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油田采出水处理技术与进展

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油田 水处理技术 进展
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油 田 采 出 水 处 理 技 术 与 进 展陈 进 富(石 油 大 学 环 境 工 程 研 究 开 发 中 心 ,北 京 102200)摘 要   在 简 要 总 结 国 内 主 要 油 田 的 采 出 水 治 理 技 术 的 基 础 上 ,着 重 介 绍 了 国 外 近 年 来 油 田 采 出 水 治 理 的 一 些 新 工 艺 、新 设 备 、 新 技 术 ,提 出 油 田 外 排 采 出 水 的 治 理 应 采 用 生 化 技 术 ,国 内 应 注 意 高 效 一 体 化 的 采 出 水 治 理 设 备 和 稠 油 污 水处 理 药 剂 的 研 究 。关 键 词   油 田 采 出 水   采 出 水 处 理   生 化 技 术1   引 言注 水 是 一 种 常 用 的 油 田 开 发 技 术 ,但 注 水 的 结 果也 直 接 导 致 油 井 出 水 含 量 的 增 加 。 在 一 些 油 田 的 开采 后 期 ,原 油 含 水 率 甚 至 达 到 90 %以 上 。 经 过 原 油脱 水 工 艺 处 理 后 ,水 中 尚 含 有 油 、 可 溶 性 有 机 物 、 固 体颗 粒 、 无 机 离 子 、 细 菌 等 , 它 们 的 存 在 使 采 出 水油 、 悬 浮 物 等 含 量 偏 高 ,既 不 能 满 足 排 放 水 质指 标 ,也 无 法 达 到 采 出 水 回 注 地 层 的 水 质 要 求 。 因此 ,既 要 对 油 田 采 出 水 进 行 治 理 。 也 须 不 断 促 进 着 其治 理 技 术 及 治 理 工 艺 的 改 进 和 更 新 。2   国 内 油 田 采 出 水 治 理 技 术 现 状油 田 采 出 水 经 过 处 理 后 主 要 用 于 回 注 。 由 于 各油 田 采 出 水 的 物 理 化 学 性 质 差 异 较 大 ,要 求 的 注 水 水质 标 准 也 不 一 样 ,因 此 各 油 田 采 出 水 处 理 工 艺 流 程 也不 尽 相 同 。 但 是 归 纳 起 来 多 数 采 用 三 段 处 理 工 艺 即除 油 - 混 凝 沉 降 (或 气 浮 ) - 过 滤 。 若 再 辅 以 阻 垢 、 缓蚀 、 杀 菌 处 理 后 即 可 用 于 回 注 。 但 由 于 多 种 原 因 ,采出 水 尚 无 法 完 全 回 注 地 层 ,采 出 水 的 外 排 量 正 逐 年 增加 。 1995 年 ~ 1997 年 采 出 水 的 回 注 率 分 别 为94121 %、 94160 %、 91144 % ,而 同 期 外 排 量 分 别 为2 688万 t 、 2 696万 t 、 3 959万 t ,外 排 采 出 水 的 达 标 率仅 为 50 %左 右 ,主 要 表 现 在 外 排 采 出 水 的 高 ,特 别 是 对 于 稠 油 污 水 、 聚 合 物 采 出 水 、 高 含 盐采 出 水 ,其 达 标 排 放 率 更 低 。3   国 外 油 田 采 出 水 治 理 技 术 进 展近 几 年 来 ,国 外 油 田 采 出 水 治 理 技 术 改 进 主 要 体现 在 治 理 设 备 、 工 艺 流 程 、 药 剂 等 几 个 方 面 ,开 发 了 一些 新 的 采 出 水 治 理 设 备 和 药 剂 ,采 用 了 许 多 新 的 采 出水 治 理 工 艺 流 程 。311   采 出 水 治 理 工 艺 流 程科 威 特 北 部 油 田 处 理 采 出 水 的 工 艺 流 程 见图 1[1 ] 。 该 工 艺 主 要 由 水 分 离 器 、 浮 等 构 筑 物 组 成 。 气 浮 后 可 以获 得 用 于 回 注 地 层 的 净 化 水 。 这 种 含 油 污 水 处 理 工 艺简 单 ,是 目 前 含 油 污 水 处 理 的 典 型 工 艺 流 程 ,但 对 乳 化严 重 的 采 出 水 和 稠 油 污 水 处 理 效 果 不 佳 。 这 种 处 理 工艺 与 国 内 目 前 的 采 出 水 处 理 技 术 基 本 一 致 。原 油 电 脱盐 污 水 水 分 离 器 水 分 离 器 浮 出 水图 1   油 田 采 出 水 处 理 典 型 工 艺 流 程在 美 国 得 州 西 部 的 田 采 用 了 一种 新 的 油 田 采 出 水 处 理 工 艺 [2 ] ,其 流 程 见 图 2。 其 特点 是 将 水 力 旋 流 器 引 入 流 程 ,替 代 传 统 的 隔 油 与 浮 选单 元 。 该 技 术 可 以 将 硬 度 为 2 000L 、 硫 化 物 为500L 、 10 000L 、 油 含 量 为 200 水 转 变 为 蒸 汽 锅 炉 用 水 。 其 结 果 见 表 1。表 1   田 采 出 水 处 理 结 果项   目 采 出 水 净 化 水p H 615 1012温 度 / ℃ 2617 9611总 硬 度 (° 2000 015总 碱 度 (° 2150 200油 / L - 1 200 0硫 化 物 / L - 1 500 200二 氧 化 碳 / L - 1 600 0L - 1 100 0L - 1 10000 7000硫 酸 盐 / L - 1 450 450 / L - 1 2500 2550 / L - 1 3500 3500L - 1 015 0L - 1 10 081环   境   工   程2000 年 2 月 第 18 卷 第 1 期采 出 水 水 力 旋 流 器 一 级 过 滤 汽 提 塔 (脱 硫 ) 石 灰 软 化二 级 过 滤阳 离 子 交 换至 蒸 汽 锅 炉图 2   田 采 出 水 处 理 工 艺 流 程 油 公 司 处 理 印 度 尼 西 亚 田 采 出水 的 工 艺 流 程 [3 ]见 图 3。 采 用 化 学 破 乳 除 油 、 气 浮 、生 化 联 合 组 成 的 工 艺 替 代 了 过 去 的 混 凝 - 过 滤 或 混凝 - 气 浮 - 过 滤 工 艺 。 表 2 是 该 油 田 采 出 水 ,处 理 水的 组 成 和 印 度 尼 西 亚 的 油 田 污 水 排 放 标 准 。采 出 水加 破 乳 剂 溶 气 气 浮 生 化 曝 气 池 二 沉 池 处 理 水图 3   田 采 出 水 处 理 工 艺 流 程表 2   田 采 出 水 、 处 理 水 的 组 成 和 印 度 尼 西 亚 的油 田 污 水 排 放 标 准项   目 采 出 水 处 理 水 排 放 标 准氨 氮 / L - 1 20 3000 < 150 300烃 类 / L - 1 2000 10 15 子 / L - 1 116 016 10p H 418 718 6 - 9酚 / L - 1 32 1 1L - 1 90 90 4000T/ ℃ 55 30 40北 海 田 采 出 水 回 注 的 处 理 工 艺 流 程 [4 ]中采 用 了 3 个 油 水 分 离 器 和 6 个 水 力 旋 流 器 串 联 ,处 理后 的 水 质 可 达 到 回 注 水 的 要 求 。 其 中 油 含 量 为 200~ 500L (主 要 以 O/ W 型 乳 状 液 形 式 存 在 ) 降 至20~ 30L 以 下 ,工 艺 流 程 见 图 4。 活 性 炭 生 物 流 化 床 反 应 器 ) 是 一 种处 理 近 海 油 田 采 出 水 的 新 工 艺 流 程 [5 ] 。 该 技 术 主 要是 为 满 足 日 益 严 格 的 废 水 排 放 标 准 ,特 别 是 零 排 放 标准 ,目 前 该 技 术 已 进 行 了 中 试 放 大 试 验 。 在 美 国 的 墨西 哥 海 湾 油 田 采 出 水 排 放 标 准 规 定 油 含 量 日 最 高 不超 过 42L ,月 平 均 不 超 过 29L ,采 用 该 技 术 能完 全 达 到 ,甚 至 可 达 到 更 严 格 的 排 放 指 标 即 日 最 高 油含 量 不 超 过 10L 。 这 种 流 程 由 油 水 分 离 器 、 絮凝 、 气 浮 、 电 渗 析 等 单 元 组 成 。另 外 还 有 可 供 选 择 的 废 水 处 理 工 艺 [6 ] 。 这 些 流程 主 要 由 油 水 分 离 器 、 溶 气 气 浮 、 化 学 氧 化 ( V/ ) 、 金 属 离 子 去 除 系 统 (氢 氧 化 物 或 硫化 物 沉 淀 ) 、 过 滤 、 离 子 交 换 、 蒸 发 等 单 元 组 成 。采 出 水乳 化 剂油 水 分 离 器 水 力 旋 流 器 回 注 水图 4   北 海 田 采 出 水 回 注 的 处 理 工 艺 流 程可 见 ,随 着 环 保 要 求 的 提 高 和 油 田 回 注 水 水 质 的严 格 化 ,近 年 来 国 外 油 田 采 出 水 的 治 理 技 术 已 得 到 改进 和 提 高 。 采 出 水 的 治 理 工 艺 已 由 原 来 的 隔 油 - 混凝 - 过 滤 技 术 改 变 为 隔 油 - 混 凝 气 浮 - 生 化 - 过 滤技 术 。 气 浮 和 生 化 技 术 的 采 用 已 成 为 近 年 来 先 进 的采 出 水 处 理 工 艺 的 一 种 标 志 。312   采 出 水 治 理 新 设 备 及 新 技 术近 年 来 ,国 外 对 采 出 水 (主 要 是 含 油 污 水 )的 处 理已 开 发 了 一 些 新 的 设 备 ,如 新 型 密 闭 式 浮 选 箱 、 水 力旋 流 器 、 各 种 组 合 式 油 水 分 离 器 等 。 这 些 装 置 的 成 功开 发 ,对 提 高 含 油 废 水 的 处 理 效 果 、 对 改 进 设 备 的 处理 效 能 以 及 实 现 处 理 设 备 功 能 的 一 体 化 都 大 有 裨 益 。(1)净 化 采 出 水 装 置 [7 ]   实 际 上 该 装 置 是 一 种 密闭 式 的 浮 选 箱 。 浮 选 箱 被 分 为 4 个 浮 选 室 ,每 个 浮 选室 都 装 有 一 个 能 使 气 体 分 布 为 100~ 1000μ m 的 气 体布 管 ,经 过 密 闭 浮 选 箱 处 理 的 采 出 水 下 层 为 清 水 ,上层 的 浮 油 收 集 于 储 油 箱 ,浮 选 气 体 采 用 油 田 拌 生 的 天然 气 。 据 称 ,使 用 该 气 浮 装 置 处 理 采 出 水 可 使 其 操作 、 维 护 以 及 相 应 的 化 学 药 剂 费 用 降 低 。(2)浮 选 柱 [8 ]   这 种 浮 选 装 置 采 用 侧 部 布 气 技术 ,可 用 于 分 离 含 油 废 水 中 的 细 小 悬 浮 物 的 油 滴 。 当采 用 并 流 流 动 时 ,废 水 和 气 体 在 浮 选 柱 内 分 别 以01127~ 2154s、 0. 025 4~ 2. 54s 的 流 速 流 动 ,且 水 流 量 为 气 流 量 的 10~ 30 倍 时 可 获 得 理 想 的 采 出水 处 理 效 果 。(3)油 水 混 合 物 分 离 简 易 装 置 [9 ]   它 是 由 油 水 混合 物 进 口 、 折 流 挡 板 、 油 流 出 口 和 净 化 水 出 口 几 部 分组 成 的 ,具 有 结 构 简 单 ,油 水 分 离 速 度 快 等 优 点 ,但 对油 水 密 度 差 异 小 的 含 油 废 水 其 处 理 效 果 不 甚理 想 。    (4)旋 流 分 离 器 [10 ]   该 旋 流 器 能 实 现 油 - 水 相 的 分 离 。 与 除 油 和 除 砂 旋 流 器 相 比 ,三 相 旋 流器 具 有 体 积 小 、 效 率 高 、 投 资 和 操 作 费 用 较 低 等 特 点 ,是 一 种 集 除 油 和 除 砂 为 一 体 的 新 型 分 离 设 备 ,适 于 海上 和 陆 上 油 田 采 出 水 的 处 理 。(5)油 水 分 离 旋 流 器 [11 ]   其 安 装 在 油 田 生 产 井内 ,能 在 井 下 实 现 油 水 的 高 效 分 离 并 将 水 回 注 到 地层 ,当 采 出 水 含 量 达 70 %以 下 时 ,这 种 井 下 安 装 的 同91环   境   工   程2000 年 2 月 第 18 卷 第 1 期步 油 水 分 离 设 备 是 非 常 有 效 的 。(6)蒸 馏 技 术   利 用 水 中 溶 解 的 烃 类 物 质 与 水 的沸 点 差 异 来 处 理 油 田 采 出 水 。 这 种 技 术 的 关 键 是 填料 蒸 馏 塔 。 由 于 许 多 有 机 物 可 与 水 形 成 共 沸 物 ,因 此在 填 料 塔 内 ,沸 点 比 水 低 和 比 水 高 的 有 机 物 均 能 进 入蒸 汽 相 ,且 控 制 蒸 发 水 量 为 进 水 量 的 5 %~ 20 %即 可实 现 油 水 的 高 效 分 离 。高 效 多 功 能 一 体 化 的 油 田 采 出 水 治 理 设 备 已 成为 研 究 热 点 ,新 的 含 油 污 水 处 理 技 术 亦 有 不 少 文 献 报道 。 实 现 油 - 水 、 可 溶 性 有 机 物 - 水 、 悬 浮 物 - 水 之间 的 强 化 传 质 技 术 和 有 机 物 强 化 化 学 转 化 技 术 依 然是 今 后 采 出 水 治 理 研 究 的 重 要 方 向 。4   油 田 采 出 水 处 理 药 剂为 了 处 理 采 出 水 中 的 溶 解 有 机 物 、 油 及 固 体 悬 浮物 ,近 年 来 也 研 制 出 了 一 些 新 的 水 处 理 药 剂 。 有 使 用低 分 子 量 的 有 机 胺 ,特 别 是 季 铵 盐 处 理 采 出 水 中 的 溶解 有 机 物 [12 ] 。 有 利 用 聚 合 物 改 性 搬 土 或 一 些 其 它 有机 粘 土 吸 附 采 出 水 中 的 溶 解 有 机 物 [13 ] 。 此 外 ,近 年来 还 研 制 出 了 多 种 有 机 高 分 子 絮 凝 剂 ,其 中 多 以 丙 烯酰 胺 和 丙 烯 酸 的 二 元 及 三 元 共 聚 物 为 主 ;为 了 处 理 乳化 含 油 废 水 、 稠 油 污 水 ,性 能 优 异 的 破 乳 剂 的 开 发 也已 成 为 水 处 理 药 剂 研 究 的 一 个 方 向 。 生 物 破 乳 剂 、 生物 絮 凝 剂 也 是 一 个 值 得 研 究 的 方 向 。5   问 题 与 建 议目 前 ,国 内 油 田 采 出 水 一 般 采 用 隔 油 - 混 凝 - 过滤 即 所 谓 的 “ 老 三 套 ” 进 行 处 理 ,其 外 排 污 水 的 难 以 达 标 。 根 据 近 年 来 国 外 油 田 采 出 水 处 理技 术 的 发 展 状 况 ,为 了 适 应 日 益 严 格 的 废 水 排 放要 求 ,认 为 将 生 化 法 引 入 采 出 水 的 治 理 流 程 将 是 未来 的 发 展 方 向 。 传 统 的 活 性 污 泥 法 用 于 处 理 油 田采 出 水 应 该 是 一 种 成 熟 的 技 术 ,将 得 到 较 好 的 应用 。 生 物 膜 、 生 物 流 化 床 技 术 将 得 到 进 一 步 完 善 并 可能 应 用 于 这 一 领 域 。 但 由 于 各 油 田 采 出 水 的 性 质 差异 较 大 ,无 机 盐 和 氯 离 子 等 的 含 量 较 高 ,污 水 的 可 生化 性 较 低 ,因 此 ,生 化 技 术 应 用 于 油 田 采 出 水 的 治 理可 能 会 遇 到 新 的 难 题 。 国 内 目 前 尚 未 见 将 生 化 技 术用 于 油 田 采 出 水 治 理 的 工 业 化 报 道 ,应 加 强 这 方 面 的基 础 研 究 。 高 效 多 功 能 一 体 化 采 出 水 治 理 设 备 的 开发 应 予 强 调 和 重 视 。 优 质 的 采 出 水 处 理 药 剂 ,特 别 是稠 油 污 水 的 处 理 药 剂 也 是 国 内 应 该 积 极 开 发 的产 品 。    参 考 文 献1   . B. 8797 ,at 997 ~ 8 997)2   . F. 8799 ,997 ~ 8 997)3   . S et . at 8946 ,at 4~ 17) 995)4   . A et . la in at 9~ 12)J 996)5   . W et . X ,7~ 29 995)6   . W et . at 25~ 27 994)7   . B. in il 543043 (1996)8   . L et . 1997)9   . D. il 1997)10   .J et . A at 9A 25~28 994)11   . il il 4/ 1393012   . R. 1994)13   . H et . at 997 8~ 21 ,997)作 者 简 介   陈 进 富 ,男 ,35 岁 ,工 学 博 士 ,讲 师 ,从 事 水 污 染 及 大 气 污染 治 理 的 教 学 、 科 研 工 作 ,已 发 表 论 文 20 余 篇 。1999 - 02 - 01 收 稿02环   境   工   程2000 年 2 月 第 18 卷 第 1 期 by F i nf u (18)… … … … …… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … in on of in It is to to be to on of N F A/ O O O/ O F F et 21)… … … … … of of ’a of F Y un et 24)… … … … … … … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … of It is by of 8. 2 % 160 L a of a of F O 26)… … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … of is to of of A is to of as as a on of of N Y A N 2000
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