劉泰瑞，常麗娜，李青

(中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司第二采油廠，甘肅 慶陽 745100)

1 油田采出水水質(zhì)特性與處理機理

1.1 水質(zhì)特性

在油田開采期間，所產(chǎn)生采出水中含有多種有機和無機物質(zhì)，水體具有毒性與污染性，處理難度較大，主要含有溶解態(tài)與分散態(tài)油類、聚合物與表面活性劑等化學(xué)物質(zhì)、懸浮雜質(zhì)、溶解態(tài)礦物質(zhì)等成分，可將油田采出水中的物質(zhì)分為以下五類。

(1)油類物質(zhì)。油田采出水中常見油類物質(zhì)為分散態(tài)油類、溶解態(tài)油類與乳化態(tài)油類，針對不同種類的油類物質(zhì)，所采取采出水處理工藝與處理機理存在差異。例如，在采出水中含有大量的乳化態(tài)油類物質(zhì)時，可選擇采取聚結(jié)沉降法與膜技術(shù)進行去除。針對采出水中的溶解態(tài)油類物質(zhì)，可采取生化法與吸附法進行降解去除。而針對采出水中的分散態(tài)油類物質(zhì)，則采取重力法去除。

(2)懸浮雜質(zhì)。由于多數(shù)石油均分布在具備較強滲透性的地層內(nèi)，在油田采油期間，受到地下注水等活動的擾動，雖然可以將石油在地層間隙中洗脫，但所抽采油氣水三相混合物中含有大量的懸浮雜質(zhì)，如微小巖石沙粒、石油中的瀝青石蠟成分、化學(xué)污垢、蒙脫石、石英等固體懸浮顆粒。

(3)堿/表面活性劑/聚合物。近年來，在我國部分油田開采項目中，采取了全新的三次采油技術(shù)，組合運用聚合驅(qū)采油技術(shù)、A/S/P驅(qū)采油技術(shù)與S/P驅(qū)采油技術(shù)，注水中含有聚合物、表面活性劑等化學(xué)物質(zhì)，以此替代傳統(tǒng)采油工藝中注水所含的驅(qū)替液，明顯改變了油水界面張力，這對原油采收率的提升有著重要意義。然而，在運用三次采油技術(shù)的前提下，所產(chǎn)生聚合驅(qū)采廢水中含有大量化學(xué)物質(zhì)，致使采出水具有高溫度、低生物降解性、含油量高、高礦化度等全新特性，對采出水處理工藝提出了更高的要求。

(3)總?cè)芙鈶B(tài)固體。根據(jù)油田實際開采情況來看，多數(shù)采出水均具有較高的礦化度，水體中溶解大量礦物質(zhì)鹽類，其中，陽離子成分包括K+、Na+、Mg2+，陰離子成分包括SO42-、CO32-等，如果未有效去除采出水中的離子成分，水體在與管道設(shè)備接觸時，將加快管道設(shè)備老化速度，并出現(xiàn)管道結(jié)垢與腐蝕現(xiàn)象。

(5)溶解氣體。在油田生產(chǎn)期間，油井產(chǎn)物為油氣水三相混合物中，采出水中溶解大量氣體，常見溶解性氣體為H2S、O2和CO2，如果溶解性氣體未得到有效去除，將造成注水管道設(shè)備的腐蝕結(jié)垢。因此，對采出水中溶解氣體的去除，是采出水處理工藝體系的重要組成部分，在我國現(xiàn)行《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》SYT 5329—2012中明確規(guī)定，在使用清水與采出水作為回注水時，必須將硫化氫含量控制在0與2.0 mg/L內(nèi)，將溶解氧質(zhì)量濃度控制為0.5 mg/L與0.1 mg/L內(nèi)，將侵蝕性二氧化碳濃度保持在-1.0-1.0 mg/L范圍內(nèi)。

1.2 采出水處理機理

根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果顯示，受到聚合物絮凝作用影響，聚合物濃度與采出水粘度及含油量有著密切聯(lián)系，在聚合物濃度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后，采出水中的含油量會隨著聚合物濃度的增高而出現(xiàn)下滑趨勢，在聚合物濃度提升后，采出水含油量也將隨之上升，且聚合物濃度與采出水粘度二者保持正比關(guān)系，如果將聚合物濃度控制在合理范圍內(nèi)，可以起到提高采出水含油量、保證乳化液穩(wěn)定狀態(tài)、有助于油水分離等多重作用。與此同時，在采出水中含有表面活性劑時，如果有效控制表面活性劑濃度與堿濃度，將起到迅速降低界面張力與增強油水界面剛性的效果。例如，在表面活性劑濃度不超過400 m/L時，將起到快速降低界面張力的作用，且界面張力在之后的一段時間內(nèi)不發(fā)生明顯變化。因此，油田采出水處理主要從Zeta電位、界面流變性、界面張力、界面剛度等方面著手，通過采取波紋板分離、離心法、氧化法、電化法等處理工藝，去除油田采出水中分布的雜質(zhì)，將聚合物、表面活性劑等物質(zhì)濃度控制在合理范圍內(nèi)，確保處理后的水體滿足油田回注水使用標(biāo)準(zhǔn)。

2 油田采出水的處理工藝

2.1 物理法

(1)波紋板分離。波紋板分離技術(shù)是憑借波紋板裝置所產(chǎn)生的絮凝加強作用，以重力方式分離出油田采出水中含有的油類物質(zhì)，并去除水體中的懸浮固態(tài)顆粒，完成采出水處理任務(wù)。與其他處理工藝相比，波紋板分離法具有操作簡單、處理成本低廉、處理速度快的優(yōu)勢，但是，此項工藝難以有效去除采出水中含有的微油滴，容易在分離器底部沉淀懸浮顆粒泥漿，配套設(shè)備的維護成本較為高昂。因此，波紋板分離技術(shù)主要被用于處理油脂含量在1 000 m/L以上的高含油廢水。

(2)離心法。離心法是憑借離圓筒離心作用來實現(xiàn)油水分離目標(biāo)的一項處理工藝，與其他處理技術(shù)相比，其具有水力停留時間短、產(chǎn)水量高、小油滴與懸浮顆粒去除效率高等優(yōu)勢，但配套設(shè)備運行能耗較高。同時，可將離心法細(xì)分為多項處理技術(shù)，以常用的水力旋流技術(shù)為例，將所處理油田采出水在高壓狀態(tài)下切入圓筒器壁內(nèi)，水體將在圓筒內(nèi)以高速狀態(tài)開展旋轉(zhuǎn)運動，由于油體與水體密度不一致，采出水在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，所含油類物質(zhì)將聚集在旋流中心區(qū)域，水體分布在旋流外圈區(qū)域，以此實現(xiàn)油水分離目的。在美國德州Permian Bassin油田項目中，企業(yè)選擇采取水力旋流技術(shù)，將油田采出水切入水利旋流器內(nèi)，采出水經(jīng)過一級過濾后流入氣提塔進行脫硫軟化處理。隨后，將采出水進行石灰軟化與二級過濾處理，交換水體中的陽離子，處理后的采出水被作為蒸汽鍋爐用水。

(3)射流氣浮法。射流氣浮法也被稱作為噴射氣浮法，憑借射流泵與射流器來營造負(fù)壓環(huán)境，在吸氣后產(chǎn)生大量微氣泡，微氣泡粘附在油田采出水中油類物質(zhì)表面，吸附水體中含有的懸浮固體顆粒與油滴，隨后，微氣泡上浮至水面，分離氣泡與水體，即可完成采出水處理任務(wù)。與其他處理工藝相比，射流氣浮法具有設(shè)備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、操作簡單、油滴聚結(jié)效果顯著的優(yōu)勢，但處理效率較低，且采出水處理效果受到氣泡分布狀況、微氣泡直徑等因素的影響，處理效果不穩(wěn)定。根據(jù)實際處理情況來看，在應(yīng)用射流氣浮法時，可以將油田采出水的除油效率保持在80%以上，將固態(tài)懸浮物去除率保持在75%左右[1]。

(4)冷凍-解凍蒸發(fā)法。冷凍-解凍蒸發(fā)法是將所處理采出水置于低溫環(huán)境，在低溫條件下水中污染物質(zhì)產(chǎn)生結(jié)晶反應(yīng)，隨后，提高環(huán)境溫度，在采出水解凍后即可分離水體中的難溶解有機物與各類雜質(zhì)，獲取凈化水。根據(jù)實際應(yīng)用情況來看，此項工藝具有操作簡單、運行成本低廉的優(yōu)勢，但采出水換熱效率低下，處理周期較長。

2.2 物化法

(1)氧化法。在應(yīng)用氧化法時，向所處理采出水中加入適當(dāng)種類的強氧化劑，如此，將在水體中產(chǎn)生羥基自由基，使得采出水中含有的污染物質(zhì)產(chǎn)生氧化降解反應(yīng)，將溶解物質(zhì)沉淀，從水體中分離出固體沉淀泥漿與二氧化碳等副產(chǎn)物，可以取得良好的溶解態(tài)污染物沉淀效果，消除油水界面附著的表面活性劑，使油滴發(fā)生重排、聚集、分離等一系列反應(yīng)[2]。

(2)電化法。在應(yīng)用電化法時，在所處理油田采出水中插入正負(fù)相同的若干組電極，隨后將電極接通直流電，如此，將產(chǎn)生電解、氧化還原、顆粒極化等一系列化學(xué)反應(yīng)，去除采出水中含有的COD等污染物質(zhì)與分離油體。與其他處理工藝相比，電化學(xué)法具有處理成本低廉、不產(chǎn)生二次污染物、處理效率高等優(yōu)勢，可以取得氣浮、殺菌、絮凝等多重處理效果，是油田開采項目中應(yīng)用最為常見的處理工藝。此外，在使用不同種類材料來制作陽極時，可以取得不同的處理效果。例如，在使用鐵作為陽極材料時，在電極通電后，采出水將產(chǎn)生電凝聚氣浮反應(yīng)，選擇性去除水體中分布的COD物質(zhì)，將COD去除率保持在95%以上。

(3)水質(zhì)改性法。水質(zhì)改性法主要被用于處理具有含油與鹽度高、狀態(tài)不穩(wěn)定、成分較為復(fù)雜的采出水，根據(jù)水質(zhì)成分，向采出水中加入適當(dāng)種類與數(shù)量的水質(zhì)調(diào)整劑，調(diào)整劑與水體接觸后產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)，起到改變水體中部分離子濃度、形成穩(wěn)定分布狀態(tài)、改變懸浮顆粒表面電位的作用，使得采出水中含有的固體懸浮物、油體等物質(zhì)快速從水中沉降分離[3]。我國勝利油田在引進水質(zhì)改性技術(shù)后，有效解決了注入水水質(zhì)問題，明顯降低了注水管道設(shè)備腐蝕、結(jié)垢問題的出現(xiàn)概率，經(jīng)過改性處理后的水體水質(zhì)達(dá)到《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》SYT 5329—2012中的B3類標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 生物法

生物法是憑借微生物在生產(chǎn)繁殖期間所發(fā)揮代謝作用來溶解油田采出水中難溶解有機污染物的一項處理工藝，可以將有機污染物轉(zhuǎn)換為無害物質(zhì)，不會造成二次污染，具有操作簡單、運行費用低、適用范圍廣的優(yōu)勢，但生物法處理工藝體系較為復(fù)雜，處理效果受到設(shè)備設(shè)施、環(huán)境溫度、pH值等多方面因素影響。目前來看，在油田采出水處理領(lǐng)域中，常用生物處理技術(shù)為活性污泥法與濕地處理法兩類。其中，活性污泥法是在采出水中繁殖油類降解微生物，微生物在有氧條件下去除水體中分布的重金屬、懸浮固體等物質(zhì)，并產(chǎn)生污泥。而濕地處理法是憑借動植物群天然氧化分解采出水中的懸浮態(tài)與溶解態(tài)雜質(zhì)，處理后的采出水被分離為微生物、溶解性氣體與沉淀固體[4]。

3 結(jié)語

綜上所述，在我國油田開采行業(yè)發(fā)展期間，針對復(fù)雜水質(zhì)特性的油田采出水，企業(yè)必須提高對采出水處理工藝的研究力度，深入了解采出水處理機理，明確工藝研發(fā)重點，積極引進國內(nèi)外先進處理工藝，及早構(gòu)建起多元化的采出水處理工藝體系，實現(xiàn)采出水無害化處理目標(biāo)。