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生化处理技术在油田高矿化度采出水处理中的应用_习向东

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生化 处理 技术 油田 矿化度 出水 中的 应用 向东
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44 第24卷 第1期 石 油 规 划 设 计 2013 年 1 月 * 习向东,男,高级工程师。1997 年毕业于江汉石油学院给排水工程专业,获学士学位。现在吐哈油田分公司工程技术研究院从事油田注 水与水处理工程设计和研究工作。地址:新疆哈密市石油基地工程技术研究院地面工程设计所,839009。89579@m ÓcI| 1004013)01习向东 * 刘小洲 李冲 王光辉 (中国石油吐哈油田分公司工程技术研究院) 习向东等. 生化处理技术在油田高矿化度采出水处理中的应用. 石油规划设计,2013,24(1):44~47 K1 论述了采出水生化处理技术的基本原理、特点、适用范围,以及微生物处理的主要影响因素和控制措施,并与传统重力沉降工艺进行了对比。对比结果表明,该工艺具有除油彻底、运行稳定、运行成本低等方面的优势。通过对雁木西、鲁克沁等油田高矿化度采出水处理的应用情况,包括流程、设备、构筑物、配套技术、处理水质及成本效益等分析,说明了生化处理工艺的技术优势,及其对 15×104 高矿化度采出水处理的良好适应性。提出了今后生化处理技术需要攻关和推广应用的方向及建议。 1oM 吐哈油田;微生物;生化处理;高矿化度;采出水;采出水处理 ÏmsË| ÓDSM’ A %0*: 吐哈油田水处理概况 吐哈油田油藏渗透低, 对注入水的水质要求高,各区块均执行 Q/H 0 082—2011《油 田注水水质规定》 (含油≤5,悬浮物含量≤3,粒径中值≤3 μm)的水质标准。2005 年以前建设的采出水处理站均采用“重力沉降+多级过滤”的传统物化处理工艺,因工艺前段流程除油合格率低、水质波动大等原因,导致过滤系统负荷重,滤料频繁污染,药剂投加量大,处理成本高,水质达标率低。为了解决上述问题,吐哈油田采用了生化微生物处理技术,并对实际运行中出现的问题进行了一系列改进完善,提高了工艺适应性,降低了处理成本,形成了“以生化除油为核心,两级纤维球过滤为保障”的主体处理工艺模式, 并在雁木西等油田推广应用,成功实现了 15×104 高矿化度采出水的生化处理,显著提高了油田注入水水质。 目前,吐哈油田共建有采出水处理站 8 座,总处理能力 04m3/d, 实际处理量 04m3/d,处理后采出水全部回注。2004 年以来建设的红连、雁木西等 4 座处理站均采用生化处理工艺,04m3/d,占油田总处理能力的 37%。 2 生化处理技术原理 生化处理技术 生化处理技术以往主要用于城市生活污水处理和一般的工业废水处理。 由于油田采出水油含量大、矿化度高、水质成分复杂、可生化性差,一般的微生物难以在其中存活。 随着微生物技术的不断进步,培养筛选出了适应各种不同油田采出水水质的微生物菌群,并成功用于油田采出水外排或回注处理。 采出水生化处理是利用微生物完成水中石油类第24卷 第1期 石 油 规 划 设 计 45 的分解和生物体的合成,将有机污染物转化成 、及富含有机物的微生物群体;多余的生物污泥在沉淀池中经沉淀池固液分离,从净化后的采出水中除去。 采出水中的油是一种含有多种烃类及其他有机物的复杂混合物,因矿化度高,以及 N、P 元素比例低等原因,一般的微生物难以代谢降解。特种微生物能适应高盐含量油田采出水,不但能降解水中的油,而且对 学需氧量)的降解也十分明显。 生化处理的关键技术,一是活性微生物的培养驯化;二是活性微生物菌种生长环境的建立。 接触氧化法工艺特点及微生物的培养驯化 吐哈油田所用的生化工艺为接触氧化法,是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工艺,其特点是在反应池内设填料,池底曝气对污水进行曝气充氧,并使池体内污水处于流动状态,以保证污水与填料充分接触,无污泥回流,具有高效节能、耐冲击负荷、运行管理方便等特点。 处理工程中,微生物主要以生物膜状态固着在填料上,同时,又有部分絮体或破碎生物膜悬浮于处理水中。所用的微生物以好氧菌群为主,包括细菌、丝状菌和真菌。 2005 年在红连中等矿化度采出水处理中应用成功后,又通过在菌种溶液中逐步添加高矿化度采出水,逐步培养驯化出了适应高矿化度(15×104)采出水处理的专性联合菌群。该类菌群不同于生活污水处理所用的一般微生物,具有生命力旺盛、耐受力强的特点,专门用于油田采出水处理。 微生物生长繁殖的影响因素及其控制措施 营养源 基质包括营养物质,如 C、N、P 等元素,以及n、微量元素;还包括酚类、苯类等化合物,也包括一些重金属离子。采出水中缺少的 N、P 等营养物质可以同投加营养剂来解决。 环境类影响因素 一是,温度。用于采出水处理的微生物最适宜生长的温度一般在 20~30℃。如果温度过低或过高,微生物的活性就会变差,直接影响水处理效果。当采出水的温度过高时,一般采用冷却塔或自然降温等方式控制温度。为了防止冬季温度过低,反应池设保温房,并且采暖。 二是,。活性污泥系统微生物最适宜 一般采出水的 都在此范围之内。 三是,溶解氧。好氧生物需要充足的 O 2 才能正常生长繁殖,,绝大部分好氧菌将停止呼吸。实际运行中,微生物反应内的溶解氧保持在约 2。工程上一般采用鼓风或曝气机来为池内通空气,供应微生物所需的 O 2。 3 应用情况 2004 年,为了解决红连油田采出水达标外排问题,采用了生化微生物工艺处理采出水;2006 年红连油田滚动发现新区块,实行注水开发,对采出水处理系统进行了改扩建,增加了过滤器,将油田采出水处理后回注,实现了采出水资源化利用。 2008 年至 2009 年,在雁木西、鲁克沁油田实施了采出水生化处理回注工程,生化处理规模分别为 1 800m3/d 和 2 000m3/d。两个油田地处干旱炎热的吐鲁番盆地,采出水矿化度高达 10×104~15×104(见表 1) 。经过室内试验和现场中试,确认了生化技术对水质的适应性,在红连生化处理系统中,对杀菌、脱氧、防腐等配套工艺又进行了改进和完善,成功实现了 15×104 高矿化度采出水的生化处理。 表 1 雁木西、鲁克沁油田采出水离子分析 油田 ((( ( (a++K+/ (矿化度/ (雁木西 1 654 4 378 77 641 9 396 6 897 48 549 148 515 鲁克沁 123 1 975 52 891 8 878 456 33 301 97 624 工艺流程 根据油田采出水水质特点,确定了“生化除油— 斜板沉降 — 两级过滤”的 3 段式主体工艺流程。 生化处理系统前段采用特种微生物强化处理,对易造成滤料污染的油及有机物胶体物质进行有效生物降解,减少了滤料的污堵和板结,延长了滤罐反冲洗周期和更换周期。后段采用过滤方法,进一步将水中的悬浮物等进行有效的截流、过滤,以确46 习向东等:生化处理技术在油田高矿化度采出水处理中的应用 2013 年 1 月 保出水水质。来水含油≤300,悬浮物≤300,矿化度≤15×104, 000,出水可达到含油≤5,悬浮物≤3,粒径中值≤3 μm,50,满足采出水回注或外排需要。典型工艺流程为:来水 → 除油罐 → 调节池 → 反应池 → 沉淀池 → 缓冲池 → 提升泵 → 两级改性纤维球过滤器 →出水。 主要处理设施 调节池采用钢混结构,用于储存、调节和均衡水量,采出水停留时间 3h。池内设预曝气系统,以防止污泥的沉积,并增加采出水的可生化性。 为了满足微生物生长繁殖所需环境温度,反应池设在室内,采用钢混结构,底部设曝气头,内部安装填料,分两格串联运行,采出水总停留时间12h。投产初期在其中投加专性联合菌群,正常运行定期投加营养剂。进水含油≤200,出水含油≤5。 沉淀池内安装斜板,投加絮凝剂,通过重力沉淀作用去除污泥和无机颗粒。 过滤器为两级改性纤维球过滤,其中第二级滤罐配备液压压紧装置,为水质处理把关设备,要求出水水质全面达到注水要求,即含油≤5,悬浮物含量≤3。 鼓风机采用罗茨风机、配变频器,为调节池和微生物反应池内采出水曝气,提供微生物生长繁殖需要的氧气。 水质监测情况 自投运以来,雁木西、鲁克沁采出水处理装置运行良好,处理后水质稳定,、,水体清澈,各项指标均达到了油田注水标准,详见表 2。 表 2 雁木西、鲁克沁油田进、出水水质监测(平均值) 设计 雁木西 鲁克沁 水质分析 进水 出水 进水 出水 进水 出水石油类/(≤300 ≤3 154 125 浮物/(≤300 ≤3 126 146 径中值/ μm ≤3 (个/m ·105≤25 1040 1040 腐生菌/(个/m ·04≤10210310 10410 铁细菌/(个/m ·04≤10210310 10410 雁木西、鲁克沁油田现场水质监测结果表明,生化技术可满足低渗透油田回注采出水处理需要,并且对采出水矿化度具有很强的适应能力。 配套工艺改进和完善 杀菌工艺 由于杀菌剂会杀死微生物,化学杀菌技术在生化系统中应用受到限制,其解决方法:一是,采用物理杀菌技术,雁木西油田采用紫外线杀菌仪,处理后采出水细菌达标;二是,采用化学杀菌,优化加药点位置,避免杀菌剂直接进入生化池,红连等油田将杀菌剂加药点设在滤后水罐入口,解决了杀菌的问题。 脱氧工艺 生化反应池内曝气后,采出水溶解氧含量超标() ,需要脱氧。采取的对策是采用 合 催化剂。红连等油田均采用化学脱氧,加药量 20,,满足注水水质要求。 生化处理间排湿 由于生化池曝气,冬季室内温度低,生化处理间湿度大,水汽浓度高,造成屋顶涂料脱落,室内设施腐蚀加快。为了解决这一问题,安装轴流风机加强通风排湿;生化池上部安装 挡膜,减少水雾溢出。 今后在研究解决水温控制问题的基础上,应简化或取消生化池保温房,彻底解决排湿问题。 项目投资和运行成本 雁木西、鲁克沁油田采出水处理系统建设投资分别为 1 600 万元和 2 050 万元。吐哈油田雁木西、鲁克沁等 4 座处理站采用相同的工艺,单位运行成本基本一致。以鲁克沁油田为例,其处理规模为2 000m3/d,从药剂、耗电、维修、人工及污油损失(采用传统处理工艺可回收污油)5 个方面核算,单位运行费用为 。选取处理规模相当的丘陵油田作为传统处理工艺的案例进行对比,其单位运行费用为 。生化处理与传统处理工艺处理成本对比见表 3。 表 3 生化处理与传统处理工艺成本对比 项目 生化处理 传统工艺 药剂费/(元 · 费/(元 · 护费/(元 · 理和人工/(元 ·油损失/(元 · 小计/(元 · 3 结果表明,生化工艺系统综合单位运行费用较传统工艺低 ,约 按目前吐哈油田生化工艺处理量 6 000m3/d 计算, 节约处理费用第24卷 第1期 石 油 规 划 设 计 47 252 万元/a。 4 今后攻关方向 今后将继续对生化处理技术的应用进行研究,在满足处理水质的基础上,优化简化配套设施,缩短流程,进一步降低建设投资和运行成本,并根据油田开发实际,逐步将生化处理技术推广到吐哈油田采出水处理系统中,提高油田整体水处理水平。主要攻关目标如下: 一是,培育下一代微生物菌种,在现有菌种的基础上,研究分离培养适应性更强的菌种,达到适应更高矿化度、更宽温度范围(5~40℃)的采出水处理需求,进一步提高工艺技术水平,扩大推广应用范围。 二是,简化处理流程、优化构筑物设计、降低工程投资,对现有处理流程进行优化设计,在提高采出水接收罐收油和缓冲能力的基础上,研究取消隔油池和调节池的可行性,缩短、简化处理流程,减少占地。在提高微生物温度适应性的基础上,简化或取消生化反应池保温设施,彻底解决生化处理间冬季水汽大的问题, 以降低工程建设和运行成本。 •IÓD [1] Y 082—2011 油田注水水质规定[S] 中国石油吐哈油田分公司,2011. [2] 周群英,王士芬. 环境工程微生物学[M] 高等教育出版社,2008 : 56[3] 下册 )[M] 中国建筑工业出版社,1999 : 95[4] 5册 )[M] 中国建筑工业出版社,2004 :411[5] 黄海波,任得科. 生化法污水处理工艺在河南油田稠油污水处理中的应用[J]004,22(10): 25[6] 邓波, 祝威. 生化法处理高温、 高盐油田采出水[J]003,19 (4): 76收稿日期:2012I : 廉践维 (上接第 27 页) 3 稠油开发地面工艺技术发展方向 目前,新疆油田在稠油集输、高温密闭脱水、高温水处理、注蒸汽系统、热能综合利用等方面的研究均取得了阶段性成果,初步形成了 发地面工程配套技术。但是,由于 出液存在成分复杂、物性多变等因素,该技术在今后的工作中尚需进一步完善。 ²7?¹ëý\/Œ?Zt]一是,随着原油黏度增加,常规的吞吐、汽驱开发方式已经不能满足开发需要,S 火驱等开发方式将逐渐成为特、超稠油开发的核心技术。为了适应新的开发方式,地面工艺技术需进行相应的技术研究和攻关:集输方面,将采用高温密闭集输工艺,充分利用高温采出液中的热能,并增加原油接转系统规模,提高地面集输设备的利用率;注汽方面,将采用大型燃煤、燃气汽包注汽锅炉;原油处理方面,将逐渐实现由常规大罐热化学脱水工艺 向高温密闭脱水工艺的转变,进一步提高热能的利用率,以达到降低投资,提高能效的目的。 二是,针对新疆油田天然气资源紧缺问题,为降低稠油开采成本,自 2013 年起,风城油田将逐渐采用大型燃煤锅炉代替原有燃气锅炉。 三是,开展高含盐水处理技术研究,做到污水零外排,缓解环保压力。 ª¥?ZZ_一是,加快风城超稠油 发地面配套技术研究攻关工作,加快高温密闭脱水和高温采出水处理工业化试验进度及配套技术的科研攻关。 二是,开展高含盐水处理及回用技术研究。 三是,加快风城超稠油开发燃料结构调整关键设备的定型,实现低成本开发的目标。 四是,针对风城超稠油开发,实现风城地区热能梯级利用。 收稿日期:2012I : 陈霞
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