袁鵬

新疆油田公司工程技術研究院

新疆油田A作業(yè)區(qū)超稠油采出水水型為NaHCO3，含油質量濃度為 15 000～40 000 mg/L，礦化度為2 162～5 682 mg/L，SiO2質量濃度為300 mg/L左右，溫度在65～90℃之間[1-3]，具有高含油、高礦化度、高含硅的水質特點。目前，新疆油田A作業(yè)區(qū)已采用超稠油采出水深度凈化處理技術[4]，很大程度上改善了水質，基本滿足了過熱注汽鍋爐給水的水質要求，減少了廢水外排，節(jié)約了大量清水資源，實現(xiàn)了污水資源再利用的目的。

新疆油田A作業(yè)區(qū)某聯(lián)合站除硅工藝投運以來，超稠油采出水化學除硅效果顯著，然而存在系統(tǒng)設備與工藝的適應性問題[5]，反應罐出水中SiO2濃度為90 mg/L左右，沒有滿足SY 5854—2012《油田專用濕蒸汽發(fā)生器安全規(guī)范》和SY 0027—1994《稠油集輸及注蒸汽系統(tǒng)設計規(guī)范》中鍋爐給水水質指標中SiO2≤50 mg/L的要求，從而導致注汽管網結垢[6-7]（圖1）；因此在水處理流程中開展凈水除硅一體化技術研究來降低SiO2的含量。

圖1 結垢管線除硅圖Fig.1 Desiliconization of scaling pipeline

1 油田除硅技術現(xiàn)狀

新疆油田A作業(yè)區(qū)某聯(lián)合站在超稠油采出水除硅方面建立了一套化學除硅系統(tǒng)，調儲罐出水（含油25 mg/L左右、懸浮物為30 mg/L、SiO2為300 mg/L左右）經反應提升泵提升至除硅反應器（420 m3/h），與除硅藥劑（1#除硅劑和2#除硅劑的加藥質量濃度分別為240 mg/L和220 mg/L）反應后利用余壓進入污水凈化系統(tǒng)（含油為5～6 mg/L、懸浮物為9～26 mg/L、SiO2為90～100 mg/L），除硅反應器的排泥匯集至站區(qū)已建排泥管線，再輸至污泥沉降池處理。其除硅工藝流程見圖2。

圖2 超稠油采出水除硅-凈化工藝流程Fig.2 Silicon removal and purification process flow of super heavy oil produced water

該超稠油采出水除硅-凈化工藝只能將SiO2濃度從300 mg/L左右降到90 mg/L左右（圖3）。由于除硅效果不佳，導致注汽管線中結垢且堵塞管線，嚴重影響油田正常生產。

圖3 除硅系統(tǒng)進出口SiO2含量Fig.3 SiO2content at the inlet and the outlet of silicon removal system

2 凈水除硅一體化

2.1 試驗方案

新疆油田A作業(yè)區(qū)管線結垢成分分析見表1，由表1可知垢物主要成分為硅酸鈉（93.72%），需在水處理流程中對超稠油采出水除硅工藝進行改進。目前除硅工藝主要為物理法和化學法，物理法是利用電、磁、聲等物理場來實現(xiàn)防垢和除垢，而化學法主要包括離子交換、化學加藥或階段性酸洗等[8]。由于污水凈化反應罐pH值變化波動大，導致凈水藥劑配方和加藥濃度調整頻繁。一方面使污水凈化單元污泥量較除硅工藝投產前有了大幅度增加，導致污泥處理系統(tǒng)回收水量增加，加大了污水凈化處理的難度；另一方面使鍋爐注汽管網產生結垢，影響注汽管網的安全性，導致管網使用壽命大幅降低。因此，在原有除硅工藝系統(tǒng)的基礎上提出了凈水除硅一體化技術，將除硅單元和凈化單元合二為一，可充分發(fā)揮除硅藥劑和凈水藥劑的作用效果；并探究新型的復配型凈水藥劑，從而降低污水除硅凈化處理成本，提高除硅率。

在化學除硅試驗中提出了兩種方案，方案一是凈水除硅一體化技術，方案二是凈化-除硅技術。通過兩種化學除硅試驗方案的結果對比，最終確定除硅方案。通過對新疆油田A作業(yè)區(qū)某聯(lián)合站調儲罐前期除硅工藝的研究，確定了試驗藥劑：除硅劑CG-1、除硅劑CG-2、混凝劑SDJ-E1和助凝劑SDJ-E3，在采出水pH=5～6時，通過鋁鹽脫硅可實現(xiàn)混凝而除去懸浮物，也可有效降低水質的硬度。

表1 管線結垢成分分析Tab.1 Analysis of pipeline scaling components 質量分數(shù)%

方案一：在原有新疆油田A作業(yè)區(qū)凈化-除硅的除硅工藝基礎上，將凈化和除硅單元合二為一，除硅反應器（直徑3.0 m，高13.5 m）利用重力和混凝沉降工藝可以充分發(fā)揮除硅藥劑和凈水藥劑的作用效果，縮短反應時間至27 min，實現(xiàn)凈水除硅一體化，其工藝流程見圖4。試驗藥劑為除硅劑CG-1、除硅劑CG-2和助凝劑SDJ-E3。

圖4 凈水除硅一體化工藝流程Fig.4 Integrated process flow chart of water purification and silicon removal

方案二：凈化-除硅工藝需在新疆油田A作業(yè)區(qū)現(xiàn)有的除硅系統(tǒng)基礎上改造管線和新建混凝沉降罐，其工藝流程見圖5。試驗藥劑為：混凝劑SDJE1、助凝劑SDJ-E3、除硅劑CG-1和除硅劑CG-2。

圖5 凈化-除硅工藝流程Fig.5 Purification-desilication process

2.2 試驗結果

每一組試驗除硅時間均為60 min。方案一凈水除硅一體化工藝的試驗結果見表2，方案二凈化-除硅工藝的試驗結果見表3。

通過加入不同濃度的除硅劑CG-1和CG-2，可知其加藥濃度均≥400 mg/L時，60 min后除硅效果顯著，均滿足標準SY 5854—2012和SY 0027—1994的要求（SiO2≤50 mg/L）。

表2 凈水除硅一體化試驗結果Tab.2 Integrated experimental results of water purification and silicon removal mg/L

表3 凈化-除硅試驗結果Tab.3 Experimental results of water purification and silicon removal mg/L

試驗結果顯示，方案一凈水除硅一體化工藝具有極好的除硅凈化效果，除硅時間為60 min，除硅率為87.9%（除硅劑加藥濃度為400 mg/L，SiO2＜50 mg/L），在除硅過程中形成的絮體密實，大幅度增加了污泥的排量，不僅達到了除硅的效果還吸附了大量的固體顆粒，藥劑成本為3.73元/m3；方案二凈化-除硅工藝也具有極好的除硅凈化效果，除硅時間為60 min，除硅率為89.3%（除硅劑加藥濃度為400 mg/L，SiO2＜50 mg/L），但其工藝相對凈水除硅一體化工藝流程長、改造成本大，藥劑成本為5.17元/m3，藥劑成本高出方案一凈水除硅一體化1.44元/m3。綜上所述，在保證除硅效果滿足注汽鍋爐水質SiO2≤50 mg/L的要求下，方案一凈水除硅一體化工程投資小且藥劑成本底。

2.3 優(yōu)化措施

根據(jù)新疆油田A作業(yè)區(qū)除硅現(xiàn)狀，可采取凈水除硅一體化工藝。為了使除硅藥劑進一步充分地反應并延長除硅時間，可將除硅劑加藥點前移至調儲罐進口或在除硅反應器出口建造一個緩沖單元。為了精細化控制硅含量，還可對凈水除硅一體化系統(tǒng)進行分段加藥，其分段加藥試驗結果見表4。

表4 凈水除硅一體化分段加藥試驗結果Tab.5 Experimental results of integrated water purification and silicon removal with stage agent addition mg/L

試驗結果顯示，通過分段除硅，除硅劑CG-1和CG-2的總加藥濃度分別為400 mg/L時，其除硅效果顯著，60 min時的除硅率為88.2%，其除硅效果見圖6。因此針對不同水質或不同處理標準來控制除硅劑的加藥濃度可實現(xiàn)相應的除硅目的。

圖6 除硅凈化效果Fig.6 Purification effect of silicon removal

試驗結果顯示，凈水除硅一體化分段加藥除硅凈化效果良好，水質透徹，形成的絮體密實，在污泥排量方面具有很強的優(yōu)勢，可避免出現(xiàn)注汽管線結垢問題。

3 結論

（1）采用凈水除硅一體化工藝并選用除硅劑CG-1、除硅劑CG-2和助凝劑SDJ-E3處理新疆油田A作業(yè)區(qū)稠油污水，在60 min時除硅效果最佳，可滿足標準SY 5854—2012和SY 0027—2014的要求（SiO2≤50 mg/L）。

（2）在凈水除硅一體化工藝中通過分段調整加藥濃度可有效除硅并凈化水質，產出水pH值約為8，除硅劑CG-1可加在大罐或池子內，解決了管線結垢問題。