楊榮國，龐 波，王 維

（延長油田股份有限公司 七里村采油廠，陜西 延安717208）

延長油田地處我國陜北地區(qū)，屬于典型半干旱氣候，地理位置獨特，環(huán)保要求高，開發(fā)歷程較長。油藏特征上延長油田與長慶油田接壤，且存在交叉和互通層位，為典型的超低滲透油田。由于油田已經(jīng)進(jìn)入三采階段，其采油污水化學(xué)劑、礦化度、懸浮物、硫化物以及油污、細(xì)菌等含量高，地面流程及其井筒中經(jīng)常發(fā)生砂卡、腐蝕和結(jié)垢等問題?；诨瘜W(xué)工程研究機(jī)理和前期現(xiàn)場數(shù)據(jù)可知，酸性環(huán)境下的高細(xì)菌作用會在二價硫和二價鐵供應(yīng)充分時發(fā)生大面積腐蝕作用。而堿性環(huán)境下的和Ca2+、Mg2+作用會誘發(fā)直接或者間接的結(jié)構(gòu)[1]。所以需要絮凝沉降和pH值控制等多重手段進(jìn)行大顆粒去除以及懸浮油、懸浮微生物的控制。

本文基于筆者多年工作經(jīng)驗，以延長油田某集輸站采油污水處理為實踐研究環(huán)節(jié)，參照相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開展實驗研究。對整體處理流程下的防腐、阻垢、殺菌、絮凝一條龍解決方案進(jìn)行評估，提出pH設(shè)定、化學(xué)氧化優(yōu)化、絮凝沉降部署等方面的改進(jìn)意見，將污水中的成垢離子、腐蝕離子、細(xì)菌（SRB，TGB）、懸浮性固體顆粒、懸浮油進(jìn)行不同角度的最大限度轉(zhuǎn)化去除，從而解決陜北干旱地區(qū)水資源環(huán)境問題，為油氣田開發(fā)提供環(huán)保性解決意見。

1 實驗預(yù)設(shè)

依據(jù)延長油田某集輸站采油污水處理為實踐運行環(huán)節(jié)是否可靠原則預(yù)設(shè)實驗。準(zhǔn)備一定數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)乙醇、石油醚、丙酮等為分析純試劑。進(jìn)行集輸站現(xiàn)場實際使用污水處理藥劑收集（NaOH、NaClO、聚合氯化鋁、陰離子聚丙烯酸胺）。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實驗臺架預(yù)設(shè)，至少不少于如下儀器：菌注射器，細(xì)菌培養(yǎng)箱，分析天平，微量加藥器，UNIC-2100 紫外分光光度計，211 型pH 計，電動控速攪拌器，恒溫箱，SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵及配套的玻璃砂芯過濾裝置，砂濾裝置等[2]。

實驗方法方面，嚴(yán)格依據(jù)SY/T5329-1994 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水中懸浮物含量、含油量、細(xì)菌等規(guī)定綜合參數(shù)測定；依據(jù)SY/T0026-1999 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行（靜態(tài)掛片法）進(jìn)行規(guī)定數(shù)據(jù)量的腐蝕速率測定；根據(jù)現(xiàn)有實際設(shè)備選用SY/T5523-2006 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水中離子含量分析；通用依據(jù)現(xiàn)有條件選用SY/T5796-1993 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行絮凝劑評定[3,4]。

實驗用測定污水均取自延長油田所研某集輸站自然沉淀后的污水，取水點為除油罐出口，并進(jìn)行多組次分批次取樣[5]。

2 污水實驗及工藝流程研究

2.1 水質(zhì)分析

表1 絮凝處理前綜合測定水質(zhì)結(jié)果Tab.1 Comprehensive determination of water quality before flocculation treatment

依據(jù)以上實驗預(yù)設(shè)和污水取樣表觀分析得出水質(zhì)基本狀況和相關(guān)波動規(guī)律，具體測定情況見表1。

依據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)得出，該區(qū)塊污水為典型CaCl2型水，由于pH 值處于6.2～6.6 之間顯酸性，因此S2-在高含量下（最大達(dá)9.68mg·L-1）會產(chǎn)生互繞型腐蝕干擾。進(jìn)一步查看結(jié)果Ca2+含量最高達(dá)2805.61mg·L-1，且在高細(xì)菌含量下會產(chǎn)生腐蝕和結(jié)垢的雙重成因，實驗結(jié)果得出的最高0.105mm·a-1腐蝕速率（高于0.076mm·a-1）也足以證明該觀點的正確性。在此可得結(jié)垢量最高達(dá)到了45mg·L-1，相對較高。其他參數(shù)，例如懸浮物、油含量等參數(shù)較為恒定，可以判定來水水質(zhì)較好[6]。綜上所述，在經(jīng)濟(jì)性和設(shè)備穩(wěn)定性綜合考量下需要首先對pH 值、化學(xué)氧化作用、絮凝沉降等方面的可測物理量進(jìn)行優(yōu)先調(diào)節(jié)，確保腐蝕與結(jié)垢的有效防治。

2.2 污水處理流程

所研污水處理設(shè)施投運時間較早，后續(xù)經(jīng)過多次大修甚至整體改造，基于最新環(huán)保要求在經(jīng)濟(jì)性、能耗分析達(dá)標(biāo)的前提下，其中最近一次是2010 年進(jìn)行了電化學(xué)離子穩(wěn)定設(shè)備及其相關(guān)附屬工藝流程的優(yōu)化升級，但是因為運行和水質(zhì)不穩(wěn)定等綜合原因最終導(dǎo)致改造后效果不佳，設(shè)備平穩(wěn)率低[7]?，F(xiàn)展示部分工藝流程圖（圖1）。

圖1 污水系統(tǒng)改造后系統(tǒng)流程Fig.1 System flow after sewage system transformation

具體流程 初水進(jìn)入大罐進(jìn)行分離沉積，而后上部污水經(jīng)過過濾口進(jìn)入污水池進(jìn)一步沉降和靜置。一部分在運用動力泵進(jìn)行提升加壓至污水罐，隨后限流泵入電化學(xué)氧化預(yù)處理裝置，待系統(tǒng)運行穩(wěn)定，并根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)參數(shù)決定藥劑投加量，在經(jīng)濟(jì)性最佳的前提下將處理反應(yīng)后污水泵入旋流分離器，進(jìn)行下一步脫除。待出水平穩(wěn)進(jìn)入緩沖罐后進(jìn)行不同篩網(wǎng)下的精細(xì)過濾最終通過注水井高壓回注[8]。在此對不同環(huán)節(jié)水質(zhì)進(jìn)行分析（表2）。

表2 系統(tǒng)流程水質(zhì)分析報告（mg·L-1）Tab.2 System process water quality analysis report

根據(jù)系統(tǒng)流程水質(zhì)分析報告綜合判定數(shù)據(jù)，進(jìn)行分段流程的節(jié)點分析?？梢钥闯觯海?）由于多級沉降會產(chǎn)生不同程度的污泥，而這些污泥因為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和設(shè)備設(shè)施有限的原因不能及時排出。以至于污泥循環(huán)處理工藝中污染后端填料、堵塞過濾器，并且導(dǎo)致相應(yīng)罐體應(yīng)力變化，管線結(jié)垢嚴(yán)重，流道變小，影響系統(tǒng)整體循環(huán)效率。（2）根據(jù)不同取樣點的含油量可測物理量，相關(guān)污水處理系統(tǒng)的污油回收裝置效率較低，甚至誘發(fā)運行不穩(wěn)定。根據(jù)設(shè)備現(xiàn)場拆解已經(jīng)檢修報告記錄，就有旋流分離器及雙濾料過濾器中的濾料污染板結(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重的報告，而平時的系統(tǒng)運行壓力上升幅度很快，存在開旁通運行現(xiàn)象，嚴(yán)重影響水質(zhì)處理效果。甚至誘發(fā)系統(tǒng)停運?；谄渌麛?shù)據(jù)可知，相應(yīng)可測物理量能反映整體設(shè)備流程運行過程，下步可以采用數(shù)學(xué)建模運用帕累托最優(yōu)以及遺傳算法的方式進(jìn)行多目標(biāo)分解與優(yōu)化，挖掘數(shù)據(jù)信息以更好分析污水處理設(shè)備設(shè)施問題，方便檢修開展和下步改進(jìn)。

2.3 污水處理工藝優(yōu)化

2.3.1 pH 值優(yōu)選 經(jīng)以上實驗分析可以定性研究污水為酸性，且pH 值維持在6.2～6.6 需要首先規(guī)避TGB、SRB 等細(xì)菌的大規(guī)模繁殖，防止微生物誘發(fā)的腐蝕。選用較為經(jīng)濟(jì)的NaOH 作為水質(zhì)優(yōu)化中和藥劑，進(jìn)行pH 值的調(diào)節(jié)，進(jìn)行適當(dāng)投加將pH 值穩(wěn)定至7.0～8.0 之間，并且密切關(guān)注并稱重懸浮絮體量，注意相關(guān)離子及其不同干擾條件下的液體沉降速度。確保懸浮物沉降時間在30min 下穩(wěn)定成透光率較好的上清液。根據(jù)多重實驗可知當(dāng)pH 值調(diào)節(jié)在7.0 時相應(yīng)觀測到的懸浮小絮體量較少，綜合沉降速度較慢，但是隨著pH 值的不斷上升懸浮小絮體量會隨之增加，并最終引起較快的沉降速度；如果pH值達(dá)到8.0，效果達(dá)到最佳，觀測到的上層液透光率可以達(dá)到95.0%。機(jī)理分析認(rèn)為：該種現(xiàn)象為pH 值上升導(dǎo)致的綜合絮體含量增多，所述相關(guān)絮體所包裹的懸浮物和油分相應(yīng)增大，以至于污水中殘留的不同種類的懸浮物和油分含量最終減少到一定值，因此，透光率逐漸增加。不過該種情況是有限度的，也就是pH 值在該點時為多維誤差最佳點，如若擅自提高pH 值則會導(dǎo)致結(jié)垢的發(fā)生，并且誘發(fā)大規(guī)模污泥的產(chǎn)生，在此推薦pH 值最佳控制點為7.5。

2.3.2 氧化劑的優(yōu)選 所研污水中二價硫離子及其相關(guān)腐蝕產(chǎn)物含量高達(dá)9.68mg·L-1，相對現(xiàn)有規(guī)定的回注水指標(biāo)2mg·L-1嚴(yán)重超標(biāo)。最終會誘發(fā)例如硫酸鹽還原菌（SRB）等為代表的細(xì)菌含量陡升，且相應(yīng)的腐生菌（TGB）含量測定結(jié)果就達(dá)到105個·mL－1，也相對規(guī)定值超標(biāo)過多。如若不加以控制還會誘發(fā)其他延伸性問題，最終影響污水色度，產(chǎn)生強腐蝕性要因。所以需要運用化學(xué)方法進(jìn)行氧化殺菌、除硫等方式，確保高含量的二價硫完全被轉(zhuǎn)換成硫單質(zhì)并最終沉淀性去除，保證系統(tǒng)平穩(wěn)率和其他藥劑反應(yīng)合規(guī)。在細(xì)菌破除環(huán)節(jié)，需要將一定結(jié)構(gòu)和數(shù)量的活性基團(tuán)進(jìn)行有效殺滅，并且阻礙細(xì)菌存活所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，抑制蛋白質(zhì)生長。實驗選取反應(yīng)較為迅速且持久性較好的H2O2以及NaClO 為強氧化劑，將其最優(yōu)投加量優(yōu)化至5～15mg·L-1，根據(jù)現(xiàn)場實際可以進(jìn)行有限微調(diào)。最終將pH 值調(diào)整至7.5。根據(jù)室內(nèi)實驗數(shù)據(jù)結(jié)果可知，分別在污水中依次加至5～15mg·L-1H2O2和NaClO 進(jìn)行充分?jǐn)嚢璨⒎胖?0min，運用標(biāo)準(zhǔn)硫含量測定法進(jìn)行實驗測定。最終得出：不同干擾條件下的綜合反應(yīng)會導(dǎo)致除硫劑加量呈現(xiàn)不同速率的指數(shù)變化趨勢，但是加量不能因效果最優(yōu)而喪失經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)原則。綜合計算可得，當(dāng)NaClO 逐步從5～15mg·L-1進(jìn)行均勻添加時，除硫率會從90.1%上升至97.9%，且上升幅度有限。所以最終測算優(yōu)選除硫率為NaClO 時的加量為15mg·L-1，而經(jīng)過多輪現(xiàn)場論證，最終的效果可達(dá)1.29mg·L-1的硫離子含量。需要注意，污水中游離微生物及其細(xì)菌會導(dǎo)致多重因素互繞而發(fā)生化學(xué)劑失效問題，因此，氧化殺菌劑的適當(dāng)投加也是很有必要的，在此進(jìn)行15mg·L-1NaClO 的殺菌實驗，運用實際反映流程的綜合測定可知，SRB 細(xì)菌由起初的103個·mL-1下降至10 個·mL-1，TGB 細(xì)菌由105個·mL-1下降至102個·mL-1。而相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求當(dāng)細(xì)菌小于等于102個·mL-1就可以正?；刈ⅰ?/p>

2.3.3 無機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑優(yōu)選 進(jìn)行污水pH 值7.5 的優(yōu)先預(yù)設(shè)，同樣依次加入15mg·L-1Na－ClO、60～100mg·L-1的PAC 以及60～100mg·L-1的PFS，然后調(diào)整綜合指標(biāo)完成相應(yīng)實驗，在此省略相應(yīng)實驗過程。展示結(jié)果為，PAC 藥劑投加效果明顯優(yōu)于PFS，而污水懸浮物含量過高以及不正常的含油量會影響最終參數(shù)的變化，絮體的形成雖然較為容易，但需要注意硫化物的干擾以及聚合氯化鐵形成Fe2S3沉淀導(dǎo)致的水質(zhì)透光率低等問題。綜合污泥和其他因素，需要對較多懸浮絮體進(jìn)行聚合氯化鋁大顆粒沉淀考量，并且對于上清液和其他環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，最終優(yōu)選得到80mg·L-1的PAC 加量。有機(jī)絮凝劑方面，同樣仿效以上辦法進(jìn)行實驗，得出隨著PAM（1200 萬）加量的增加，處理效果成指數(shù)變化趨勢。機(jī)理研究表明，隨著PAM 濃度的增加吸附架橋能力會變強，而現(xiàn)場生產(chǎn)中進(jìn)行1.0mg·L-1的加量控制就可以遏制1200 萬的PAM 分子量增長。需要注意，有機(jī)絮凝劑與無機(jī)絮凝劑加藥次序和加藥間隔也是需要優(yōu)選的，在此本研究正在運用灰色系統(tǒng)理論、帕累托最優(yōu)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行分析，因為與相應(yīng)研究結(jié)果有所沖突，所以在此不進(jìn)行討論。

3 現(xiàn)場運用論證

根據(jù)以上論證結(jié)果，形成較為針對性的藥劑優(yōu)選和使用方案進(jìn)行現(xiàn)場驗證。在此使用數(shù)據(jù)做具體分析（表3、4）。

表3 運用前后水質(zhì)宏觀可測物理量對比分析Tab.3 Comparative analysis of macroscopic measurable physical quantity of water quality before and after application

表4 運用前后水質(zhì)離子對比分析Tab.4 Comparative analysis of water quality ions before and after application

通過以上實測數(shù)據(jù)可知，在處理裝置現(xiàn)有流程不變的前提下處理油井采出污水，運用優(yōu)化后的操作方法可以有效降低含油量、懸浮物含量、結(jié)垢量、腐蝕速率及細(xì)菌含量，將各項環(huán)保指標(biāo)進(jìn)行最優(yōu)化處理，最終達(dá)到低滲透碎屑巖油田注水水質(zhì)的所有指標(biāo)要求。在經(jīng)濟(jì)性與人力資源成本不變的前提下確保污水處理前后離子種類不發(fā)生變化，將所有離子含量的變化幅度控制在最優(yōu)，且在出水水質(zhì)穩(wěn)定的前提下盡量減少排污量，這充分表明通過絮凝實驗后的處理劑機(jī)理論證可靠，且不影響其水質(zhì)。通過表4 也可充分看出，在污水處理前后相關(guān)可測的離子種類、比例變化規(guī)律較弱，說明水質(zhì)控制也比較穩(wěn)定。綜合論證得出，通過水處理劑和投加方式的不同，在不改變工藝流程的基礎(chǔ)上，可以對水質(zhì)基本組成進(jìn)行保護(hù)，且清除有害離子并確保最終排污量最小，經(jīng)濟(jì)性和可操作性可靠，下步能進(jìn)行大規(guī)模推廣。

4 結(jié)論

本文研究了延長油田某集輸站采油污水處理流程可靠性，用污水實驗及工藝流程描述驗證的方法進(jìn)行了解決，效果表明所研究的某污水處理流程可靠，不需要大規(guī)模改進(jìn)，下步應(yīng)進(jìn)行藥劑優(yōu)化和操作規(guī)程升級?；诒疚膶嶒炑芯靠梢缘贸鋈缦陆Y(jié)論：

（1）基于水質(zhì)分析結(jié)果可以判定該研究區(qū)為酸性CaCl2類污水，且高含二價硫離子、細(xì)菌含量，而油含量和懸浮物的影響會導(dǎo)致互擾作用的發(fā)生，同時存在腐蝕與結(jié)垢的雙重問題。實驗結(jié)果得出的最高0.105mm·a-1腐蝕速率（高于0.076mm·a-1）也足以證明該觀點的正確性。定性處理措施需要進(jìn)行化學(xué)氧化和絮凝沉降工藝，確保處理作用完善。

（2）當(dāng)前系統(tǒng)存在污泥循環(huán)處理工藝中污染后端填料、堵塞過濾器，并且導(dǎo)致相應(yīng)罐體應(yīng)力變化，管線結(jié)垢嚴(yán)重，流道變小，影響系統(tǒng)整體循環(huán)效率問題。根據(jù)設(shè)備現(xiàn)場拆解已經(jīng)檢修報告記錄，就有旋流分離器及雙濾料過濾器中的濾料污染板結(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重的報告，而平時的系統(tǒng)運行壓力上升幅度很快，存在開旁通運行現(xiàn)象，嚴(yán)重影響水質(zhì)處理效果，甚至誘發(fā)系統(tǒng)停運。