梁文義 孫坤 王彩鳳

1大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠

2吐哈油田公司吐魯番采油管理區(qū)

某油田零散區(qū)塊存在單井產(chǎn)液量小、位置分散且距離遠(yuǎn)、地面系統(tǒng)依托性差等特點(diǎn)，開發(fā)初期投產(chǎn)的油井少，產(chǎn)生的污水量小，無法集中建大中型處理站，其含水油主要通過管輸或拉運(yùn)的方式外輸?shù)侥陈?lián)合站進(jìn)行脫水，產(chǎn)生的含油污水再經(jīng)管輸至某含油污水處理站，處理達(dá)標(biāo)后回注。隨著原油含水率的上升，零散區(qū)塊污水量逐年增加，另外油田綜合廢液、廢水不定期進(jìn)入系統(tǒng)，加大外輸管道的負(fù)荷。而拉運(yùn)方式受區(qū)塊位置分散且距離遠(yuǎn)限制，不僅成本高，受天氣等不確定因素影響風(fēng)險(xiǎn)較大[1]。因此以目前國內(nèi)外油田成熟的采出水處理技術(shù)為基礎(chǔ)，開展了適用于零散區(qū)塊采出水橇裝化處理工藝技術(shù)的研究，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和運(yùn)行效果跟蹤，該工藝取得了較好的處理效果，可解決零散區(qū)塊小水量采出水就地達(dá)標(biāo)處理的問題，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)工藝的整體搬遷和重復(fù)利用。

1 工藝技術(shù)優(yōu)選

橇裝一體化采出水處理裝置研究在零散區(qū)塊某聯(lián)合站開展，該站所需的注水量為200 m3/d。目前采用“磁分離—錳砂過濾”工藝處理地下水達(dá)標(biāo)后進(jìn)行回注，橇裝一體化采出水處理裝置將替代目前采用的工藝，將產(chǎn)出合格達(dá)標(biāo)的采出水進(jìn)行回注。

1.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

取該站1 000 m3污水沉降罐底水作為試驗(yàn)用采出水進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)，在無壓裂液、鉆關(guān)液等作業(yè)廢水進(jìn)入時(shí)，水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：含油濃度91.5～216 mg/L（質(zhì)量濃度，下同），懸浮物固體濃度13.5～24.3 mg/L，硫化物濃度34.8～40.4 mg/L，總鐵濃度0.42～0.61 mg/L，礦化度3 897～4 780 mg/L[2-4]（表1）。

表1 某站采出水水質(zhì)Tab.1 Water quality of produced water at a station

隨著壓裂液、鉆關(guān)液等作業(yè)廢水的不定期加入，水質(zhì)變差，主要是含油量和懸浮物固體含量的增加。水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：含油濃度186～407 mg/L，懸浮物固體濃度22.9～42.9 mg/L，硫化物濃度30.9～44.2 mg/L，總鐵濃度0.52～1.75 mg/L，礦化度4 014～6 041 mg/L[2-4]（表2）。

表2 加入作業(yè)廢水后某站采出水水質(zhì)Tab.2 Water quality of produced water at a station after the operation wastewater is added

1.2 前期室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及技術(shù)優(yōu)選

基于技術(shù)調(diào)研和水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，開展了室內(nèi)小試和工藝技術(shù)的優(yōu)選，為該項(xiàng)目工藝流程的確定奠定基礎(chǔ)。

1.2.1 曝氣除硫試驗(yàn)

取采出水進(jìn)行曝氣除硫試驗(yàn)，曝氣強(qiáng)度10 m3/m2·h，經(jīng)2 h 曝氣，硫化物濃度由38.9 mg/L 降至4.74 mg/L，隨著曝氣時(shí)間延長，硫化物含量變化不大，曝氣24 h，硫化物濃度仍為3.89 mg/L。曝氣試驗(yàn)結(jié)果見表3。將該結(jié)果與某油田已建的含油污水處理站現(xiàn)場(chǎng)曝氣效果進(jìn)行對(duì)比，已建處理站采出水中硫化物濃度34.2～59.9 mg/L，曝氣停留時(shí)間4.6 h，出水硫化物濃度降至1.2～6.6 mg/L，此時(shí)曝氣強(qiáng)度為25.6 m3/m2·h 。因此，試驗(yàn)工藝在曝氣時(shí)間4 h 的前提下，可以通過加大曝氣強(qiáng)度彌補(bǔ)曝氣時(shí)間不足。初步確定試驗(yàn)工藝曝氣時(shí)間為4 h，曝氣強(qiáng)度為25 m3/m2·h。

表3 某站采出水曝氣試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Aeration test results of produced water at a station

根據(jù)初步確定曝氣時(shí)間和強(qiáng)度，選擇氣水比為4∶1～20∶1 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)效果見圖1。結(jié)果表明：隨著氣水比增加，硫化物整體去除效果變好，氣水比在5∶1～20∶1 之間，平均值都可達(dá)到“硫化物含量＜2 mg/L”的輔助注水指標(biāo)要求；氣水比在5∶1 時(shí)，曝氣后的硫化物濃度出現(xiàn)大于2 mg/L 的情況，因此當(dāng)來水硫化物濃度在45 mg/L左右、曝氣時(shí)間為4 h 時(shí)，為保證出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，曝氣氣水比最低限為7∶1[5]。

圖1 不同氣水比曝氣除硫試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Test results of aeration sulfur removal with different gas water ratio

1.2.2 油水分離技術(shù)優(yōu)選

油田已有的油水分離除油技術(shù)包括氣浮技術(shù)、水力旋流技術(shù)、離心技術(shù)等，通過技術(shù)調(diào)研以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用效果監(jiān)測(cè)，擬采用溶氣泵氣浮技術(shù)。該技術(shù)已在已建含油污水處理站中應(yīng)用，監(jiān)測(cè)該站流程各段的處理效果，尤其是氣浮效果，溶氣泵氣浮技術(shù)取得了不錯(cuò)的處理效果，裝置運(yùn)行平穩(wěn)，來水中含油濃度＜60.2 mg/L，懸浮物固體濃度＜87.6 mg/L，硫化物濃度＜35.9 mg/L，經(jīng)氣浮處理后，出水中含油濃度＜1.2 mg/L，懸浮物固體濃度＜21.4 mg/L，硫化物濃度＜2.35 mg/L（表4）。結(jié)果表明，氣浮對(duì)含油量的去除較為明顯，同時(shí)對(duì)懸浮固體及硫化物也具有一定的去除作用。

表4 已建含油污水站氣浮處理效果Tab.4 Air flotation treatment effect of built oily sewage station

1.2.3 微生物菌種優(yōu)選

室內(nèi)篩選破乳時(shí)間56 min 的活性破乳菌、含油量去除率為97.5%的直鏈烷烴降解菌及環(huán)烷烴降解菌，利用肇東一聯(lián)含油污水作為培養(yǎng)基，按照10%的體積比接種至污水中，35 ℃培養(yǎng)48 h 后，進(jìn)行原油破乳降解試驗(yàn)，破乳時(shí)間為1 h，降解率為67.9%～88.5%。這表明篩選得到的微生物菌群對(duì)肇東一聯(lián)含油污水具有良好適應(yīng)性，并且具有較高的原油降解能力，結(jié)果見表5。

表5 10%體積比接種各菌株原油降解效能驗(yàn)證Tab.5 Crude oil degradation efficiency validation of each strain inoculated with 10% volume ratio

2 工藝流程

基于前期調(diào)研、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)跟蹤測(cè)試結(jié)果，確定橇裝一體化采出水處理工藝主流程：采出水首先進(jìn)入曝氣沉降罐，目的是除硫的同時(shí)脫出大部分浮油，作為來水水質(zhì)平穩(wěn)的保障；出水進(jìn)入氣浮裝置進(jìn)一步除去乳化油，氣浮裝置出水要求達(dá)到“50.50”的處理指標(biāo)；然后進(jìn)入兩級(jí)雙層濾料過濾器，達(dá)到“8.3.2”的處理指標(biāo)，最終經(jīng)過膜處理達(dá)到“5.1.1”的處理指標(biāo)后回注地下。另外，沉降出水同時(shí)也可以進(jìn)入微生物一體化裝置進(jìn)行處理，出水達(dá)到“10.15.2”指標(biāo)，該流程作為主流程的并聯(lián)流程，出水進(jìn)主流程過濾單元[6-8]。具體工藝流程見圖2。根據(jù)工藝流程，形成了“曝氣除硫橇”“氣浮分離橇”“常規(guī)過濾橇”“精細(xì)過濾橇”“生物處理橇”為主體的橇裝一體化采出水處理裝置。

圖2 橇裝一體化采出水處理工藝流程示意圖Fig.2 Schematic diagram of skid-mounted integrated produced water treatment process

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果

利用橇裝一體化采出水處理裝置，在某零散區(qū)塊某聯(lián)合站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，主要試驗(yàn)內(nèi)容包括針對(duì)低滲透指標(biāo)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，針對(duì)特底滲透指標(biāo)的PVC中空纖維膜、微生物預(yù)處理效果試驗(yàn)等，最后該套裝置投入生產(chǎn)，為該區(qū)塊達(dá)標(biāo)處理采出水近12 個(gè)月（240 m3/d），出水效果平穩(wěn)。

3.1 低滲透指標(biāo)試驗(yàn)

采用主流程：“來水→曝氣沉降罐→氣浮→一級(jí)雙層濾料過濾→二級(jí)雙層濾料過濾→出水”，試驗(yàn)參數(shù)：處理量9.7 m3/h，沉降曝氣氣水比7∶1，氣浮回流比20%，一級(jí)濾速11 m/h，二級(jí)濾速8 m/h[9]。試驗(yàn)結(jié)果見表6—表9，來水含油濃度＜78.5 mg/L時(shí)、懸浮固體濃度＜27.2 mg/L、硫化物濃度＜31.59 mg/L 時(shí)，可穩(wěn)定達(dá)到“8.3.2”低滲透指標(biāo)。

表6 “8.3.2”低滲透指標(biāo)試驗(yàn)主流程含油量去除效果Tab.6 Removal effect of oil content in the main process of“8.3.2” low permeability index test mg/L

采用并聯(lián)流程：“來水→曝氣沉降罐→微生物預(yù)處理裝置→微生物處理裝置→一級(jí)雙層濾料過濾→二級(jí)雙層濾料過濾→出水”進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)參數(shù)：處理量9.5 m3/h，曝氣氣水比7∶1，氣浮回流比20%，一級(jí)濾速11 m/h，二級(jí)濾速8 m/h。試驗(yàn)結(jié)果見表10—表13，來水含油濃度＜151.4 mg/L、懸浮固體濃度＜99.64 mg/L，硫化物濃度＜43.58 mg/L 時(shí)，經(jīng)微生物裝置處理后，可穩(wěn)定達(dá)到“10.15.2”的工藝指標(biāo)，再經(jīng)兩級(jí)過濾后達(dá)到“8.3.2”指標(biāo)。

表7 “8.3.2”低滲透指標(biāo)試驗(yàn)主流程懸浮物固體含量去除效果Tab.7 Removal effect of suspended solids content in the main process of“8.3.2”low permeability index test mg/L

表8 “8.3.2”低滲透指標(biāo)試驗(yàn)主流程粒徑中值去除效果Tab.8 Removal effect of median particle size in the main process of“8.3.2”low permeability index test μm

表9 “8.3.2”低滲透指標(biāo)試驗(yàn)主流程硫化物含量去除效果Tab.9 Removal effect of sulfide content in the main process of“8.3.2”low permeability index test mg/L

表10 “8.3.2”低滲透指標(biāo)試驗(yàn)并聯(lián)流程含油量去除效果Tab.10 Removal effect of oil content in the parallel process of“8.3.2” low permeability index test mg/L

表11 “8.3.2”低滲透指標(biāo)試驗(yàn)并聯(lián)流程懸浮物固體含量去除效果Tab.11 Removal effect of suspended solids content in the parallel process of“8.3.2”low permeability index test mg/L

表12 “8.3.2”低滲透指標(biāo)試驗(yàn)并聯(lián)流程粒徑中值去除效果Tab.12 Removal effect of median particle size in the parallel process of“8.3.2” low permeability index test μm

表13 “8.3.2”低滲透指標(biāo)試驗(yàn)并聯(lián)流程硫化物含量去除效果表Tab.13 Removal effect of sulfide content in the parallel process of“8.3.2”low permeability index test mg/L

3.2 特低滲透指標(biāo)試驗(yàn)

采用主流程：“來水→曝氣沉降罐→氣浮→一級(jí)雙層濾料過濾→二級(jí)雙層濾料過濾→PVC 膜過濾→出水”，試驗(yàn)參數(shù)：處理量9.7 m3/h，沉降曝氣氣水比7∶1，氣浮回流比20%，一級(jí)濾速11 m/h，二級(jí)濾速8 m/h。試驗(yàn)結(jié)果見表14—表17，來水含油濃度＜132 mg/L、懸浮固體濃度＜27.5 mg/L、硫化物濃度＜29.5 mg/L 時(shí)[9]，處理后可穩(wěn)定達(dá)到“5.1.1”特低滲透指標(biāo)[10]。

表14 “5.1.1”特低滲透指標(biāo)試驗(yàn)主流程含油量去除效果Tab.14 Removal effect of oil content in the main process of“5.1.1” ultra-low permeability index test mg/L

表15 “5.1.1”特低滲透指標(biāo)試驗(yàn)主流程懸浮物固體含量去除效果Tab.15 Removal effect of suspended solids content in the main process of“5.1.1”ultra-low permeability index test mg/L

表16 “5.1.1”特低滲透指標(biāo)試驗(yàn)主流程粒徑中值去除效果表Tab.16 Removal effect of median particle size in the main process of“5.1.1”ultra-low permeability index test μm

表17 “5.1.1”特低滲透指標(biāo)試驗(yàn)主流程硫化物含量去除效果Tab.17 Removal effect of sulfide content in the main process of“5.1.1”ultra-low permeability index test mg/L

采用并聯(lián)流程：“來水→曝氣沉降罐→微生物預(yù)處理裝置→微生物處理裝置→二級(jí)雙層濾料過濾→PVC 膜過濾→出水”進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)參數(shù)：處理量9.5 m3/h，曝氣氣水比7∶1，氣浮回流比20%，一級(jí)濾速11 m/h，二級(jí)濾速8 m/h。試驗(yàn)結(jié)果見表18—表21，來水含油濃度＜143 mg/L、懸浮固體濃度＜25.8 mg/L、硫化物濃度＜32.5 mg/L 時(shí)，經(jīng)過微生物裝置處理后，可達(dá)到“10.15.2”指標(biāo)，再經(jīng)PVC 膜處理后，可穩(wěn)定達(dá)到“5.1.1”特低滲透指標(biāo)。

表18 “5.1.1”特低滲透指標(biāo)試驗(yàn)并聯(lián)流程含油量去除效果Tab.18 Removal effect of oil content in the parallel process of“5.1.1” ultra-low permeability index test mg/L

表19 “5.1.1”特低滲透指標(biāo)試驗(yàn)并聯(lián)流程懸浮物固體含量去除效果Tab.19 Removal effect of suspended solids content in the parallel process of“5.1.1”ultra-low permeability index test mg/L

表20 “5.1.1”特低滲透指標(biāo)試驗(yàn)并聯(lián)流程粒徑中值去除效果Tab.20 Removal effect of median particle size in the parallel process of“5.1.1”ultra-low permeability index test μm

表21 “5.1.1”特低滲透指標(biāo)試驗(yàn)并聯(lián)流程硫化物含量去除效果Tab.21 Removal effect of sulfide content in the parallel process of“5.1.1”ultra-low permeability index test mg/L

4 運(yùn)行應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

試驗(yàn)后，將橇裝一體化采出水處理裝置在該站就地投運(yùn)，保障生產(chǎn)運(yùn)行，處理量200～300 m3/d，累計(jì)注入170 天。采用常規(guī)工藝流程：來水→曝氣沉降→氣浮→兩級(jí)雙層濾料過濾→PVC 中空纖維膜→出水，處理后出水均達(dá)到“5.1.1”指標(biāo)[10]，結(jié)果見表22。

表22 橇裝裝置現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用處理效果Tab.22 Field application treatment effect of skid-mounted device

該橇裝一體化采出水處理工藝研發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)保運(yùn)期間，替代某聯(lián)合站地下水處理工藝（曝氣—磁分離—金剛砂），將含油污水就地處理回注近12 個(gè)月，節(jié)省污水拉運(yùn)費(fèi)73.2 萬元、管輸動(dòng)力費(fèi)61.49 萬元、運(yùn)行費(fèi)用35.22 萬元，共計(jì)減少費(fèi)用169.91 萬元。

5 結(jié)論

（1）采用PVC 中空纖維膜的常規(guī)工藝和微生物工藝，出水均能夠穩(wěn)定達(dá)“5.1.1”處理指標(biāo)。

（2）微生物處理單元本身對(duì)含油、硫化物等去除效果較好，不需經(jīng)曝氣除硫單元，但必須經(jīng)過一級(jí)緩沖，以避免來水水質(zhì)沖擊或負(fù)荷過大時(shí)影響微生物處理效果。

（3）對(duì)比“沉降—?dú)飧　惫に?，“沉降—微生物”工藝占地大、停留時(shí)間長（12 h），在橇裝一體化設(shè)計(jì)中具有一定局限性。

（4）橇裝裝置比固定站占地面積減少70%以上，施工周期縮短55%以上[9]，具有配套流程靈活、可移動(dòng)等特點(diǎn)。

綜上，零散區(qū)塊橇裝一體化采出水處理工藝，即“來水→曝氣沉降→氣浮→一級(jí)雙層濾料→二級(jí)雙層濾料→PVC 中空纖維膜→出水”，出水可以達(dá)到“5.1.1”特低滲透指標(biāo)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，其橇裝化設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)工藝的整體搬遷和重復(fù)利用，適用于零散區(qū)塊小規(guī)模開發(fā)的短期應(yīng)用。