油田采油污水回注處理工藝

　　目前部分油田進(jìn)入開發(fā)中后期，采出油中的含水量高達(dá)70%～90%，日產(chǎn)含油污水量巨大，若直接排放，會(huì)造成大面積土壤和水源的污染，有時(shí)甚至?xí)鹞塾椭鹗鹿剩M(jìn)而威脅人民生命安全、造成國家經(jīng)濟(jì)損失。因此，需對采油廢水進(jìn)行處理。通常有三種處理方法：一是處理后用于回注，要求必須對水中的油、懸浮物及其顆粒粒徑進(jìn)行控制;二是稠油污水，處理后用于熱采鍋爐的給水，要滿足熱采鍋爐給水的水質(zhì);三是多余污水處理后排放，按照中國綜合污水排放標(biāo)準(zhǔn)，除對含油及懸浮物等指標(biāo)進(jìn)行控制外，還要對COD等排放指標(biāo)進(jìn)行控制。其中回注處理是首選，可有效減少環(huán)境污染、節(jié)省水資源、適應(yīng)油田開采過程中注水量日益增長的需求，為油田帶來顯著經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

　　以X油田含油污水為研究對象，從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的回注水水質(zhì)控制指標(biāo)出發(fā)，優(yōu)選了氣浮-過濾水處理工藝，配套建立了隔油池、氣浮池、壓力過濾罐等工藝設(shè)計(jì)方法，使處理后出水含油及SS(固體懸浮物濃度/Suspendedsolid)滿足回注要求。

　　一、回注水處理流程選擇

　　1.1 水處理指標(biāo)

　　隨著采出原油含水率的不斷提高，注水量成倍增長，對注水的水質(zhì)要求嚴(yán)格，如表1所示。要求水質(zhì)穩(wěn)定，與油層水相混不產(chǎn)生沉淀；水注入油層后不使粘土礦物產(chǎn)生水化膨脹或懸濁；水中不得攜帶大量懸浮物，以防堵塞注水井滲濾端面及滲流孔道；對注水設(shè)施腐蝕性小；當(dāng)采用兩種水源進(jìn)行混合注水時(shí)，應(yīng)首先進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，證實(shí)兩種水的配伍性好，對油層無傷害才可注入。

　　此外，SY/T5329-94還對注水水質(zhì)的輔助性指標(biāo)作出指導(dǎo)性規(guī)定，包括溶解氧、硫化氫、侵蝕性二氧化碳、鐵、pH值等。根據(jù)一些油田多年注水實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，除油和過濾懸浮固體是關(guān)鍵。

　　1.2 工藝優(yōu)選

　　X油田擬處理采油污水量為800m3/d，原水固體懸浮物濃度為200mg/L，石油類濃度為75mg/L，根據(jù)該油田的原水處理標(biāo)準(zhǔn)，要求回注水指標(biāo)滿足A1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即處理后含油量應(yīng)小于等于5mg/L、懸浮固體含量應(yīng)小于等于1mg/L，為此須采用精細(xì)過濾器來控制懸浮物的量。目前的處理方法有物理法、物理化學(xué)法、化學(xué)法和生物法?？紤]X油田處理水量不大，而且水中含油量和懸浮物含量很小，綜合考慮占地面積、運(yùn)行費(fèi)用、處理效率等多方面因素，本設(shè)計(jì)擬采用氣浮選―過濾工藝，運(yùn)用油水密度差和氣浮法對水中的懸浮物和油類進(jìn)行有效的粗濾，再根據(jù)纖維過濾器的去除效率，可以使含油量和懸浮物的量達(dá)到精細(xì)過濾的進(jìn)水要求，對水中的SS和油類進(jìn)行精細(xì)過濾，使回注水達(dá)到處理要求。

　　1.3 工藝流程

　　采用氣浮選過濾工藝，首先由密度差自然除油，再經(jīng)氣浮法對水中的懸浮物和油類進(jìn)行粗濾，而后經(jīng)纖維過濾器、精細(xì)過濾器最終達(dá)到回注水指標(biāo)要求，工藝流程圖如圖1所示。

　　二、回注水處理工藝設(shè)計(jì)

　　2.1 除油

　　選用自然除油處理，具有基建投資少，生產(chǎn)費(fèi)用低，去除懸浮雜質(zhì)量多，為下游處理裝置提供較穩(wěn)定的水量和水質(zhì)的特點(diǎn)。自然沉降裝置包括平流隔油池、斜板沉降池、豎流式沉降罐、平流式沉降罐、輻流式沉降罐、調(diào)儲(chǔ)沉降罐。根據(jù)處理回注水的水量及設(shè)備的經(jīng)濟(jì)成本，特選擇工藝簡單，處油效率高的平流隔油池。

　　隔油池設(shè)計(jì)參數(shù)由公式(1)～公式(3)計(jì)算而得，設(shè)計(jì)分格數(shù)為2個(gè)，有效池長為8.9m，池總高度為2.5m，刮板間距4m，高度150mm，移動(dòng)速度0.01m/s；SS去除率40%，石油類去除率80%；污泥含水率P1=97%。

　　分格數(shù)：

　　式中：n為隔油池分格數(shù)(個(gè))；Q為日處理采油污水量(m3/d)；n為隔油池流體水平流速(一般采用2～5mm/s)，擬設(shè)計(jì)為2.5mm/s；B為隔油池每格寬度，擬設(shè)計(jì)為2m；h2為隔油池工作水深，擬設(shè)計(jì)為1.4m。

　　有效池長：

　　式中：L為隔油池有效池長，m;T為停留時(shí)間(一般采用1.5-2h)，擬設(shè)計(jì)為1.5h。

　　尺寸比例校核：單格的長寬比(L/B)不小于4，深寬比(h2/B)不小于0.4。

　　池總高度：

　　式中：H為隔油池總高度(m);h1為隔油池超高(一般不小于0.4m)，擬設(shè)計(jì)為0.5m;h3為集油厚度，擬設(shè)計(jì)為0.25m;h4為污泥區(qū)高度，擬設(shè)計(jì)為0.35m。

　　2.2 氣浮

　　氣浮法有溶氣氣浮法、葉輪式浮選以及噴嘴式氣浮式，設(shè)計(jì)選擇溶氣氣浮法中的部分回流加壓溶氣流程。溶氣氣浮法是目前除油效率高而且最常用的氣浮處理方法，該法是使空氣在加壓的條件下溶解于水，然后通過將壓力降至常壓而使過飽和溶解的空氣以細(xì)微氣泡形式釋放出來，回流式溶氣氣浮選系統(tǒng)是部分凈化的水回流到溶氣罐加壓溶氣，然后與原水混合進(jìn)入氣浮罐。

　　溶氣浮選工藝主要設(shè)備為：壓力容器裝置、溶解氣釋放裝置和氣浮分離裝置。

　　氣浮選工藝設(shè)計(jì)參數(shù)由公式(4)～公式(5)計(jì)算而得，溶氣罐直徑設(shè)計(jì)為0.46m，氣浮池有效水深設(shè)計(jì)為4.2m。

　　溶氣罐直徑：

　　式中：d為溶氣罐直徑(一般小于0.6m)，m;R為回流比，設(shè)計(jì)為20%;ae為釋氣量，設(shè)計(jì)為40L/m3;?為水溫校正系數(shù)，取1.2;η為溶氣效率，設(shè)計(jì)為90%;P為溶氣壓力，設(shè)計(jì)為0.4MPa;KT為溶解度系數(shù)(根據(jù)水溫查表)，設(shè)計(jì)水溫為40℃，查表知系數(shù)為1.79×10-2;I為壓力容器罐的過流密度，設(shè)計(jì)為400m3/(m2?h)。

　　氣浮池有效水深：

　　式中：H為氣浮池有效水深(m);μs為氣浮分離室流速，設(shè)計(jì)為2mm/s;t為氣浮分離室停留時(shí)間，設(shè)計(jì)為35min。

　　根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)和水質(zhì)處理的要求，選擇JQF―40型高效加氣浮選器，其工作原理是采用高效溶氣裝置，將空氣(或其他凈化過的氣體)快速溶入凈化過的水(回流水)中，作為工作介質(zhì)，通過釋放器驟然減壓，快速釋放，產(chǎn)生大量微細(xì)氣泡粘附于經(jīng)過混凝反應(yīng)后廢水中的“礬花”上，從而達(dá)到迅速上浮、與水分離、回收油品、凈化水質(zhì)的目的。其主要參數(shù)見表2。

　　2.3 過濾

　　過濾是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，要使懸浮物和含油量最低，就要求選擇精度高的過濾器。設(shè)計(jì)選用GQL改性纖維球過濾系統(tǒng)，改性后的纖維球?yàn)V料不僅具有纖維球可壓縮性、可以形成理想空隙分布等特點(diǎn)，同時(shí)與含油污水接觸時(shí)，先與水分子進(jìn)行接觸，在纖維濾料表面形成一層水的保護(hù)膜，反沖洗時(shí)很容易被水沖洗下來，因此改性后的纖維球?yàn)V料最適用于含油污水處理。改性纖維球過濾系統(tǒng)除油、除懸浮物效果好，除油效率比雙濾料高。采用A型，出水可滿足中、高滲透層要求，采用B型，出水可以滿足低滲透層要求。適合于油田注水精細(xì)過濾、鍋爐回用水深度處理、外排水除油、去除懸浮物、含油廢水深度處理等。由于出水水質(zhì)要求要達(dá)到推薦注水水質(zhì)主要控制指標(biāo)的A1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，此次設(shè)計(jì)就用該過濾器的二級(jí)精濾來代替精細(xì)過濾器，目的是在處理過程中更容易管理、操作和維修。同時(shí)也使得水質(zhì)更容易達(dá)標(biāo)。設(shè)計(jì)采用2個(gè)處理濾罐，一臺(tái)備用，當(dāng)一臺(tái)需要反沖時(shí)，開啟備用濾罐，反沖完畢后待用，在一臺(tái)濾罐檢修(包括更換濾料)反沖洗不啟動(dòng)備用罐，此共設(shè)濾罐兩座，布置成對稱雙行排列。配管設(shè)地面高管架，便于檢查，就地維修。過濾系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)見表3。

　　過濾工藝設(shè)計(jì)參數(shù)由公式(6)、公式(7)計(jì)算而得，設(shè)計(jì)濾罐直徑為1.5m，濾罐高度為2.7m。

　　濾罐直徑：

　　式中：D為濾罐直徑(m);Q為日處理采油污水量(考慮5%的自用水量)，m3/d;v濾為濾罐的過濾速度，取20m/h;T為濾罐實(shí)際每日過濾時(shí)間，(過濾工作時(shí)間是12h，沖洗時(shí)周期為12h，式中只考慮反沖洗停用的時(shí)間，不考慮初濾水的排放)。

　　濾罐高度：

　　式中：H為濾罐高度(m);H1為集水區(qū)高度，一般取0.5m;H2為墊層高度，設(shè)計(jì)0.1m;H3為濾料層高度，一般取0.8m;H4為凈空高度，取0.5m;H5為預(yù)蓋高度，取0.5m;H6為濾罐保護(hù)高度，0.3m，一般取0.2～0.3m。

　　2.4 控制

　　控制方式分為手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種，兩種方式可以切換，操作靈活。自動(dòng)控制主要涵蓋以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：①廢水處理系統(tǒng)主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)可在主控柜模擬盤上顯示。如廢水調(diào)節(jié)反應(yīng)池內(nèi)的工作液與溢流報(bào)警液位等。②當(dāng)廢水處理系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，廢水輸水泵和自動(dòng)啟動(dòng)(當(dāng)廢水儲(chǔ)水罐液位達(dá)到上限后)，將廢水輸入到填料塔;當(dāng)廢水儲(chǔ)水罐液位降至下限時(shí)，廢水輸水泵可自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)輸水泵啟動(dòng)后，需要操作人員手動(dòng)調(diào)節(jié)流量。③當(dāng)廢水輸水泵啟動(dòng)后，處理池進(jìn)入自動(dòng)加藥調(diào)節(jié)控制程序。④混凝階段通過計(jì)量泵自動(dòng)添加PAC、FeCl3搬土等藥液。廢水處理系統(tǒng)在手動(dòng)控制狀態(tài)下，操作人員可在操作現(xiàn)場通過現(xiàn)場操作開關(guān)實(shí)現(xiàn)上述自動(dòng)控制全部操作程序。

　　2.5 其他

　　(1)建筑物的位置。采出水處理站主廠房由污水泵房、加藥間、配電間、值班室等組成。加藥間設(shè)各種藥劑的溶液池以及加藥泵，并存有3個(gè)月以上用量的混凝劑;配電間設(shè)有低壓配電柜。

　　(2)采暖與通風(fēng)。采出水處理站的建筑物是否需要采暖，應(yīng)根據(jù)油田所在地氣候條件確定。通風(fēng)方式應(yīng)盡可能采用自然通風(fēng)，自然通風(fēng)一般是在屋頂設(shè)筒形風(fēng)帽，風(fēng)筒長度一般為1.2m，風(fēng)筒內(nèi)設(shè)有蝶閥，當(dāng)自然通風(fēng)達(dá)不到衛(wèi)生和生產(chǎn)要求時(shí)，應(yīng)采用機(jī)械通風(fēng)或自然與機(jī)械聯(lián)合通風(fēng)。

　　(3)緩沖池。可以在工藝流程末端設(shè)計(jì)一座緩沖池，以便可以在池中投加化學(xué)藥品，使水質(zhì)不產(chǎn)生金屬腐蝕，結(jié)垢和微生物繁殖等危害。包括隔絕空氣中氧氣進(jìn)入采出水，或脫除采出水有害氣體的流程，防止不相容水混合流程，投加水質(zhì)穩(wěn)定劑等，能更好地提供回注條件。

　　(4)加藥。投藥設(shè)備包括投加和計(jì)量兩個(gè)部分，一般有重力和壓力投加兩種方式，常用的計(jì)量設(shè)備有轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)、苗嘴、計(jì)量泵等。加藥間及藥庫設(shè)計(jì)參數(shù)由公式(8)、公式(9)計(jì)算而得，設(shè)計(jì)溶液池的容積為13.35m3，溶解池的容積為4m3。

　　溶液池的容積：

　　式中：W1為溶液池容積(m3);a為混凝劑最大投加量，設(shè)計(jì)為50mg/L;W1為溶液池容積(m3);c為溶液濃度(按固體質(zhì)量計(jì)，一般取5%～20%)，設(shè)計(jì)為15%;n為每日調(diào)制次數(shù)(一般為2～6次，手工一般不多于3次)，設(shè)計(jì)為2次。

　　溶解池的容積：

　　式中：W2為溶解池容積(m3)。

　　針對X油田擬處理采油污水量為800m3/d，原水固體懸浮物濃度為200mg/L，石油類濃度為75mg/L，優(yōu)選建立了氣浮選-過濾工藝、進(jìn)行了相應(yīng)的流程設(shè)計(jì)，配套完善了各設(shè)備的參數(shù)設(shè)計(jì)，最終完成了采油廢水處理目標(biāo)，并滿足回注水指標(biāo)A1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

　　三、結(jié)語

　　(1)優(yōu)選建立了一種氣浮選-過濾水處理工藝，配套建立了隔油池、氣浮池、壓力過濾罐等工藝設(shè)計(jì)方法。

　　(2)氣浮選-過濾水處理工藝滿足X油田污水處理要求，處理后含油量小于5mg/L、懸浮固體含量應(yīng)小于1mg/L。

　　(3)該水處理方法具有增加水處理量、減少回注井?dāng)?shù)，降低成本、減輕回注系統(tǒng)腐蝕、環(huán)保的優(yōu)勢。(來源：(中國石化西南油氣分公司采氣一廠)