徐 東，馬連偉，李 楠，常 霞，李秋陽，王劉偉，齊 銳

（中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

1 氣田采出水處理現(xiàn)狀

子米氣田采出水經(jīng)過預(yù)處理裝置預(yù)處理后再進(jìn)入甲醇再生裝置進(jìn)行甲醇回收，甲醇?xì)馓锊沙鏊A(yù)處理后水質(zhì)控制指標(biāo)既要滿足甲醇再生裝置的進(jìn)水要求，又要符合氣田采出水回注指標(biāo)，這樣回收甲醇后的氣田采出水不再處理直接回注地層。目前子米氣田采出水經(jīng)過采出水處理裝置處理后，檢測回注采出水水質(zhì)見表1、表2。

表1 回注采出水指標(biāo)

表2 子米氣田回注采出水水質(zhì)化驗結(jié)果

通過表1、表2 數(shù)據(jù)可知，處理后的采出水效果不佳。主要體現(xiàn)在處理后采出水油分、機(jī)雜含量較高。針對這一問題，通過工藝裝置運(yùn)行情況分析以及處理原理進(jìn)行分析尋求解決問題方法[1-3]。

2 氣田采出水處理工藝運(yùn)行分析

2.1 氣田采出水預(yù)處理工藝

氣田采出水采取“除油-粗濾-精濾”的處理工藝對含醇?xì)馓锊沙鏊M(jìn)行預(yù)處理。采出水罐車從各集氣站運(yùn)來的含醇?xì)馓锊沙鏊?，儲存在處理廠內(nèi)的卸車池，經(jīng)液下泵提升至兩座采出水沉降罐（100 m3）進(jìn)行初步除油，再由采出水轉(zhuǎn)水泵進(jìn)入壓力式斜管除油器去除油和懸浮物，出水加入預(yù)處理藥劑（堿、絮凝劑和氧化劑），通過管式混合器充分混合后進(jìn)入反應(yīng)罐讓采出水和藥劑充分反應(yīng)，再加壓進(jìn)行粗、精兩級過濾凈化后進(jìn)入甲醇再生單元的甲醇富液罐。

2.1.1 采出水除油處理工藝 自各集氣站運(yùn)來的含醇?xì)馓锊沙鏊畠Υ嬖谔幚韽S內(nèi)的卸車池，經(jīng)污泥自吸泵提升至立式除油罐進(jìn)行初步除油，儲存在地埋污油罐中。高效斜管除油器一同將除去的油儲存在地埋污油罐中。

2.1.2 采出水除油除機(jī)雜技術(shù) 采出水中油分存在的形式有以下五種：

（1）懸浮油：油品粒徑大于100 μm，以連續(xù)相浮于水面。

（2）分散油：油品粒徑在15～100 μm，主要以大小不等的油滴分散懸浮在水中，一般靜置一段時間會聚集上浮成浮油。

（3）乳化油：油在水中呈乳化狀態(tài)，油滴粒徑小于15 μm，體系較穩(wěn)定。

（4）溶解油：油溶解在水中，一般為5～15 mg/L。

（5）油濕固體：油黏浮在顆粒表面上。

目前，污水處理比較先進(jìn)的一種技術(shù)是MSBR工藝，其是連續(xù)流序批反應(yīng)工藝的改良版。這種方式處理過后的污水能達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，MSBR工藝能夠有效除去水體中的氮、磷等，但是其效果受到某些因素的影響。

國內(nèi)外現(xiàn)在普遍采用的除油技術(shù)有重力分離技術(shù)，氣浮分離技術(shù)，膜分離技術(shù)，強(qiáng)吸分離技術(shù)，離心分離技術(shù)。通過對子米氣田采出水中的油分進(jìn)行檢測，主要以乳化油和溶解油的形式存在，采出水處理除油工藝采用重力分離技術(shù)，通過油水密度差，混凝，沉降，聚結(jié)除去采出水中的油分和機(jī)雜。

2.2 采出水處理中存在的問題

氣田采出水預(yù)處理單元主要對氣田采出水進(jìn)行除油，除機(jī)雜，使得油分和機(jī)雜達(dá)標(biāo)，滿足甲醇再生單元采出水處理水質(zhì)要求，處理效果見表3。

表3 氣田采出水預(yù)處理后采出水水質(zhì)結(jié)果

從表3 可以看出，處理后的總鐵和pH 達(dá)標(biāo)，油分和機(jī)雜超標(biāo)。根據(jù)設(shè)計要求預(yù)處理后采出水中油分含量≤30 mg/L，機(jī)雜≤10 mg/L。

2.3 采出水處理工藝技術(shù)原因分析

2.3.1 子米氣田水質(zhì)影響 子米氣田采出水具有以下特點(diǎn)：（1）礦化度較高，一般在（2.0～9.7）×104mg/L；（2）Ca2+、Mg2+、Fe2+等高價金屬陽離子含量很高，一般Ca2+含量在3 000～10 000 mg/L、Mg2+含量在100～1 000 mg/L、Fe2+含量在200～700 mg/L；（3）水中HCO3-含量較高，HCO3-含量一般在900～1 200 mg/L，屬于CaCl2水型。

從子米氣田采出水水質(zhì)分析可看出。氣田采出水在高價金屬陽離子的影響下，密度較大。

2.3.1.1 高密度采出水對水處理效果的影響 在重力分離過程中，對粒徑dp的油滴來說，依據(jù)斯托克定律，其脫油效率與采出水處理量Q、浮升截面積Ap、水和油的密度ρw、ρo及水的黏度μ 有關(guān)：

從式中可以看出，脫油效率ηi只與油水的物理性質(zhì)，油滴粒徑dp有關(guān)。由于較高的礦化度使原水的密度變高，采出水的密度高使油水密度差增大，雖然提高了以斯托克斯分離效應(yīng)為主的重力分離系統(tǒng)的除油效果，但是機(jī)雜與水體的密度差變小，降低了懸浮物的分離效果。

2.3.1.2 采出水含鐵對水處理效果的影響 子米氣田采出水處理系統(tǒng)中的采出水鐵含量在15～75 mg/L。水中的鐵鹽95%以上是以亞鐵鹽的形式存在。亞鐵鹽存在的狀態(tài)與pH 值有很大的關(guān)系，F(xiàn)e（OH）2和Fe（OH）3都是良好的混凝劑。這種大量絮體的存在使得采出水中的膠體已經(jīng)處于脫穩(wěn)狀態(tài)，在水動力條件合適的情況下就會沉淀下來。子米氣田采出水預(yù)處理加藥位置相同，均在調(diào)節(jié)罐至高效斜管除油器處加入，所加氫氧化鈉，雙氧水和絮凝劑同采出水進(jìn)入處理設(shè)備后，由于氫氧化鈉與采出水中的亞鐵，高價鐵形成Fe（OH）2和Fe（OH）3，影響絮凝劑的絮體穩(wěn)定性，從而影響處理效果。

2.3.2 除油方式問題 立式除油罐除油利用油水密度差，當(dāng)采出水轉(zhuǎn)至除油罐，采出水中的油分由于密度小處在上層，當(dāng)油液位達(dá)到排油口位置時，油從出油口溢流至地埋污油罐。目前立式除油罐已經(jīng)安裝了油水界位儀，取得了一定效果。但除油時仍然需要現(xiàn)場手動操作除油，增加了人為因素對除油的影響。

2.3.3 藥劑藥效問題 根據(jù)目前藥劑配制方法及加藥制度，當(dāng)一次裝置運(yùn)行后，所配制藥劑沒有用完，將在下次裝置運(yùn)行中繼續(xù)使用，由于米脂處理廠含醇采出水處理裝置間歇運(yùn)行，一般情況啟運(yùn)一次間隔時間3～5 d，這樣所配制的藥劑在藥箱中就會失效，影響處理效果。

2.3.4 絮凝劑選用問題 絮凝劑的凈水機(jī)理：一般情況下，油珠或懸浮物顆粒（膠粒）在采出水中呈電負(fù)性。當(dāng)膠粒的電負(fù)性較大時，膠粒與膠粒之間相互排斥，難以靠近，細(xì)小膠粒難以聚結(jié)為大顆粒，上浮或沉降速度非常低，甚至在水中既不沉也不浮。

電性中和：加入混凝劑是帶正電荷的離子或聚合離子，消除膠粒表面的電負(fù)性，使懸浮顆粒能夠靠近、聚結(jié)為較大顆粒，提高上浮或沉降速度。

吸附架橋：帶異性電荷的高分子絮凝劑與膠體顆粒具有強(qiáng)烈的吸附作用，形成“膠粒－高分子－膠?！钡男躞w。

無機(jī)高分子絮凝劑成本低，對各種復(fù)雜水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，可有效除去細(xì)微的懸浮顆粒，但生成的絮體有機(jī)高分子絮凝劑小，吸附架橋作用不如有機(jī)高分子絮凝劑。有機(jī)高分子絮凝劑的相對分子質(zhì)量大，官能團(tuán)多，具有很強(qiáng)的吸附架橋能力。與無機(jī)絮凝劑相比，有機(jī)高分子絮凝劑生成的絮體大，沉降速度快，處理過程短。僅用無機(jī)型或者有機(jī)型絮凝劑處理，往往難以發(fā)揮最佳絮凝效果?，F(xiàn)將聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）復(fù)配進(jìn)行實驗。

將白色固體粉末陽離子聚丙烯酰胺配制成0.1%的溶液，則此溶液1 mL 含有PAM 1 mg。分別取此溶液0.1 mL，0.3 mL，0.5 mL，0.7 mL，1 mL，3 mL，5 mL，10 mL，20 mL 加入100 mL 采出水中，混凝后產(chǎn)生的絮體不明顯，實驗結(jié)果見表4。

表4 不同PAM 加量下的處理效果

將固體粉末狀的聚合氯化鋁配制成1%的溶液，則此種溶液1 mL 含PAC 10 mg。分別取此種溶液2 mL、5 mL、8 mL、10 mL 倒入試管中，在上述溶液中加入100 mL 待測采出水，實驗結(jié)果見表5、表6。

表5 不同PAC 加量下的處理效果

從表5、表6 可以看出，單用PAC 時，500 g/L 的PAC 透光率為69.0%，最佳投加量800 g/L 的PAC 透光率為90.0%。而單用PAM 效果更差。當(dāng)PAC 與PAM進(jìn)行復(fù)配時，先加入500 g/L 的PAC，PAM 的投加量8～10 g/L 時，獲得很好的處理效果，透光率達(dá)到99%。明顯的改善處理效果，這是由于陽離子有機(jī)絮凝劑中陽離子能夠中和電荷，壓縮雙電層，其分子鏈大，起到了很好的橋架作用，改善了絮凝體的性能。所以說PAC和PAM 的復(fù)配方式較單獨(dú)使用一種絮凝劑效果好，能夠改善氣田采出水預(yù)處理效果，有效的降低機(jī)雜。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)先加PAC 再加PAM 效果比先加PAM后加PAC 效果更好，所以在復(fù)配時，先加PAC 后加PAM。

表6 500 g/L的PAC+相對應(yīng)PAM 的處理效果

2.3.5 微孔陶瓷過濾器濾料失效（表7）從表7 數(shù)據(jù)分析可以看出，含油量，懸浮物含量基本保持不變，說明在現(xiàn)有工藝條件下，粗過濾器截留效果較差，粗過濾器中的濾料失效，無法截留絮體。

表7 粗過濾器前后采出水的組成性質(zhì)分析結(jié)果

3 解決對策及改造建議

3.1 增加自動排油控制閥改造

為了有效除去采出水中的凝析油，避免人為因素影響，提高采出水的預(yù)處理效果，建議增加自動排油裝置。在出油口增加自動控制閥與油水界位儀聯(lián)鎖，當(dāng)油水界位達(dá)到設(shè)定值時，自動控制閥自動打開，除去立式除油罐上層凝析油，排至油水界位時，控制閥自動關(guān)閉，提高自動化程度，避免人為因素影響采出水處理效果。

3.2 優(yōu)化預(yù)處理藥劑加藥改造

3.2.1 改造加藥位置 子米氣田采出水處理三種藥劑同時在調(diào)節(jié)罐和高效斜管除油器之間加注（圖1）。

圖1 采出水處理加藥示意圖

由前面水質(zhì)原因分析可知，子米氣田水質(zhì)特點(diǎn)無法改變對采出水處理的影響。結(jié)合采出水處理技術(shù)及存在問題原因分析。對NaOH 加藥位置進(jìn)行改造，將NaOH 加藥位置改在卸車池和調(diào)節(jié)水罐之間。有兩點(diǎn)原因：（1）NaOH 與水中的鐵離子結(jié)合形成高聚物，形成絮體沉降至調(diào)節(jié)罐底，通過排污方式排掉。這樣消除了采出水中鐵離子對加入絮凝劑的影響。（2）通過大量的實驗得出，采出水中的絮凝劑效果在堿性環(huán)境最佳，因此提出了對加藥位置的改造（圖2）。

圖2 采出水處理加藥改造

3.2.2 合理配置預(yù)處理藥劑加注量 根據(jù)目前的運(yùn)行方式，氣田采出水預(yù)處理裝置間歇運(yùn)行，可以規(guī)定好處理采出水量，根據(jù)規(guī)定的采出水處理量，結(jié)合預(yù)處理藥劑配比量，確定出每次裝置運(yùn)行一次所配置的藥量，從而保證每次預(yù)處理藥劑完全使用，避免預(yù)處理藥劑過期而影響采出水處理效果。

3.2.3 復(fù)合選用無機(jī)和有機(jī)絮凝劑 根據(jù)前面合理選擇絮凝劑的分析，通過實驗確定出復(fù)合使用無機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑，對于采出水處理效果更佳。復(fù)合絮凝劑加藥改造見圖3。

圖3 復(fù)合絮凝劑加藥改造示意圖

3.3 檢修高效聚結(jié)斜管除油器、粗過濾器

針對設(shè)備出現(xiàn)過濾效果差的問題，對高效聚結(jié)斜管除油器，粗過濾器定期檢修。制定此兩種設(shè)備反沖洗制度，規(guī)定每周需對高效斜管除油器，核桃殼過濾器進(jìn)行反沖洗一次。

3.4 塔底水進(jìn)一步處理改進(jìn)建議

在對采出水處理工藝及加藥問題改造后，由于人為、設(shè)備等不可預(yù)知的因素，為提高回注采出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率，建議對塔底采出水進(jìn)采出水回注罐前進(jìn)行二次處理。通過調(diào)研，纖維球過濾器是一種性能先進(jìn)的纖維填料式過濾器，廣泛用于油田含油采出水處理，它采用了一種新型的束狀軟填料（纖維）作為過濾器的濾元，其濾料直徑可達(dá)幾十微米甚至幾微米，并具有比表面積大，過濾阻力小等優(yōu)點(diǎn)，解決了粒狀濾料的過濾精度受濾料粒徑限制等問題。微小的濾料直徑，極大地增加了濾料的比表面積和表面自由能，增加了水中雜質(zhì)顆粒與濾料的接觸機(jī)會和濾料的吸附能力，從而提高了過濾效率和截污容量。

4 認(rèn)識與結(jié)論

（1）通過對子米氣田采出水處理技術(shù)分析，找出了影響采出水處理效果不好的原因，通過合理確定藥劑加注量，加藥工藝改造，絮凝劑的合理選擇，可以改善采出水處理效果。

（2）通過實驗，無機(jī)絮凝劑PAC 和有機(jī)絮凝劑PAM復(fù)合使用，可以相互促進(jìn)彼此的絮凝效果，得到很好的處理效果。

（3）對于精餾塔塔底水處理改造建議需要進(jìn)一步論證。