劉 亭，楊 杰，安 強(qiáng)，許亮亮，安佳琦，林坤華

(1.長慶油田第二采油廠，甘肅 慶城 745100； 2.長慶油田分公司第五采油廠，陜西 西安 710021； 3.渭南鹵陽湖慶港天然氣資源利用有限公司，陜西 渭南 714000； 4.長慶油田分公司采氣二廠，陜西 榆林 719000； 5.成都蘇坤環(huán)?？萍加邢薰?，四川 成都 611534)

聚合物/表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)作為一項三次采油技術(shù)，聚合物的加入可降低油水流度比，增加注流體粘度，增加波及體積，從而能提高采收率；表面活性劑的加入能可降低油水界面表面張力，從而提高驅(qū)油效率，發(fā)揮聚合物和表面活性劑的協(xié)同作用，該技術(shù)已得到推廣應(yīng)用[1-4]。由此也產(chǎn)生了大量的二元復(fù)合驅(qū)采出水，由于二元復(fù)合驅(qū)采出液中含有大量的表面活性劑和聚合物，表面活性劑使油滴表面由憎水性變?yōu)橛H水性，聚合物使采出水的黏度增大，油滴的界面張力增強(qiáng)，油水乳化嚴(yán)重，穩(wěn)定性較好，比常規(guī)水驅(qū)和聚驅(qū)處理難度大[5-8]。長慶油田第二采油廠二元驅(qū)試驗站采出水采用四級生化處理技術(shù)，在實際運(yùn)行過程中，裝置運(yùn)行不穩(wěn)定，出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，主要表現(xiàn)為濁度超標(biāo)、懸浮物超標(biāo)及油含量超標(biāo)，對后續(xù)注水工段帶來不利影響。本文針對目前裝置運(yùn)行存在的問題，對現(xiàn)用處理工藝進(jìn)行了優(yōu)化，在調(diào)節(jié)池進(jìn)水前增加了冷卻設(shè)備，確保進(jìn)水溫度滿足生化處理工藝要求；在第四級生化處理后的斜板沉淀池進(jìn)水口增加了物化處理措施，提高出水水質(zhì)的合格率。

1 生化處理裝置概況

二元驅(qū)采出水采用生化處理工藝，設(shè)計日處理能力為250 m3，具體處理流程如圖1所示。

圖1 采出水處理流程示意Fig.1 Schematic diagram of treatment process of produced water

由上述水質(zhì)分析數(shù)據(jù)可以看出，生化出水鹽含量較高，TDS高達(dá)13 600 mg/L；濁度高達(dá)576 NTU，懸浮物為230 mg/L，油含量為56 mg/L，超出標(biāo)準(zhǔn)SY/T5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》要求。

2 生化處理優(yōu)化

針對生化運(yùn)行不穩(wěn)定、生化出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的問題，對系統(tǒng)運(yùn)行工況進(jìn)行了全面的排查，在排查過程中發(fā)現(xiàn)，生化處理污泥活性不佳，污泥出現(xiàn)解絮。進(jìn)一步勘查發(fā)現(xiàn)生化進(jìn)水溫度約為40 ℃，非常接近微生物生存的極限溫度，尤其炎熱夏季，一旦溫度有所波動，超過42 ℃將對好氧菌帶來致命的傷害。

在工業(yè)污水處理中，微生物最適宜的溫度一般為15～30 ℃，水溫低于10 ℃或高于35 ℃，都會對微生物的活性產(chǎn)生不利的影響[9]。為了提高生化處理的微生物活性，對生化處理工藝進(jìn)行了優(yōu)化，在采出水進(jìn)氣浮裝置前增加1臺涼水塔，對進(jìn)水進(jìn)行降溫，將采出水的溫度控制在37 ℃以下，具體優(yōu)化流程如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后采出水處理流程示意Fig.2 Schematic diagram of optimized produced water treatment process

增加涼水塔降溫后，采出水溫度降至36 ℃，并對微生物進(jìn)行了培養(yǎng)和馴化，生化出水水質(zhì)效果有所改善，2021年3月取樣分析數(shù)據(jù)見表1。

由表1分析數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整后，生化處理的效果有所改善，生化出水質(zhì)明顯改善，出水濁度從576NTU降低至242NTU，懸浮物從230mg/L降低至65 mg/L，油含量從56 mg/L降低至34 mg/L，TDS從13 600 mg/L降低至9 510 mg/L，但仍然達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)SY/T5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》要求。

表1 2021年3月生化出水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)Tab.1 Water quality analysis data of biochemical effluent in March 2021

3 物化處理篩選

通過上述優(yōu)化無法達(dá)到預(yù)期的效果，計劃在第四級生化出水口增加物化處理[10]，在生化處理運(yùn)行不佳或來水水質(zhì)波動較大時，通過添加化學(xué)藥劑，改善處理效果，確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。采用成都蘇坤環(huán)?？萍加邢薰咎峁┑幕瘜W(xué)藥劑進(jìn)行了物化處理工藝篩選試驗。試驗用水為現(xiàn)場裝置第四級生化出水，試驗共選擇了5種破膠劑SK-211和1種改性聚丙烯酰胺SK-208，試驗方法參照《水的混凝、沉淀試杯試驗方法》(GB/T 16881—2008)，具體試驗如下。

3.1 破膠劑篩選

破膠劑分別為SK-211-1、SK-211-2、SK-211-3、SK-211-4、SK-211-5，投加濃度為600 mg/L；有機(jī)絮凝劑為改性聚丙酰胺SK-208，投加濃度為10 mg/L，具體試驗結(jié)果見表2。由表2可以看出，在SK-211-3號投加濃度為600 mg/L、SK-208投加濃度10 mg/L時，濁度最低，濁度為28 NTU。破膠劑投加濃度篩選后照片如圖3所示。

表2 破膠劑篩選試驗結(jié)果Tab.2 Test results of gel breaker screening

圖3 破膠劑投加濃度篩選后照片F(xiàn)ig.3 Photos after gel breaker dosing concentration screening

3.2 投加濃度確定

破膠劑選定SK-211-3，有機(jī)絮凝劑為改性聚丙酰胺SK-208，投加濃度為10 mg/L，對破膠劑的最佳投加濃度進(jìn)行選擇，具體試驗見表3。由表3可以看出，SK-211-3號投加濃度為600 mg/L時，濁度為29 NTU；將投加濃度增加至700 mg/L時，濁度為18 NTU。破膠劑投加濃度篩選試驗后照片如圖4所示。

表3 破膠劑投加濃度篩選試驗結(jié)果Tab.3 Test results of gel breaker concentration screening

圖4 破膠劑投加濃度篩選試驗后照片F(xiàn)ig.4 Photos after gel breaker dosing concentration screening test

3.3 絮凝劑投加濃度確定

破膠劑濃度為700 mg/L，通過試驗確定有機(jī)絮凝劑SK-208的最佳投加濃度，具體試驗過程如下。由表4的數(shù)據(jù)可以看出，SK-211號投加濃度為700 mg/L、有機(jī)絮凝劑SK-208投加濃度為10 mg/時，濁度最低為15 NTU，水體較為清澈。絮凝劑投加濃度篩選試驗試驗后照片如圖5所示。

3.4 處理后水質(zhì)對比數(shù)據(jù)

參照上述試驗確定的條件進(jìn)行中試，試驗用水為10 kg，考慮到后端還有石英砂過濾器，中試試驗采用的試驗條件為破膠劑投加濃度為600 mg/L，絮凝劑的投加濃度為7.5 mg/L，中試試驗水質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表5。

表4 絮凝劑投加濃度篩選試驗結(jié)果Tab.4 Test results of flocculant concentration screening

圖5 絮凝劑投加濃度篩選試驗試驗后照片F(xiàn)ig.5 Photos after flocculant dosing concentration screening test

表5 中試試驗水質(zhì)分析數(shù)據(jù)Tab.5 Water quality analysis data of pilot test

由上述試驗可知，生化出水由于水中的聚合物及表面活性劑在水體中形成了穩(wěn)定的膠體，通過常規(guī)方法無法達(dá)到預(yù)期的處理效果。采用破膠劑破膠后進(jìn)行絮凝沉降可以有效解決上述問題，破膠劑SK-211的投加濃度約為600 mg/L，絮凝劑SK-208的投加濃度約為10 mg/L。處理后濁度為29.4 FNU，降幅為87.85%，CODCr為338 mg/L，降幅為95.37%?？傝F為0.14 mg/L，降低幅度為92.85%，懸浮物及油含量也達(dá)到了廠控注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)石英砂過濾器過濾后，懸浮物及油含量有望進(jìn)一步降低。

3.5 最終優(yōu)化工藝

上述試驗表明，通過上述調(diào)整可以進(jìn)一步提高采出水的處理效果，對生物處理工藝進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，如圖6所示。通過增加物化處理工藝可以有效降低水質(zhì)及水量波動對裝置整體處理效果的影響，確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，降低石英砂過濾器的運(yùn)行負(fù)荷。在實際運(yùn)行過程中，可以根據(jù)生化處理的效果來調(diào)整物化處理，生物與物化相結(jié)合的方式可以大大提高裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性及水質(zhì)處理效果。

圖6 最終擬定的優(yōu)化處理工藝Fig.6 Final optimized treatment process

4 結(jié)語

聚合物/表面活性劑二元驅(qū)采出水在處理回注過程中，若其中的聚合物及表面活性劑得不到及時有效的去除后，極易造成聚合物及表面活性劑在水體中累積濃縮，從而影響后端的注水工藝。通過“生化+物化”的處理方法，可以提高采出水處理裝置的抗沖擊性，若生化運(yùn)行效果不佳可以通過后端的物化處理進(jìn)行補(bǔ)救，保證出水水質(zhì)；當(dāng)生化運(yùn)行正常時，生化出水水質(zhì)較好時，可以不啟動物化處理裝置，以達(dá)到節(jié)約費(fèi)用的目的。今后在實際運(yùn)行過程中也將根據(jù)項目的實施效果再進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，必要時可將物化處理前移至生化處理前端，以改善進(jìn)水水質(zhì)，從而為生化系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行創(chuàng)造條件。