污水。1.1 采出水 在油藏勘探开发初期,通常情况下原始地层能量可将部分油、气、水驱向井底,并举升至地面,以自喷方式开采,称为一次采油,一次采油采出液含水率很低。但是如果油藏圈闭良好,边水补充不足,原始地层能量迅速递减,一次采油的方式就难以维持。为了增加采收率,需要向地层补充能量,实施二次采油。二次采油有注水开发和注气开发等方式,全国大部分油田的开发井都采用的是注水开发方式,即注入高压水驱动原油使其从油井中开采出来。经过一段时间的注水后,注入水将随着原油一起被
2、带出,称为采出水。稠油油田开发则是从油井向地层注入高压水蒸汽,注入一段时间后,水蒸气将稠油减粘,原油与水蒸气冷凝水混合在一起从油井中采出,这种水也成为采出水。随着开发时间的延长,采出原油含水率不断上升。东部各油田的采油含水率已经超过了85%,大庆油田的采油含水率更是高达 90%以上。近些年来,我国大部分油田相继进入了三次采油阶段,主要采用的三次采油技术是聚合物驱和三元复合驱,目前在大庆、大港和胜利得到了大面积的推广。与一般采油污水相比,三次采油污水具有以下特点:(1)组成上除含有石油烃类、固体颗粒、无机盐和细菌等常规采油污水含有的物质外,还含有大量残余的聚合物 PAM,质量浓度高时可达到 50
3、0 mg/L 以上,PAM 是一种难生物降解的高分子物质,污水中 PAM 的相对分子质量为 21065106;(2)污水的黏度大,污水的黏度主要由 PAM 引起,并随其浓度的增加而增大,45下,当 PAM 质量浓度从 80mg/L 增大到 520 mg/L 时,污水黏度从 0.8 mPas 增加到 3.5 mPas,水驱采油污水的黏度一般为 0.6mPas;(3)污水中油滴的初始粒径小,油滴粒径中值为 35m,粒径小于 10m 的占 90%以上,水驱采油污水中油滴的初始 求(主要是含油量、悬浮物超标),仍然回注到地下,这将导致堵塞地层出油通道,降低注水效率和石油开采量;因此污水处理是否达标将直
4、接影响注水采油的效率。另外,随着原油含水量的逐渐上升,油田采出水水量越来越大,由于注水井的布局及注入量的不均衡、现有技术设备的处理局限等因素,一部分油田污水不能够做为回注水使用,而需排到环境中去。因此,必须考虑污水的达标排放问题。如果这些污水不经处理或处理后未达标而排放,将会造成环境污染、破坏水体、土壤、影响生态平衡,造成重大的经济损失。如果油田处理回注率为100%,即不管原油含水率多高,从油层中采出的污水和地面处理、钻井、作业排出的污水全部处理回注,那么注水量中需要补充由于采油造成地层亏空的水量便可以了,这样不仅可以节省大量清水资源和取水设施的建设成本。而且,使得油田污水资源变废为宝,实现可
5、持续发展,提高油田注水开发的总体经济效益。因此,油田污水的处理回用对于保护、节约水资源,保护生态平衡促进可持续发展,具有重大的意义。2.3 油田含油污水处理后的出路 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:(1)回注:代替清水资源直接回注地层或配制聚合物后回注地层。(2)回用:处理后作为热采锅炉的给水。(3)外排:处理后达到国家污水排放标准,直接排放。油田污水的处理依据油田生产、环境等因素可以有多种方式。当油田需要注水时,油田污水经处理后回注地层,此时要对水中的悬浮物、油等多项指标进行严格控制,防止其对地层产生伤害。如果是作为蒸汽发生器或锅炉的给水,则要严格控制水中的钙
6、、镁等易结垢的离子含量、总矿化度以及水中的油含量等。如果处理后排放,则根据当地环境要求,将污水处理到排放标准。3 水质标准 3.1 油田开发对注水水质的要求 陆上油田的开采方式主要为注水开发方式,通过向地层注水来弥补因采油而造成的地下亏空,并起到驱油的目的。油田注水所服务的对象是由致密岩石组成的油层,因此要求一定的注水水质加以保证,这样才能达到注得上、注得进、注得够的目的。目前陆上油田开发的地渗透油藏在35%左右,而且每年新探明的石油地质储量中低渗透油层所占的比重也越来越大,这些低渗透油层的孔喉半径通常在24um以下,渗透率在(1050)10-3um2,污水回注必须有相应配套的污水处理工艺,以
7、确保处理后的水质达到相应低渗透油层的注水水质标准要求。注水水质必须根据注入层物性指标进行优选确定,通常要求:在运行条件下注入水不应结垢;注入水对水处理设备、注水设备和输水管线腐蚀性要小;注入水不应携带超标悬浮物,有机淤泥和油;注入水注入油层后不能使粘土发生膨胀和移动,与油层流体配伍性良好。如果油田含油污水与其他供给水(如浅层地下水、地面净化污水和地面江河湖泊水等)混注时,必须具备完全的可能性,否则必须进行必要的处理改性后方可混注,考虑到油藏孔隙结构和吼道直径,要严格限制水中固体颗粒的粒径。3.2 注水水质标准 由于各油田或区块油藏孔隙结构和吼道直径不同,相应的渗透率也不同,因此注水水质标准也不
8、相同,全国主要油田都制定了本油田的注水水质标准,尽管各油田标准差异较大,但都要符合注水水质基本要求。石油天然气行业标准碎屑岩油藏注水水质推荐指标SY/T5329-94水质主控指标如表3-1所示,由于净化水主要用于回注油层,所以污水处理工艺必须使净化水达到有关注水水质标准。表 3-1 推荐水质主要控制指标 除了对注水水质的主要控制指标外,SY/T5329-94还对注水水质的辅助性指标作出了指导性规定,辅助性指标主要包括溶解氧、硫化氢、侵蚀性二氧化碳、铁、pH值等。(1)溶解氧 水中含溶解氧时刻加剧腐蚀,当腐蚀率不达标时,应首先检测溶解氧浓度,一般情况要求,油田污水溶解氧浓度小于 0.05mg/l
9、,特殊情况不能超过 0.1mg/l,清水中的溶解氧含量要小于 0.5mg/l。(2)硫化氢 如果采出水中不含硫化氢,或发现污水处理和注水系统硫化物含量增加,说明系统细菌增生严重。硫化物含量过高的污水,可引起水中悬浮物增加,通常清水中不应含硫化物,油田污水中硫化物含量应小于 2mg/l。(3)二氧化碳 水中侵蚀性二氧化碳含量等于零时,稳定;大于零时,可溶解碳酸钙垢,并对设施有腐蚀作用;小于零时,有碳酸盐沉淀析出。一般要求侵蚀性二氧化碳含量小于 1.0 mg/l。(4)pH值 水的pH值应控制在70.5为宜。(5)铁 当水中含亚铁离子时,由于铁细菌作用可将二价铁离子转化为三价铁离子,生成氢氧化铁沉
10、淀;此外,当水中含硫化物时,可生成硫化铁沉淀。3.3 污水综合排放标准 标准将污染物根据其性质和控制方式分为第一类污染物和第二类污染物。分别如表3-2和3-3所示。表 3-2 第一类污染物最高允许排放浓度 表 3-3 第二类污染物最高允许排放浓度 4 油田污水水质 通常,对油田污水的水质分析指标一般包括:物理性质(温度、悬浮固体、含油量),主要离子(钙离子、钡离子、总矿化度),溶解气体(溶解氧、硫化氢、游离二氧化碳),细菌(细菌总数、硫酸盐还原菌),pH 值等。由于油田污水种类多,地层差异较大及钻井工艺不同等原因,不仅各油田污水处理站水质差异大,而且油田污水的水质变化也很大,总体来水,油田污水
11、水质较复杂。表 4-1 列出了国内部分油田污水站的原水水质。表 4-1 国内部分油田污水站原水水质分析表 5 油田污水处理现状 5.1 油田污水处理技术发展现状 油田污水处理就是采用各种方法将污水中的有害物质除去或降低至达标水平,使污水得以利用。因此,污水的利用目的不同,其处理要求也就不同,将污水作为注水水源和作为配制聚合物的水源的处理要求也是不一样的。目前,油田污水现行的处理技术,主要以达到能够将污水回注为目的,而并没有考虑作为配制聚合物的要求,因此,一些效果较好的油田污水处理技术,它虽然满足污水回注要求,但并不满足污水配制聚合物要求,仍可能会导致配制聚合物严重降粘,为此,要解决油田污水配制
12、聚合物的问题,必须充分认识油田污水处理现状。对于含油污水的处理方法和技术,国内外研究机构一直在不懈的进行深入研究,其目标是既要除去污水中的油类、有机物(COD)、悬浮物、硫化物、细菌等。在 20 世纪 70 年代,各国广泛采用气浮法去除污水中悬浮态乳化油,同 时结合生物法降粘有机物。日本学者研究出用电絮凝剂处理含油污水、用超声波分离乳化液、用亲油材料吸附油。近几年发展用膜法处理含油污水,滤膜被制成板式、管式、卷式和空心纤维式。美国还研究出动力膜,将渗透膜做在多孔材料上,应用于水处理中。其处理手段大体以物理方法分离,以化学方法去除,以生物法降粘。含油污水处理难度大,往往需要多种方法组合使用,如重
13、力分离、离心分离、气浮法、化学法生物法膜法、吸附法等。目前,各油田的污水处理技术的针对性较强,而且处理技术的效果均不理想,国内外油田常用的污水处理方法可大致分为三类:物理法、化学法和生物法。(一)物理法 物理处理法是指通过物理作用分离和去除油田污水中不溶于水的悬浮物的方法。物理处理法所用的设备大都比较简单、操作方便,分离效果良好,使用极为广泛,根据物理作用的不同污水处理主要有重力分离法、筛滤截留法、离心分离法,都是利用不同的水处理设备将油田污水中有害物质除去或降低其含量。1、重力分离除油技术 重力分离除油也叫自然除油,该技术是根据油水密度不同,利用油水密度差使油上浮,达到油水分离的目的。因其处
14、理量大运行费用低,管理方便等优点而被广泛应用,其缺点是占地面积大,基建投资高,对乳化油的处理效果不好,污水停留时间长。目前国内外在重力分离设备上已取得了一定的进展,已由自然沉降除油发展到斜板除油,加设斜板,增加分离设备的工作表面积,缩小分离高度,即利用“浅层沉淀”原理提高除油效率。如美国 Quontek 公司研制的聚结板油水分离器(CPS)。最近,石油大学对 CPS 进行了改进,在其基础上引进了斜板技术,发明了斜通道波纹波纹板油水分离器和翼斜板油水分离器,进一步提高了板式分离器的效果。2、气浮分离除油除悬浮物技术 气浮分离法就是在含油污水中通入空气设法使水中产生微细气泡,有时还需加入浮选剂或混
15、凝剂,使污水中的分散油和悬浮颗粒粘附在气泡上,随气体一起浮到水面并加以回收,从而达到除油除悬浮物的目的。目前美国开发出的溶气气浮系统较为先进,它通过减小气泡尺寸(约小到 1um)和减缓气泡的浮生速度,大大地提供了除油效率,甚至无需使用化学剂也可以达到较为彻底的油水分离。3、过虑除油和悬浮物技术 过滤技术是利用多孔介质从水中分离不溶解固体的技术,主要是采用粒状材料为滤料(如石英砂、核桃壳和无烟煤等)通过润湿聚结和碰撞聚结作用,除去污水中的油和悬浮物。其优点是出水水质好,设备投资少,缺点是运行费用较高,适应负荷变化能力弱,易堵塞。而且,由于滤料粒径受到限制无法进一步减小粒料粒径来提高过虑精度和效率
16、。近年来,随着纤维材料的应用和发展,以纤维材料为滤料的纤维滤料过滤器,一般处理精度可达到出水水质含油小于 1.52mg/L,悬浮物粒经小于 5um。4、膜分离技术 膜技术是 20 世纪 60 年代后迅速崛起的一门分离新技术,自问世以来已形成了一门新兴产业,广泛应用于国内日化、食品、医学、生化领域,近年来也成为石油领域水处理方面的研究热点。膜分离法是利用一张特殊制造的具有选择透过性能的薄膜,在外力推动下对物质进行分离,它包括反渗透、超滤、纳滤等方法。膜分离技术的操作主体是分离用膜,分离过程的推动力是膜两侧的压力差、电位差、浓度差和温度差。膜面上的微孔孔径大小决定了膜的分离功能,根据膜的孔径大小,
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