黃斌，王晨，傅程，付思強(qiáng)，黃立凱，張偉森

（1 東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江大慶163318；2 中國石油大慶油田博士后科研工作站，黑龍江大慶163458；3 大慶油田第二采油廠，黑龍江大慶163414）

目前，我國大部分油田都已經(jīng)步入高含水開發(fā)后期，油田采出液中的含水率高達(dá)90%以上。水驅(qū)產(chǎn)量不斷下降，剩余油分布零散，油田開采難度持續(xù)增大，采收率一般為20%～30%。因此，應(yīng)用提高采收率技術(shù)是老油田保證產(chǎn)量穩(wěn)定的必經(jīng)階段[1]。三元復(fù)合驅(qū)（堿-聚合物-表面活性劑）技術(shù)是在表面活性劑-聚合物驅(qū)、堿-聚合物驅(qū)基礎(chǔ)上發(fā)展出的一種大幅度提高采收率的方法，能夠在油田含水率高達(dá)98%的極限開采條件下，再提高采收率20%以上，已經(jīng)成為一種經(jīng)濟(jì)有效的提高原油采收率的方法。

隨著三元復(fù)合驅(qū)采油技術(shù)在油田逐步地工業(yè)化應(yīng)用，三元復(fù)合驅(qū)采出水產(chǎn)量逐年上升，僅大慶油田每年就需要處理約1 億立方米三元復(fù)合驅(qū)采出水。三元復(fù)合驅(qū)采出水水質(zhì)復(fù)雜，除了含有懸浮物、油、溶解鹽、溶解氣、微生物和有機(jī)化合物外，還含有大量的驅(qū)油劑。在堿、聚合物和表面活性劑的協(xié)同作用下，采出水體系乳化嚴(yán)重，油滴粒徑減小，微生物繁殖速度加快[2]，采出水黏度增大，從而提高了采出水?dāng)y帶懸浮物的能力，增大了油滴和懸浮物的浮沉阻力[3]。導(dǎo)致三元復(fù)合驅(qū)采出水的處理難度大于水驅(qū)、普通聚合物驅(qū)采出水，部分常規(guī)的的采出水處理技術(shù)在三元復(fù)合驅(qū)采出水處理中變得無效。油田每年在水處理上花費(fèi)大量成本，水處理效果的好壞關(guān)乎著油田采出水的回注質(zhì)量，也與環(huán)境問題息息相關(guān)。目前，三元復(fù)合驅(qū)采油技術(shù)已成為我國各大油田實(shí)現(xiàn)提高采收率的重要技術(shù)，三元復(fù)合驅(qū)采出水的處理作為應(yīng)用該技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，需要對其性質(zhì)及處理方法進(jìn)行更加深入和全面的研究[4]。

1 三元復(fù)合驅(qū)采出水特點(diǎn)

三元復(fù)合驅(qū)采出水是一種含油、懸浮物、化學(xué)藥劑、細(xì)菌、可溶性鹽類和有機(jī)化合物的多相體系。其中堿通常為無機(jī)堿，如NaOH、Na2CO3、NaSiO3，表面活性劑一般為烷基苯磺酸鈉鹽和石油磺酸鹽，聚合物主要為部分水解的聚丙烯酰胺，因此三元復(fù)合驅(qū)采出水的性質(zhì)區(qū)別于水驅(qū)和普通聚驅(qū)的采出水[5]。三元復(fù)合驅(qū)采出水中殘余化學(xué)藥劑的存在使采出水呈現(xiàn)出礦化度高、黏度大、含油乳化程度高、小油滴含量高的特點(diǎn)，導(dǎo)致油水分離困難，影響正常生產(chǎn)，甚至引發(fā)安全事故，從而嚴(yán)重限制了三元復(fù)合驅(qū)采油技術(shù)的推廣[6]。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 礦化度高

通過跟蹤分析大慶油田三元復(fù)合驅(qū)采出水的水質(zhì)，礦化度為4000～6000mg/L，含有大量的結(jié)垢離子，如Ca2+、Mg2+、等[7]。它們的存在易造成管道、容器結(jié)垢，同時高礦化度還會增加水的導(dǎo)電性，加速管道和地面處理設(shè)備的腐蝕，影響正常生產(chǎn)，給采出水處理造成困難。

1.2 黏度大

以大慶油田為例，隨著油田開采的不斷進(jìn)行，采出水的黏度也在不斷增大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其黏度高達(dá)3.2～5.0MPa·s[8]。三元采出水黏度的增大導(dǎo)致過濾罐在進(jìn)行過濾時容易發(fā)生堵塞，縮短了設(shè)備的使用壽命；而且造成反沖洗頻率增加，濾料使用時間減少，提高了油田的生產(chǎn)成本。

1.3 含油乳化程度高

在驅(qū)油過程中為了使原油乳化，提高驅(qū)油效率，加入了大量的表面活性劑，表面活性劑的加入在提高驅(qū)油效率的同時，也導(dǎo)致三元復(fù)合驅(qū)采出水中的乳狀液體系穩(wěn)定性增加，使采出水中的油滴難以接近和聚并，增大了油水分離的難度[9]。此外，采出水中殘余的原油組分會在回注地層時造成堵塞，外排到環(huán)境中則會污染飲用水資源和地下水資源。

1.4 小油滴含量高

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在大慶油田三元復(fù)合驅(qū)采出水中，油滴的粒徑中值更小，在2.57～4.75μm之間[10]，水相中含有大量分散的小油滴，導(dǎo)致油滴之間難以接近和聚并，采出水體系的穩(wěn)定性增加，從而不利于油水分離[11]。

1.5 油水分離困難

油滴zeta 電位絕對值的高低表征著油滴穩(wěn)定性，經(jīng)測量，大慶油田三元復(fù)合驅(qū)采出水中油滴zeta電位在-66.6～-53.5mV之間，表明油滴表面的負(fù)電密度大，油滴的穩(wěn)定性強(qiáng)，導(dǎo)致油水分離難度的增大。取初始含油量在200～250mg/L 的三元復(fù)合驅(qū)采出水，經(jīng)室內(nèi)靜置沉降8h 后，含油量仍高達(dá)100mg/L 以上[12]，說明采取靜置沉降的方式處理效果較差。

2 三元復(fù)合驅(qū)采出水的油水分離特性

2.1 靜置時間對油水分離的影響

當(dāng)采出水體系中的三元組分含量為零時，采出水靜置1h 后，可降低約80%的含油量，此后含油量降低的速度減慢，到12h后含油量降低的速度非常緩慢[13]。當(dāng)采出水體系中存在三元組分時，隨著三元驅(qū)油劑濃度的增加，采出水中的含油量隨時間推移降低的速度相對比較緩慢。在靜置4h 后，高驅(qū)油劑濃度、中驅(qū)油劑濃度和低驅(qū)油劑濃度下三元采出水中的含油量分別減少25%、40%和45%[14]。說明驅(qū)油劑中三元組分的加入增大了采出水中油水分離的難度，且驅(qū)油劑中三元組分濃度越高，采用靜置法進(jìn)行油水分離的效果越差。

2.2 堿對油水分離的影響

張威等[15-16]選用不同濃度的NaOH 溶液作為堿的類型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，三元采出水中的含油量隨堿濃度的增加先增加再降低，即油滴的穩(wěn)定性隨堿濃度的增加先增強(qiáng)后減弱。說明堿對三元采出水的油水分離過程具有雙重影響，當(dāng)堿濃度較低時，它會與原油中的酸性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成一些表面活性物質(zhì)，新生成的表面活性劑會與體系中原有的表面活性劑一起，使油水界面張力降低，油水分離過程減慢，進(jìn)而增強(qiáng)三元采出水體系的穩(wěn)定性；而當(dāng)堿濃度超過某個值時，原油中的酸性物質(zhì)已經(jīng)被堿中和完，此時過量的堿會起到電解質(zhì)的作用，使油滴表面的負(fù)電荷密度降低，油滴的穩(wěn)定性減弱。同時堿可以壓縮油滴表面的擴(kuò)散雙電層結(jié)構(gòu)，使油滴間作用力減小，從而促進(jìn)了油水分離過程。

圖1 NaOH濃度對三元采出水中含油量的影響

2.3 表面活性劑對油水分離的影響

不同類型的表面活性劑適用于不同的油藏環(huán)境。由于地層巖石表面一般帶有負(fù)電荷，因此在工業(yè)生產(chǎn)中，三元驅(qū)油劑所使用的表面活性劑類型為陰離子型和非離子型，例如在油田現(xiàn)場大規(guī)模應(yīng)用的石油磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽和石油羧酸鹽[17]。上述的三種表面活性劑均滿足當(dāng)三元驅(qū)油劑同時存在時，采出水中的含油量隨著表面活性劑濃度的增加先增加后降低[12]。即表面活性劑對三元采出水的油水分離過程同樣具有雙重影響，因?yàn)楸砻婊钚詣┰诘蜐舛葧r通過極性集團(tuán)伸入水中、非極性集團(tuán)伸入油中的方式吸附在油滴的表面，使油滴的表面性質(zhì)由憎水性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，增加了油滴的聚并難度，油水分離困難[4]；隨著表面活性劑濃度的增加，液相中出現(xiàn)過量的膠束，使油滴間的排液滲透壓力增大，進(jìn)而加快了油滴聚并的速率[12,18]。

2.4 聚合物對油水分離的影響

葉清[19]研究發(fā)現(xiàn)，聚合物對三元采出水油水分離的影響最為顯著。無論是聚合物單獨(dú)存在時，還是與堿、表面活性劑共存時，三元采出水中的含油量均隨聚合物濃度的增加而增加。因?yàn)榫酆衔锟梢酝ㄟ^黏度變化降低流度比，使采出水的黏度增大，從而減慢了油滴的聚并速率，增強(qiáng)了油滴的穩(wěn)定性[20]；同時聚合物分子間會產(chǎn)生空間位阻，不利于油滴的聚并，阻礙了油水分離過程[12]。

2.5 離子強(qiáng)度對油水分離的影響

方洪波[21]的研究表明，三元采出水中的Fe2+、Mg2+、Al3+、和對油水分離過程起到促進(jìn)作用，其中Mg2+對油水分離有著非常顯著的影響，因?yàn)镸g2+可以與表面活性劑反應(yīng)，使其失去表面活性，從而降低了油滴的聚并難度。而Fe3+和Ca2+的存在會增大油水分離的難度，但是影響并不顯著。因?yàn)榻饘匐x子作為一種電解質(zhì)，具有絮凝作用，使大量與油滴表面電荷相反的離子進(jìn)入到采出水體系的吸附層中，削減了油水界面雙電層的厚度，導(dǎo)致油滴的穩(wěn)定性降低，有利于油滴的聚并。

3 三元復(fù)合驅(qū)采出水處理技術(shù)

針對三元復(fù)合驅(qū)采出水水質(zhì)復(fù)雜、油水分離困難和懸浮固體去除困難等問題，國內(nèi)油田主要采用一些常規(guī)的方法有：物理方法，如重力分離法[22]、離心分離法[23]、聚結(jié)分離法[24]和過濾法[25]；化學(xué)方法，如化學(xué)破乳法[26]、化學(xué)轉(zhuǎn)化和中和法[27]；物理化學(xué)方法[15]，如鹽析法、混凝沉淀法和超聲破乳法；生物方法[28]，如活性污泥法、氧化塘法和生物強(qiáng)化法；以及它們之間的組合方法，目前已有很多相關(guān)的綜述報(bào)道。但是傳統(tǒng)方法處理三元復(fù)合驅(qū)采出水存在污染大、成本高、效率低等問題。因此，開展具有無污染、能耗低、效率高及操作簡便等特點(diǎn)的新型三元復(fù)合驅(qū)采出水處理方法成為研究的重點(diǎn)。具有代表性的膜分離法、氣浮選分離法、高級氧化法和微生物法處理三元采出水的研究還沒有系統(tǒng)性的綜述報(bào)道，下文對此進(jìn)行了總結(jié)。

3.1 膜分離法

膜分離法是利用選擇性膜對含油污水進(jìn)行分離和凈化的過程[29]。與傳統(tǒng)處理方法相比，膜分離法具有能耗低、分離效率高、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、處理后水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)[30]，成為目前一項(xiàng)熱門的研究課題。現(xiàn)有4 種膜分離工藝：反滲透、超濾、微濾和納濾[31]。超濾法和微濾法在油田采出水處理中得到了廣泛的應(yīng)用，已有文獻(xiàn)報(bào)道了超濾法[32-33]和微濾法[34-35]對油田采出水的作用機(jī)理和處理效果，以及反滲析法和納濾法在海水淡化領(lǐng)域的應(yīng)用情況[36]。但由于三元復(fù)合驅(qū)采出水體系具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，膜分離法處理三元復(fù)合驅(qū)采出水的文獻(xiàn)報(bào)道較少。目前，已有文獻(xiàn)指出膜分離法可作為三元復(fù)合驅(qū)采出水的預(yù)處理或后處理工藝。Zhang等[37]采用聚四氟乙烯微濾膜對大慶油田三元復(fù)合驅(qū)采出水進(jìn)行預(yù)處理，研究采出水中主要污染物的去除效果。結(jié)果表明，經(jīng)該膜處理后的滲透液中含油量和懸浮物含量分別為1.15mg/L和1.61mg/L，達(dá)到了我國回注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。但是，膜污染問題限制了膜分離法在油田采出水處理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，如果這一問題能夠得到解決，膜分離法將在三元復(fù)合驅(qū)采出水處理中具有良好的應(yīng)用前景。

3.2 氣浮選分離法

氣浮選分離法通過向水中注入空氣產(chǎn)生氣泡，這些高度分散的微小氣泡作為載體可以吸附在油滴和懸浮物上，使其浮力大于重力和上浮阻力，從而使油滴和懸浮物上浮至水面并形成泡沫，最后將泡沫從水面刮除，實(shí)現(xiàn)固液或液液分離的過程[38-39]。氣浮法處理三元復(fù)合驅(qū)采出水的必要條件是：采出水中應(yīng)分布足夠量的微小氣泡；被處理的物質(zhì)呈懸浮狀態(tài)；懸浮物質(zhì)表面呈疏水性，便于與氣泡相吸附而上浮。

圖2 氣浮選分離工藝流程

丁良濤[40]對三元復(fù)合驅(qū)采出水氣浮選工藝進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，工藝流程如圖2所示。通過向反應(yīng)器內(nèi)加入水質(zhì)調(diào)節(jié)劑和復(fù)合絮凝劑，采出水中的含油量和懸浮物含量經(jīng)二級氣浮處理后均低于20mg/L，水質(zhì)效果較好。為了解決三元復(fù)合驅(qū)采出水在高乳化程度下小油滴分離困難的問題，王存英等[41]提出了一種將旋流分離與浮選分離相結(jié)合的雙旋流氣浮工藝，并將其應(yīng)用于三元復(fù)合驅(qū)采出水處理中。采用雙旋流氣浮工藝對三元復(fù)合驅(qū)采出水進(jìn)行了室內(nèi)和現(xiàn)場試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，處理后采出水中的含油量在50mg/L 以下，滿足現(xiàn)場對含油量指標(biāo)的要求。在雙旋流氣浮裝置和溶氣浮選裝置中，采出水中的油滴粒徑中值分別為3.97μm 和7.21μm。這說明雙旋流氣浮工藝對三元復(fù)合驅(qū)采出水中微小油滴的分離具有較好的效果。為了提高氣浮選分離法處理三元復(fù)合驅(qū)采出水的分離效率，王存英等[42]又提出了微波破乳-雙旋流氣浮工藝。試驗(yàn)結(jié)果表明，微波輔助破乳劑破乳的除油率為92.67%，較單一破乳劑破乳、微波輻射破乳的除油率分別提高了5.67%和24.55%。

蔣立民[43]發(fā)明了用于三元復(fù)合驅(qū)采出水處理的二氧化碳溶氣裝置，如圖3所示，水箱中儲存待處理的三元復(fù)合驅(qū)采出水，二氧化碳從罐中釋放經(jīng)進(jìn)氣管與回流管中的回流水在溶氣泵內(nèi)氣液混合，然后經(jīng)出水管上的溶氣釋放器通入三元復(fù)合驅(qū)采出水中進(jìn)行二氧化碳?xì)飧√幚?，三元?fù)合驅(qū)采出水中的乳化油和懸浮物在二氧化碳?xì)馀莸奈阶饔孟卤粠е烈好娌⑶宄?，從而達(dá)到分離采出水中乳化油和懸浮物的目的。經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證，應(yīng)用該發(fā)明處理三元復(fù)合驅(qū)采出水20min，乳化油的去除率能夠達(dá)到75%～85%，懸浮物的去除率能夠達(dá)到25%～35%。董興[44]對溶氣浮選裝置的噴射器和收油槽等相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，用于渤中25-1 油田污水處理站三元復(fù)合驅(qū)采出水的處理。結(jié)果表明，經(jīng)改造升級后的設(shè)備與現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)相適應(yīng)，采出水經(jīng)處理后含油量低于10mg/L，懸浮物含量低于5mg/L。

3.3 高級氧化法

圖3 二氧化碳溶氣裝置結(jié)構(gòu)示意圖

高級氧化法是指在水處理過程中產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基，自由基會與水體中的有機(jī)物進(jìn)行反應(yīng)，將其中的大分子難降解有機(jī)物氧化成低毒或者無毒的小分子物質(zhì)，甚至直接降解成為CO2和H2O，實(shí)現(xiàn)接近無害化的一種處理技術(shù)。高級氧化法[45-46]主要包括Fenton 試劑氧化法、O3氧化法、光催化氧化法及超聲氧化法。各種高級氧化法處理三元復(fù)合驅(qū)采出水的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 不同高級氧化法處理三元復(fù)合驅(qū)采出水的對比

其中，賈新[47]采用Fenton試劑氧化法對大慶油田杏十聯(lián)合站、北十三站、北3-6站產(chǎn)出的三元復(fù)合驅(qū)采出水進(jìn)行了處理，三元采出水經(jīng)處理后含油量均去除了96%以上，黏度降低至2mPa·s 以下，聚合物濃度下降了85%～92%，化學(xué)需氧量降解率均在95%以上，說明Fenton 試劑的強(qiáng)氧化性可以將聚合物很好地氧化降解。雖然Fenton試劑氧化法處理后的三元采出水水質(zhì)好且所需處理時間很短，通常20min 反應(yīng)就基本完成，但反應(yīng)過程十分劇烈，在反應(yīng)結(jié)束后采出水中沉積大量磚色沉淀，給后續(xù)處理設(shè)備增大了難度。

張雷[48]研究了O3氧化超聲強(qiáng)化組合工藝對三元復(fù)合驅(qū)采油污水的處理，在臭氧投加量7.5mg/L、超聲聲強(qiáng)設(shè)定1.6W/cm、作用時間為15min 的條件下，能夠?qū)F(xiàn)場三元采出水中的含油量和懸浮物含量均降低至10mg/L 以下，滿足國內(nèi)油田注水水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)場在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)三元采出水在進(jìn)入O3氧化超聲強(qiáng)化反應(yīng)裝置前的含油量低于100mg/L時，處理效果最佳。因?yàn)镺3氧化超聲強(qiáng)化組合工藝可以產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，超聲強(qiáng)化了O3在水體中傳質(zhì)，提高了O3的利用率，有利于油滴的聚結(jié)和高分子物質(zhì)的降解，解決了O3和超聲單獨(dú)使用時能耗過高的問題。

王越[49]研究發(fā)現(xiàn)在納米二氧化鈦光催化劑中摻入金屬元素鎢，能夠提高其對三元采出水中聚合物和表面活性劑的降解率，分別達(dá)到了74.32%和78.83%，有效降低了采出水的黏度。同時光照時間對光催化劑的影響顯著，在光照時間為120min、光源距離為10cm 時，處理效果最佳，能夠應(yīng)用于現(xiàn)場三元復(fù)合驅(qū)采出水的處理。

夏福軍等[50]在現(xiàn)場傳統(tǒng)三元復(fù)合驅(qū)采出水處理工藝“沉降-過濾”前，加入超聲波輔助處理，發(fā)現(xiàn)超聲波能夠加速三元復(fù)合驅(qū)含油污水中油滴的聚并，提高含油量的去除率。當(dāng)超聲波功率為600W、沉降時間為18min 時，含油量的去除率比不增加超聲波輔助處理時提高了17.9%，說明超聲波對三元采出水的處理起到了明顯的改善作用。

3.4 微生物法

微生物法通過向采出水體系中有針對性地加入具有降解功能的生物菌群，并采取一定的措施為微生物的生長和繁殖創(chuàng)造環(huán)境，使微生物大量增殖，利用微生物的氧化來分解有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)對含油污水分離分層的目的[51]。微生物法處理三元復(fù)合驅(qū)采出水是近年來水處理技術(shù)發(fā)展綠色化高效化的一個重要方向。與傳統(tǒng)的物理、化學(xué)方法相比，微生物法效率高、工藝簡單、操作方便、水質(zhì)穩(wěn)定、不需加藥、沒有二次污染、經(jīng)濟(jì)性好、安全環(huán)保，因此得到了廣泛的應(yīng)用[52]。微生物法處理三元復(fù)合驅(qū)采出水的主要原理包括活性破乳、生物降解和表面吸附[53]。目前用于油田采出水處理的微生物方法主要有：微生物燃料電池[54]、生物接觸氧化[55]、序批式反應(yīng)器[56]、曝氣生物濾池[57]、生物膜反應(yīng)器[58]、活性污泥反應(yīng)器[59]。雖然這些方法在水驅(qū)采出水和聚驅(qū)采出水的處理上取得了較好的效果，但由于三元復(fù)合驅(qū)采出水化學(xué)藥劑含量高、乳化性強(qiáng)，導(dǎo)致這些方法的處理效果較差。針對這一問題，研究人員和油田工作者提出了其他微生物法來處理三元復(fù)合驅(qū)采出水。

3.4.1 厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）生物處理工藝

為了除去油田三元復(fù)合驅(qū)采出水中的原油、懸浮物和化學(xué)藥劑，劉長莉等[60]采用ABR生物法對采出水進(jìn)行處理，在驅(qū)油菌群被反應(yīng)器穩(wěn)定馴化的60天內(nèi)，水力停留時間由開始時的72h逐步縮短至24h，表明ABR 生物反應(yīng)器的凈化能力逐漸提高，整體運(yùn)行狀態(tài)逐漸進(jìn)入高效穩(wěn)定的階段。結(jié)果表明，在高效穩(wěn)定運(yùn)行階段，三元復(fù)合驅(qū)采出水經(jīng)此工藝處理24h 后，含油量下降至5mg/L 以下，去除率達(dá)到99.80%；懸浮物含量下降至3.33mg/L，去除率達(dá)到94.40%； 總堿度由4000mg/L 降至3360mg/L 以下，去除率約為16%；表面活性劑含量由20mg/L 降至10mg/L 以下，去除率約為50%；聚合物含量由700mg/L 降至650mg/L，去除率約為7%，黏度降低了20%。處理后的水質(zhì)有明顯的改善，原水中大部分污染物質(zhì)被直接降解或者分解轉(zhuǎn)化為小分子結(jié)構(gòu)物質(zhì)，能夠滿足油田污水回注的基本標(biāo)準(zhǔn)[61]。

3.4.2 混凝-酵母菌生物膜聯(lián)合工藝

針對油田三元復(fù)合驅(qū)采出水的處理和回注問題，高芳等[62]進(jìn)行了混凝預(yù)處理與特種產(chǎn)酸酵母菌生物膜聯(lián)合工藝處理三元復(fù)合驅(qū)采出水的室內(nèi)試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，采出水經(jīng)過混凝預(yù)處理和酵母菌生物膜處理后，原水中的化學(xué)需氧量、懸浮物含量、含油量從最初的1850mg/L、256mg/L、131mg/L下 降 至 280mg/L、 36mg/L、 2mg/L， 黏 度 從5.10MPa·s 降至1.05MPa·s。再經(jīng)過砂濾和超濾裝置深度處理后，采出水體系粒徑中值從105.25μm降至0.1μm 以下，含油量低于0.5mg/L，懸浮物含量低于1.0mg/L，能夠滿足碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)SYT 5329—2012。

3.4.3 厭氧/好氧（A/O）生物處理工藝

A/O工藝分為兩個階段：在厭氧工藝階段，大分子有機(jī)物經(jīng)微生物水解酸化降解或分解為小分子有機(jī)物；在好氧工藝階段，有機(jī)物或無機(jī)化合物被氧化成無污染物質(zhì)，從而達(dá)到有效處理三元復(fù)合驅(qū)采出水的目的[63]。潘春波等[64]采用A/O 工藝處理三元復(fù)合驅(qū)采出水，發(fā)現(xiàn)填料的選擇非常重要。填料作為微生物富集的載體，會影響微生物的生長、繁殖和脫落，直接影響到水質(zhì)的凈化效果。為此，又研究了反應(yīng)器用彈性填料、竹炭、黑塑料、黑色聚氯乙烯、活性炭、白色聚氯乙烯、組合填料、刺球等為生物填料對三元復(fù)合驅(qū)采出水的處理。結(jié)果表明，刺球和聚氯乙烯用于好氧生物填料的反應(yīng)器對三元采出水的處理效果優(yōu)于其他填料的生物反應(yīng)器處理效果。彈性填料用于厭氧生物填料的反應(yīng)器處理三元采出水的效果也很理想。從整體上看，通過生物去除三元采出水中的原油和表面活性劑效果較好，對黏度的降解較為理想。但對于堿度和聚合物的去除效果一般，去除率有待提高。上述各種微生物法處理三元復(fù)合驅(qū)采出水的優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示。

表2 不同微生物法處理三元復(fù)合驅(qū)采出水的對比

4 大慶油田三元復(fù)合驅(qū)采出水處理工藝

夏福軍等[50]指出三元復(fù)合驅(qū)采出水處理工藝已從“化學(xué)方法為主，物理方法為輔”的傳統(tǒng)處理階段發(fā)展到以“物理方法為主，化學(xué)方法為輔”的創(chuàng)新處理階段。從2012 年開始，大慶油田新建的三元采出水處理站主體工藝采用一級曝氣氣浮沉降罐→二級曝氣氣浮沉降罐→一級石英砂-磁鐵礦雙層濾料過濾罐→二級石英砂-磁鐵礦雙層濾料過濾罐的四段處理工藝。該工藝既可以實(shí)現(xiàn)序批式沉降處理，又可以實(shí)現(xiàn)兩級連續(xù)流沉降處理。其中，古文革等[65]將篩選出的海綠石濾料與石英砂進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)其過濾效率提高20%以上，再生后濾料表面殘余含油量比石英砂低40%，證明海綠石濾料可替代石英砂濾料，并與磁鐵礦濾料組合成雙濾料過濾罐，應(yīng)用于二級過濾階段。陳忠喜等[66]報(bào)道了一種可以在濾罐內(nèi)將混凝和過濾同時完成的新型接觸式絮凝過濾工藝，可以顯著降低采出水油和懸浮固體的含量，并且將濾前加藥量降至原來混凝沉降罐加藥量的1/3左右，使過濾罐的過濾效果得到改善。

大慶油田中106三元污水站采用上述四段處理工藝開展了礦場試驗(yàn)，整個試驗(yàn)階段均處于三元采出水產(chǎn)出高峰期，采出水膠體分散系穩(wěn)定，油滴聚并困難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采出水經(jīng)處理后含油量平均濃度由121mg/L 降至11.8mg/L，含油量全流程整體去除率達(dá)到90.2%，其中沉降段除油貢獻(xiàn)率為61.4%，過濾段貢獻(xiàn)率為28.8%，處理后外輸水含油量的達(dá)標(biāo)率為100%；懸浮固體平均濃度由76.8mg/L 降至20.6mg/L，懸浮固體全流程整體去除率達(dá)到73.2%，其中沉降段除懸浮固體貢獻(xiàn)率為35.3%，過濾段貢獻(xiàn)率為37.9%，處理后外輸水懸浮固體的達(dá)標(biāo)率為76.9%，取得了較好的運(yùn)行效果[65]。大慶油田三元復(fù)合驅(qū)采出水處理各段工藝的對比如表3所示。

表3 大慶油田三元復(fù)合驅(qū)采出水處理各段工藝優(yōu)缺點(diǎn)

此外，大慶油田杏十聯(lián)三元復(fù)合驅(qū)采出水站采用微生物深度處理工藝進(jìn)行了試驗(yàn)，各單元工藝設(shè)計(jì)參數(shù)見表4。根據(jù)表4 中檢測到的水質(zhì)數(shù)據(jù)可以得出，三元采出水經(jīng)該工藝處理后，含油量由濃度1761～2810mg/L 下降至5.2～11.9mg/L，懸浮物濃度由67.5～176mg/L 下降至13～17.8mg/L[53]。應(yīng)用該工藝處理三元采出水除油、除懸浮效果顯著，出水水質(zhì)得到了明顯的提高。

表4 氣浮、生化、氧化單元工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

5 結(jié)語與展望

相比于傳統(tǒng)三元復(fù)合驅(qū)采出水處理技術(shù)普遍存在的運(yùn)行成本高、易污染環(huán)境、適應(yīng)性差等問題，新型三元復(fù)合驅(qū)采出水處理技術(shù)具有成本低、效率高、污染少、操作簡便等優(yōu)勢，可應(yīng)用于三元復(fù)合驅(qū)采出水處理的現(xiàn)場實(shí)踐中。

文中所述的三元復(fù)合驅(qū)采出水處理方法均可有效提高含油量和懸浮物含量的去除率，充分改善采出水水質(zhì)，使其達(dá)到回注及外排標(biāo)準(zhǔn)。但其所用到的設(shè)備普遍存在占地面積大、運(yùn)行費(fèi)用高等特點(diǎn)，在方法選擇上應(yīng)綜合進(jìn)行考量。

針對今后三元復(fù)合驅(qū)采出水處理技術(shù)的研究工作，提出以下三點(diǎn)展望。

（1）三元復(fù)合驅(qū)采出水處理的關(guān)鍵問題是使其中的含油量和懸浮物含量達(dá)到外排或回注要求，而針對懸浮物方面的相關(guān)處理技術(shù)研究較少，今后應(yīng)加大該方向的研究力度。

（2）使用單一的方法處理三元復(fù)合驅(qū)采出水效率較低，應(yīng)加大組合式處理方法的研究力度，加強(qiáng)物理方法與化學(xué)、生物等方法的結(jié)合，并配套相關(guān)礦場試驗(yàn)，尋找出能大規(guī)模推廣的油田三元復(fù)合驅(qū)采出水處理技術(shù)。

（3）在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)加大“綠色、經(jīng)濟(jì)、高效”三元復(fù)合驅(qū)采出水處理技術(shù)工藝的研究力度，提高對含油量和懸浮固體的去除效率，降低處理成本。加強(qiáng)菌群的培養(yǎng)和篩選，找出能降解有機(jī)物和化學(xué)藥劑的微生物。此外，化學(xué)藥劑對三元復(fù)合驅(qū)采出水的微觀作用機(jī)理有待進(jìn)一步研究。