随着油田开发的不断深入

随着油田开发的不断深入.国内大部分油田已进入高产水期，一般综合含水率在80%以上。以胜利油田为例，目前综合含水率超过90%.每年产生2亿多m3采出污水，但污水利用率仅为80%.大量的剩余污水无效回灌地层或外排，同时在低渗透油田开发、i采配聚用水、热采锅炉给水等方面每年还要消耗清水约2.0xl07m3。可见，开展好油田采出水处理方法的研究.将有效地缓解石油行业污水外排和清水消耗的矛盾，保证油田的持续发展。1油田采出水的构成与特性油田采出水是伴随采油作业采出的经原油脱水分离后的含油污水。由于各油田具有不同的地质条件、原油特性、采油方法、集输及分离条件.因而各油田采出水的水质和特性也不尽相同，但又有一定共性。一一般油田采出水的主要组分包括以下几种：（1）固体悬浮物，粒径一般为l~100um，包括黏土颗粒、粉砂、细砂、各种腐蚀产物、垢等；（2）原油，采出水中一般含有1000~2000mg/l的原油，有些油田采出水含油质量浓度可达5000mg/l以上；（3）溶解物质，主要包括溶解盐类（0.001um以下，如Ca2+、Mg2十、C1一等）和溶解气体（3xlO-4-5x10-4um，如溶解氧、硫化氢等）；（4）微生物，常见的有硫酸盐还原菌（SRB）、腐生菌（TGB）、铁细菌等；（5）有机物成分，主要包括胶质沥青类、重质油、驱油剂、破乳剂、絮凝剂等。总的来讲，各地油田采出水均具有水温较高、矿化度高、悬浮物含量高、离子组分复杂、有机物多样的特点。2油田采出水的主要处理方法将采出水处理后回注地层。不但可以节省淡水资源、减少环境污染，而且由于采出水具有水温高、矿化度较高、与地层配伍性好等特点有利于驱油，所以将油田采出水处理后回注采油是各油田采出水的主要出路。目前国内用于回注的油田采出水处理一般以《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》（SY/T5329-1994）作为指导.主要控制指标为油、悬浮物及悬浮物的粒径。处理工艺主要采用传统的“老三套”工艺对采油污水进行处理.即以“混凝一沉降一过滤”为基础.再辅以阻垢、缓蚀、杀菌或生化法处理、吸附法、膜分离等，从而使采油污水达到回注标准。2.1油田采出水中油的去除油田采出水中油的存在状态大体可分为4类：悬浮油和分散油的含量在90%以上，漂浮在污水表面或以微小油珠形态悬浮于水中，油珠粒径为l0~150um；乳化油约占5%~8%，以极小微粒油珠状态稳定地形成乳化液，油珠粒径为O.01~10um；约有2%5%的油在水中以溶解态存在。研究发现注水中的油滴和固体颗粒的共同作用是引起岩心渗透率下降的主要原因，主要堵塞地层孔隙和喉道。减小地层渗透率，采出水中乳化油对地层的损害形式是吸附和贾敏效应。2.1.1悬浮油和分散油的去除（1）重力分离法。重力分离法是利用油和水的密度差及油和水的不相溶性.在静止或流动状态下实现油珠、悬浮物与水分离的方法。重力除油的主要设备有横向流除油器、波纹板聚结油水分离器、聚集型油水分离器、立式除油罐和斜板式隔油池等。新出现的密置波纹板除油器能除去最小粒径为40um的油珠。波纹板聚结油水分离技术是将重力分离和聚结分离结合于一体的新型油水分离技术.具有能耗低、分离效率高、设备简单、结构紧凑等优点。（2）离心分离法。离心分离法是使装有采油污水的容器高速旋转，形成离心力场，因颗粒和污水的质量不同，受到的离心力也不同，相对密度大的水受到较大的离心作用被甩到外侧，相对密度小的油珠则被留在内侧并聚结成大的油珠而上浮，达到分离的目的。常用的设备是水力旋流器，能去除粒径在10~15um以上的油珠.（3）粗粒化法。粗粒化法是利用油一水两相相对聚结材料亲和力的不同来进行分离。含油废水通过装有粗粒化材料的装置，水中油分在润湿聚结、碰撞聚结、截留、附着等过程的作用下，油珠由小变大。从而得到去除。该技术主要用于处理分散油，只有聚结作用，没有破乳功能。其技术关键是粗粒化材料。粗粒化材料有亲油性材料、亲水性材料以及石英砂、煤粒等无机材料。该法具有体积小、运行方便、操作简单的优点，缺点是易堵塞。（4）絮凝法。絮凝法是向含油水中投加絮凝剂，通过絮凝剂的作用使水中的油滴变大.便于后续工艺分离。絮凝剂在除油过程中可通过絮凝沉降除菌，能去除油田污水中50%以上的SRB.此外絮凝剂还有利于杀菌剂对菌量的控制。常用的无机絮凝剂包括聚合氯化铝和聚合硫酸铁，油田含油废水处理用絮凝剂逐渐由无机向有机转化，单一型向复合型转化，以利于对“三采”采出水的处理。（5）悬浮污泥过滤技术。悬浮污泥过滤技术（SSF）的核心包括加药部分和污水净化器，它是一种物理化学方法。使用该技术在大庆油田杏十五一1污水站试验，发现处理后的污水油含量基本为0，COD去除率达94.8%，另外对悬浮物和SRB均有一定的处理效果。该法具有工艺简单、投资少、运行费用低、出水指标优良等优点。2.1.2乳化油和溶解油的去除（1）化学破乳法。乳化油的存在状态相对稳定，要达到油水分离首先要破乳。化学破乳是通过向水中投入化学药剂完成的。药剂在水中水解后能形成带正电荷的胶团，并能与带负电荷的乳化油发生电中和作用，降低其表面电位，再经过其他处理使油粒聚集，粒径变大，从而达到油水分离的目的。化学破乳法包括盐析法、酸化法、凝聚法，最传统和常用的药剂是铝盐及铁盐系列。（2）气浮法。气浮法是依靠气泡表面能吸附油滴或悬浮物的特性达到分离目的。根据气泡的生成机理，大致分为溶气气浮、散气气浮和电解气浮3类。溶气气浮产生气泡的机理主要是将气体（油田上多用天然气、惰性气体）在一定水温和压力下溶解于水，并尽量使其接近或达到饱和溶解度，然后经释放器或压力控制阀使溶气水突然消能减压，从而在水中产生大量微细气泡；散气气浮产生气泡的机理是用机械、水力或采用二者相结合的方式，将吸入的空气（或天然气、甲烷、其他惰性气体）打碎而形成微细气泡：电解气浮是利用不溶性电极电解采油污水，在电解分解作用和初生态的微小气泡的上浮作用下，使乳化油破坏，并使油珠附着在气泡上。溶气气浮产生的气泡的直径为20-60um或更小，且稠密均匀，对乳化油处理效果最好，但由于乳化油含量较低，故现场一般采用散气气浮。（3）电化学法。包括电凝聚和电火花法。电凝聚是利用溶解性电极电解采油污水，从溶解性阳极溶解出金属离子，金属离子水解生成氢氧化物，它能吸附和凝聚乳化油与溶解油，然后沉淀可除去油；电火花法是利用交流电来去除采油污水中的乳化油和溶解油。在电场作用下筒内的导电颗粒间会产生电火花，在电火花和水中均匀分布的氧的作用下，油分被氧化和燃烧分解。（4）吸附法。吸附法是利用亲油性材料来吸附水中的油，对溶解油的处理效果最好。根据固体表面吸附力的不同，吸附可以分为表面吸附、离子交换吸附和专属吸附3种类型。活性炭是常用的吸附材料.但由于活性炭处理成本高、再生难，使用上受到一定的限制，一般仅用于含油废水的深度处理。2.2油田采出水悬浮物的去除注人水中悬浮固相的含量及颗粒大小是影响注水水质的重要指标，是造成地层伤害的重要因素，悬浮颗粒对地层孔隙的堵塞主要是在岩石的端面、断面附近和岩石的深部。2.2.1过滤法过滤法是将采油污水通过设有孔眼的装置或通过由某种介质组成的滤层.去除污水中的悬浮物的方法，它是去除悬浮物，特别是去除低悬浊度中微小颗粒的一种有效操作它是利用颗粒介质的截流、惯性碰撞、筛分、表面黏附、聚并等作用，将水中油分去除。一般所用过滤器有压力式和重力式2种，我国油田过滤器普遍采用压力式，在油田废水普通站和深度站过滤处理工艺中广泛使用核桃壳过滤器。2.2.2膜分离法膜分离法是利用膜所具有的选择透过性.对污水中的某些微粒或离子性物质进行分离和浓缩的方法。目前膜技术在油田采出水处理中应用最为广泛的是微滤（MF）、超滤（uF）和反渗透（RO）系统，而国内外研究较多的是管状陶瓷微滤、中空纤维微滤、管状聚合物超滤和反渗透系统。MF能去除0.1~100um以上的固体悬浮颗粒，UF能去除0.001~0.02um的大分子物质和固体悬浮物，可见MF和UF对控制悬浮物颗粒粒径非常有效，另外对采出水中油的去除也有一定效果.RO系统主要是针对采出水的脱盐。2.3油田采出水中细菌的去除影响油田注水水质的主要微生物是硫酸盐还原菌、腐生菌和铁细菌。注入水中的细菌可腐蚀注水设备，菌体及其代谢产物又可污染水质、堵塞油层。2.3.1高级氧化技术高级氧化技术包括臭氧氧化、二氧化氯氧化等。利用臭氧、二氧化氯杀灭SRB实验研究发现。两种方法对细菌有很好的杀灭能力.极低的投加量就能达到很好的杀菌效果，并且同时还可以氧化降解水中的有机物，切断SRB的营养源，从根本上控制细菌含量。2.3.2电解盐水杀菌技术电解盐水杀菌技术是利用次氯酸钠发生装置电解饱和盐水产生次氯酸钠溶液。由于次氯酸钠不稳定。在水中产生的强氧化剂原子态氧，能够氧化细菌，使细菌中的蛋白质变性，失去复制和生存能力，从而达到杀灭细菌的目的。该法杀菌效果好，处理后水中的SRB为0.6~60mL-1，但在高矿化度污水中作用效果差，且电极板结垢问题突出。2.4油田采出水中各种离子的去除油田采出水中离子组成复杂，其中的钙、镁等结垢离子容易反应生成CaSO4·2H0、CaCO3等成垢物质，在管道和容器中结垢；Fe2+是导致污水稳定性差的主要原因.Fe3+反应生成的Fe（OH）胶状物或絮团以及Fe2+与S2-生成的FeS颗粒沉淀可堵塞地层。电化学预氧化技术是用于去除油田采出水中Fe2+的一种方法.该技术是利用油田污水中富含NaC1的特点，使污水在电化学设备中被氧化，生成新生态02、HO·和Cl2等氧化性物质，将Fe2+氧化成Fe3+，之后可以利用沉降和过滤技术将Fe（OH）3，沉淀去除，达到除铁的目的。对于油田采出水中的其他离子组分，一般无专门的处理方法，随油、悬浮物等物质的处理一并去除。2.5油田采出水中有机物的去除采出水中有机物种类多、COD高，这些物质的大量存在有利于微生物的繁殖，容易导致管线腐蚀和地层堵塞.其中某些处理剂会使岩石毛细管压力上升、增加水驱阻力，这种问题在低渗透油藏中的表现尤为突出。2.5.1生物法生物法主要是通过微生物的新陈代谢过程使采出水中的有机物被降解.转化为新的生物细胞及简单的无机物，从而达到去除有机物的目的。生物法可分为好氧生物法、厌氧生物法和厌氧一好氧生物法。同其他处理方法相比.生物法具有成本低、操作简便、有机污染物降解效果好等优点。国内外均进行了大量研究。G.T.Tellez等利用活性污泥法处理采油污水。研究表明停留时间为20d时，能去除采油污水中98%~99%的碳氢化合物。龚争辉等结合气浮技术和生物法的优势研发的气浮一生物接触氧化技术，在孤岛油田采油废水进行现场试验，发现处理后污水COD去除率为42.2%.石油类去除率为89.3%.2.5.2化学氧化法化学氧化法能将污水中呈溶解态的无机物和有机物转化为微毒、无毒物质或转化成容易与水分离的形态，分为氧化剂氧化法和电解氧化法。氧化剂氧化法是指利用强氧化剂氧化分解污水中的油和COD等污染物质以达到净化采油污水的一种方法；电解氧化法是指在污水中插入电极并通过一定的直流电，使污水中的油和COD等污染物质在阳极发生电氧化作用或与电解所产生的氧化性物质发生作用以达到净化采油污水的一种方法。每种油田采出水处理方法在高效处理特定对象的同时，对其他对象也有一定作用，如电解气浮法主要侧重处理废水中的油状物和悬浮物，同时阳极还具有降低BOD和COD的功能.阴极还具有沉积重金属离子的能力。各油田可根据自身的特点，选择合理的处理方法组合设计处理工艺.既保证采出水的处理效果，又能降低处理成本。3油田采出水处理亟需解决的关键问题3.1低渗透油田回注用采出水处理方法研究在我国低渗透油田广泛分布在全国的各个油区，探明储量约为63亿t，约占探明储量的28%。近5a探明储量中低渗透油储量比例已增至50%~60%，低渗透油田的开发将成为日后油田增产的重点。低渗透油田最基本的特点是油藏物性差、流体渗透能力差，不清洁水的注入将降低低渗透油藏1O%的注入能力，进而减小油藏压力，所以很多油田受采出水处理技术的限制。一般采用