李鵬宇

大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠

隨著三次采油技術(shù)在大慶油田的逐年推廣，“清配污稀”“污配污稀”注劑配制模式及過(guò)渡帶開(kāi)發(fā)深度水質(zhì)注入對(duì)水質(zhì)的要求進(jìn)一步提高。從影響水質(zhì)的根本因素具體分析各污水處理站面臨的問(wèn)題成為目前污水處理規(guī)劃的重點(diǎn)工作。為此，通過(guò)改造項(xiàng)目更新腐蝕老化設(shè)備設(shè)施，用已建調(diào)水管網(wǎng)平衡區(qū)域間污水負(fù)荷，并引進(jìn)新型工藝，從根本上解決水質(zhì)不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)這一主要問(wèn)題。

1 污水系統(tǒng)地面建設(shè)現(xiàn)狀

1.1 整體建設(shè)現(xiàn)狀

截止目前，大慶油田薩北開(kāi)發(fā)區(qū)建成適應(yīng)五類水質(zhì)[1]的污水處理站29座，總處理能力58.8×104m3/d，總體負(fù)荷率65.86%。其中水驅(qū)污水站8 座，負(fù)荷率66.7%；聚驅(qū)污水站5 座，負(fù)荷率57.6%；三元污水站4座，負(fù)荷率60.7%；深度污水站10座，負(fù)荷率54.8%（表1）。

表1 薩北開(kāi)發(fā)區(qū)污水站情況統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of sewage stations in North Saertu Development Zone

1.2 處理工藝流程

薩北開(kāi)發(fā)區(qū)普通污水站主要采用“兩級(jí)沉降[2]+一級(jí)壓力過(guò)濾”處理工藝；三元污水站[3]主要采用“兩級(jí)沉降+兩級(jí)壓力過(guò)濾”處理工藝；深度污水站主要采用“來(lái)水緩沖+兩級(jí)壓力過(guò)濾”處理工藝。詳細(xì)流程見(jiàn)圖1，污水處理及工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 薩北開(kāi)發(fā)區(qū)污水處理工藝及參數(shù)Tab.2 Sewage treatment process and parameters in North Saertu Development Zone

圖1 薩北開(kāi)發(fā)區(qū)污水系統(tǒng)工藝流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of process flow of sewage system in North Saertu Development Zone

1.3 水質(zhì)現(xiàn)狀

隨著三元驅(qū)開(kāi)發(fā)逐步推廣，三元污水站部分工藝設(shè)施逐年腐蝕老化，從而出現(xiàn)工藝不適應(yīng)性，導(dǎo)致大慶油田采油三廠的三元驅(qū)污水處理綜合合格率遠(yuǎn)低于全廠水平。見(jiàn)表3、表4、表5、表6。

表3 薩北開(kāi)發(fā)區(qū)聚驅(qū)污水處理工藝及參數(shù)Tab.3 Polymer flooding sewage treatment process and parameters in North Saertu Development Zone

表4 薩北開(kāi)發(fā)區(qū)三元污水處理工藝及參數(shù)Tab.4 Ternary sewage treatment process and parameters in North Saertu Development Zone

表5 薩北開(kāi)發(fā)區(qū)水驅(qū)污水處理工藝及參數(shù)Tab.5 Water flooding sewage treatment process and parameters in North Saertu Development Zone

表6 薩北開(kāi)發(fā)區(qū)深度污水處理工藝及參數(shù)Tab.6 Advanced sewage treatment process and parameters in North Saertu Development Zone

2 影響水質(zhì)因素及對(duì)策

2.1 水驅(qū)全面見(jiàn)聚，處理工藝出現(xiàn)不適應(yīng)性

根據(jù)開(kāi)發(fā)部署情況，目前采油三廠共有6個(gè)區(qū)塊正在進(jìn)行三元及聚驅(qū)開(kāi)發(fā)，分別為北三東東西塊、北二東東中西塊、北過(guò)一條帶東西區(qū)、北3-1～3-3排西塊、北三西東北塊、北二西東塊（圖2）。

圖2 薩北開(kāi)發(fā)區(qū)三采開(kāi)發(fā)示意圖Fig.2 Schematic diagram of tertiary oil recovery development in North Saertu Development Zone

隨著聚驅(qū)進(jìn)入后續(xù)水驅(qū)，弱堿三元工業(yè)推廣，聚驅(qū)及三元采出水回注至基礎(chǔ)及一次注水井網(wǎng)，導(dǎo)致水驅(qū)污水站出現(xiàn)工藝不適應(yīng)性，水質(zhì)無(wú)法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2.1.1 分質(zhì)處理、分質(zhì)注入、分質(zhì)達(dá)標(biāo)

隨著聚驅(qū)逐漸進(jìn)入后續(xù)水驅(qū)以及弱堿三元工業(yè)推廣，水驅(qū)污水站達(dá)標(biāo)困難的處理矛盾將從水驅(qū)見(jiàn)聚轉(zhuǎn)移為水驅(qū)見(jiàn)三元?jiǎng)鬯幚黼y度明顯增大。為降低處理難度及影響范圍，建議研究實(shí)施三元采出水回注本區(qū)塊可行性分析，實(shí)現(xiàn)分質(zhì)集輸、分質(zhì)處理、分質(zhì)注入，以從本質(zhì)上解決水驅(qū)見(jiàn)劑、水質(zhì)不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。

2.1.2 完善聚驅(qū)提溫反沖洗工藝，保障濾料再生效果

針對(duì)常溫集輸污水溫度較低、濾料脫附效果差、常規(guī)反沖洗技術(shù)[4]排油不暢等問(wèn)題，在常規(guī)氣水反沖洗的基礎(chǔ)上，采用定期提溫反洗技術(shù)（濾料污染較嚴(yán)重時(shí)使用）。與常規(guī)40 ℃反沖洗相比，除油率及懸浮固體去除率分別提高了15%，可以有效解決冬季集輸污水溫度較低、濾料脫附效果差和反沖洗排油不暢的問(wèn)題。

2.1.3 調(diào)整污水處理負(fù)荷，控制水質(zhì)指標(biāo)

結(jié)合含聚污水處理負(fù)荷經(jīng)驗(yàn)表以及污水系統(tǒng)見(jiàn)聚濃度和水質(zhì)處理現(xiàn)狀，按照“高含聚降負(fù)荷、低含聚提負(fù)荷”的思路，在滿足開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的前提下，降低高含聚站場(chǎng)負(fù)荷以保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)，提升低含聚站場(chǎng)負(fù)荷保證系統(tǒng)均衡，實(shí)現(xiàn)常態(tài)化、動(dòng)態(tài)化的優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整。

2.2 工藝設(shè)施腐蝕老化嚴(yán)重，各段工藝問(wèn)題突出

沉降段的附屬工藝?yán)匣瘒?yán)重，除油、除雜質(zhì)效率偏低，主要問(wèn)題包括：腐蝕老化嚴(yán)重、伴熱運(yùn)行效率較低，收油效果不佳；調(diào)節(jié)堰處于外部環(huán)境，易腐蝕、損壞，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)量困難，影響正常收油；排泥效果不好、排泥工藝應(yīng)用效率低，影響沉降效果，室外閥門管理難度大，污泥無(wú)后續(xù)處理措施；沉降罐無(wú)法及時(shí)收油、排泥，造成有效容積縮減，沉降時(shí)間不足，除油、除懸效果明顯下降，直接影響濾前水質(zhì)，給過(guò)濾段增加負(fù)荷。

過(guò)濾段的篩管堵塞嚴(yán)重、結(jié)構(gòu)存在優(yōu)化空間，主要問(wèn)題包括：現(xiàn)有篩框內(nèi)部無(wú)法收油，過(guò)濾，反沖洗作業(yè)時(shí)均會(huì)造成二次污染，影響濾料再生及反沖洗效果；篩管是由碳鋼和不銹鋼組合而成，容易形成電偶腐蝕，導(dǎo)致過(guò)濾罐篩管沉積堵塞；過(guò)濾罐上、下篩管破損和堵塞，易造成濾料跑漏，反沖洗憋壓等情況發(fā)生，直接影響過(guò)濾罐處理能力以及濾料再生效果，最終導(dǎo)致濾后水質(zhì)超標(biāo)。

2.2.1 逐年安排污水工藝改造規(guī)劃

結(jié)合老油田調(diào)整改造及產(chǎn)能，實(shí)施調(diào)節(jié)堰、收油、伴熱、排泥改造；結(jié)合站場(chǎng)維修改造及科研項(xiàng)目，實(shí)施濾罐改造；結(jié)合生產(chǎn)清淤，拆除滑泥板、排泥閘門等排泥設(shè)施。工藝改造進(jìn)度見(jiàn)表7。

表7 污水系統(tǒng)改造進(jìn)度統(tǒng)計(jì)Tab.7 Statistics of sewage system renovation progress

2.2.2 沉降罐和過(guò)濾罐的改造方法

沉降罐采用串聯(lián)無(wú)縫鋼管，適當(dāng)降低收油高度、配合伴熱多點(diǎn)布置收油；采用新材質(zhì)調(diào)節(jié)堰，減緩污水對(duì)調(diào)節(jié)堰的腐蝕速度；停用排泥工藝，拆除附屬排泥設(shè)施，定期人工清淤，針對(duì)清淤滯后問(wèn)題，實(shí)施含油污泥減量化處理。

過(guò)濾罐的現(xiàn)有篩框內(nèi)部無(wú)法收油，過(guò)濾、反沖洗作業(yè)時(shí)均會(huì)造成二次污染，影響濾料再生及反沖洗效果。為此，改變內(nèi)襯管材質(zhì)以防止腐蝕發(fā)生，將過(guò)濾罐篩管改為不銹鋼材質(zhì)

2.3 上游脫水影響原水含油指標(biāo)，下游水質(zhì)受到制約

隨著三采開(kāi)發(fā)不斷深入，脫水器受采出液性質(zhì)波動(dòng)及溶解氣的影響，運(yùn)行逐漸不平穩(wěn)，高壓低、電流高，絕緣吊柱燒損率逐漸上升。2021 年三元系統(tǒng)共更換絕緣吊柱627個(gè)，外輸污水沉降罐含油超標(biāo)，污水系統(tǒng)受波及情況嚴(yán)重，導(dǎo)致水質(zhì)無(wú)法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。三元污水站各段水質(zhì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表8。

表8 薩北開(kāi)發(fā)區(qū)三元污水站各段水質(zhì)數(shù)據(jù)Tab.8 Water quality data of each section of ternary sewage station in North Saertu Development Zone

2.3.1 完善老化油工藝，保障三元脫水系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行

調(diào)整三元污水站沉降罐收油外輸方向，同時(shí)調(diào)整污油回收站外輸油方向，進(jìn)一步降低老化油對(duì)三元電脫水器的影響（圖3）。

圖3 老化油系統(tǒng)關(guān)系調(diào)整示意圖Fig.3 Schematic diagram of adjustment of relationship in aging oil system

對(duì)三元老化油處理系統(tǒng)增設(shè)循環(huán)處理模式，經(jīng)處理后合格的老化油直接外輸，跨越電脫水器，同時(shí)對(duì)回收油泵加裝變頻或更換小排量收油泵（圖4）。

圖4 老化油系統(tǒng)優(yōu)化改造示意圖Fig.4 Schematic diagram of optimization and reconstruction of aging oil system

通過(guò)對(duì)老化油系統(tǒng)的不斷摸索，總結(jié)出老化油小排量單獨(dú)循環(huán)處理模式，最大程度地降低老化油對(duì)三元脫水系統(tǒng)影響，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行后電脫水器倒電場(chǎng)次數(shù)明顯減少（圖5）。

圖5 電脫水器倒電場(chǎng)次數(shù)對(duì)比Fig.5 Comparison of times of inverted electric field of electric dehydrator

2.3.2 改造溶解氣脫工藝設(shè)施，降低對(duì)脫水系統(tǒng)影響

為驗(yàn)證溶解氣析出對(duì)脫水效果影響，先期在北Ⅱ-2 脫水站通過(guò)工藝調(diào)整，將已建三元原水系統(tǒng)的600 m3污水沉降罐調(diào)整為原油緩沖罐，以實(shí)現(xiàn)低含水原油進(jìn)入脫水器之前將溶解氣排出。結(jié)合改造效果，后期在北Ⅲ-3 脫水站進(jìn)行了溶解氣脫除改造，流程見(jiàn)圖6。

圖6 溶解氣脫除改造流程示意圖Fig.6 Schematic diagram of transformation process of dissolved gas removal

2.4 三元洗井廢液循環(huán)進(jìn)入系統(tǒng)導(dǎo)致污水處理難度增加

隨著三元復(fù)合驅(qū)的大面積開(kāi)發(fā)，洗井廢液[5]量不斷加大，廢液中的PAM、油、雜質(zhì)等通過(guò)常規(guī)方法難以去除，循環(huán)進(jìn)入系統(tǒng)易造成環(huán)境污染，回收處理難度較大。

2.4.1 開(kāi)展三元洗井廢液現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

三元洗井廢液通過(guò)進(jìn)液泵進(jìn)入一級(jí)廢液處理單元微納米氣泡釋放區(qū)，再溢過(guò)隔板進(jìn)入收油除渣區(qū)，一級(jí)出液經(jīng)導(dǎo)流管進(jìn)入二級(jí)處理單元，依次循環(huán)進(jìn)入下一級(jí)[6]。微納米氣泡釋放區(qū)產(chǎn)生的微小氣泡，可將懸浮油及小塊油渣集于廢液表面，在收油除渣區(qū)利用自動(dòng)收油裝置回收外排，可連續(xù)不間斷收油，避免廢液表面油塊凝結(jié)。密度大的固化物沉降于裝置底部，通過(guò)排污管線外排。

在工藝段中取來(lái)液、多相除油裝置出液、降黏裝置出液三個(gè)取樣點(diǎn)，進(jìn)行取樣分析（圖7）。

圖7 三元洗井液現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)示意圖Fig.7 Schematic diagram of field experiment of ternary well flushing fluid

為了優(yōu)選出合理、高效的處理流程，本次按照時(shí)間和處理工藝流程的順序共分三個(gè)試驗(yàn)階段，對(duì)來(lái)液、多相除油裝置及降黏裝置出液中的含油量、懸浮物含量、黏度的變化做了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析。

2.4.2 試驗(yàn)結(jié)論

在處理量為2 m3/h的條件下，采用“來(lái)液→降黏裝置→多相除油裝置”相對(duì)于“來(lái)液→多相除油裝置→降黏裝置”處理工藝，平均含油量去除率提高了4.4%，平均懸浮物的去除率提高了3%，除油及懸浮物效果明顯，平均黏度去除率降低了2%，降黏效果稍差，優(yōu)選出“來(lái)液→降黏裝置→多相除油裝置”作為最終處理工藝。

2.5 三采開(kāi)發(fā)工業(yè)化推廣導(dǎo)致污水供注失衡及解決對(duì)策

根據(jù)地質(zhì)開(kāi)發(fā)預(yù)測(cè)，結(jié)合深度水與水驅(qū)產(chǎn)水用量對(duì)比關(guān)系，對(duì)含油污水產(chǎn)、注平衡情況進(jìn)行分析。從圖8 可以看出近年污水供注失衡問(wèn)題突顯，亟待補(bǔ)充深度水源。要解決這個(gè)問(wèn)題，需對(duì)已建地面污水站進(jìn)行維保或新建污水站以提升供水能力，利用微生物技術(shù)處理含聚污水補(bǔ)充深度水源。

圖8 2021年薩北開(kāi)發(fā)區(qū)含油污水產(chǎn)、注平衡情況Fig.8 Production and injection balance of oily sewage in North Saertu Development Zone in 2021

2.5.1 維保建設(shè)地面污水站

第三采油廠通過(guò)工程建設(shè)項(xiàng)目對(duì)北Ⅱ-2 地面污水站進(jìn)行改造更新，確保該處理站能力恢復(fù)至2.0×104m3/d。然后依托排水修渠、施工取土建成北六地面污水站1 座，設(shè)計(jì)能力2.5×104m3/d。地面調(diào)水的整體思路為利用已建較為完善的區(qū)域間調(diào)水管網(wǎng)，地面污水站[7]向水驅(qū)普通注水站補(bǔ)水，關(guān)聯(lián)的普通污水站節(jié)省出的水源可以向深度污水站補(bǔ)充。因此，北Ⅱ-2 地面污水站輻射范圍為北二東、北二西、東過(guò)及北三東部分區(qū)域，建成的北六地面污輻射范圍為北過(guò)、北三西、北三東局部區(qū)域。

2.5.2 利用微生物技術(shù)處理污水，補(bǔ)充深度水源

將微生物技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[8]，對(duì)聚驅(qū)污水深度處理。將生化處理工藝與油田普遍采用的罐式結(jié)構(gòu)裝置相結(jié)合，利舊污水站沉降罐進(jìn)行改造，無(wú)需新建微生物反應(yīng)處理池，改造成本低、難度小。建成一座700 m3溶氣凈化罐、一座1 000 m3溶氣生物凈化罐、一座1 000 m3生物強(qiáng)化處理罐、一套固液凈化裝置以及后續(xù)二級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)，對(duì)選取破乳菌群的適應(yīng)性進(jìn)行檢測(cè)。菌群在聚合物濃度為600 mg/L、溫度為25～35 ℃、pH 值6～9、礦化度3 000～13 000 mg/L 的條件下均具有良好的適應(yīng)性，能夠適應(yīng)污水的水質(zhì)條件，滿足本次研究的需求。對(duì)原油降解菌群的適應(yīng)性進(jìn)行檢測(cè)，菌群在聚合物濃度為600 mg/L、溫度為25～35 ℃、pH值6～9、礦化度3 000～13 000 mg/L 的條件下均具有良好的適應(yīng)性，能夠適應(yīng)污水的水質(zhì)條件，也滿足本次研究的需求。

溶氣凈化裝置主要利用溶氣氣浮在微溶氣作用下回收污水中的污油。溶氣凈化裝置出水可自流進(jìn)入后續(xù)處理單元，所收污油通過(guò)污油槽由出油管收集至儲(chǔ)油罐，污泥由排泥系統(tǒng)收集經(jīng)排泥管定期排至站內(nèi)回收水池。

溶氣生物凈化裝置是將傳統(tǒng)沉降罐內(nèi)部的中心筒改為溶氣收油部分，沉降區(qū)部分加裝生物填料，改裝為生物處理部分。來(lái)水首先由下而上進(jìn)入氣浮區(qū)去除大部分浮油，后經(jīng)氣浮區(qū)中上部的通道由上而下進(jìn)入生物破乳區(qū)；在破乳菌群的作用下，乳化油被破乳上浮分離，廢水經(jīng)下部集水管收集后可自流進(jìn)入下游處理單元，收集的原油由收油槽經(jīng)出油管進(jìn)入儲(chǔ)油罐，污泥經(jīng)排泥管定期排入站內(nèi)回收水池。

生物強(qiáng)化處理罐來(lái)水經(jīng)進(jìn)水管進(jìn)入中心筒，再由布水管進(jìn)入生物強(qiáng)化處理裝置內(nèi)，經(jīng)生物強(qiáng)化處理去除水中的大部分殘余污油及其他有機(jī)污染物，并依靠菌群的降解作用，將水中的微小有機(jī)懸浮物降解或轉(zhuǎn)化為脫落菌膜，極少的浮渣經(jīng)收渣槽通過(guò)出渣管流入排泥管，最后排入站內(nèi)回收水池，生物系統(tǒng)出水可自流至固液分離凈水裝置。

生化處理工藝可有效改善聚驅(qū)污水水質(zhì)狀況。根據(jù)實(shí)際情況，聚驅(qū)污水也可作為深度水源。規(guī)劃對(duì)聚北Ⅲ-1 污水站實(shí)施微生物處理工藝改造，解決現(xiàn)有三級(jí)沉降系統(tǒng)管理難度大、水質(zhì)不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)問(wèn)題，預(yù)計(jì)2022年8月施工完成。

3 展望及建議

結(jié)合近年薩北開(kāi)發(fā)區(qū)污水處理現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，需進(jìn)一步跟蹤脫水站老化油及溶解氣的治理效果，提升原水達(dá)標(biāo)率，結(jié)合產(chǎn)能、老改逐年推進(jìn)污水站場(chǎng)改造維護(hù)，恢復(fù)系統(tǒng)處理能力，重點(diǎn)跟蹤大罐微生物生化處理含聚污水效果，總結(jié)分析改進(jìn)措施，學(xué)習(xí)借鑒先進(jìn)技術(shù)和成果，保障油田開(kāi)發(fā)注入水質(zhì)需求。

管理上“控上游、強(qiáng)中游、保下游”，扎實(shí)推進(jìn)各項(xiàng)治理措施，嚴(yán)格減量化質(zhì)量監(jiān)督制定管理制度，強(qiáng)化外來(lái)液處理。委托水務(wù)公司接收、處理壓裂返排液、大修泥漿；嚴(yán)控上游來(lái)水質(zhì)量，制定考核辦法，全力推進(jìn)站內(nèi)施工改造，強(qiáng)化存油管控；有序開(kāi)展濾罐清洗，維修工作，物理、化學(xué)殺菌同步進(jìn)行，有效提升硫酸鹽還原菌合格率；強(qiáng)化立式容器清淤，避免二次污染；對(duì)儲(chǔ)水罐進(jìn)行收油，形成管控機(jī)制，儲(chǔ)水罐保持高液位運(yùn)行，儲(chǔ)水空間得到有效利用。

由于三元采出液成分復(fù)雜，固體雜質(zhì)含量高，影響原油脫水效果，影響三元用加熱爐提溫效果及使用壽命，嚴(yán)重影響外輸污水水質(zhì)，對(duì)下游污水系統(tǒng)帶來(lái)較大負(fù)擔(dān)。前期所做大站回?fù)健⒗匣凸に噧?yōu)化、脫氣改造等工作實(shí)際上都沒(méi)有從根本上解決三元采出液處理困難的問(wèn)題。從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行效果來(lái)看，三元用脫水、加熱設(shè)備處理量達(dá)不到設(shè)計(jì)能力，建議根據(jù)三元采出液物性研制專門的處理設(shè)備，在未來(lái)三元處理站所設(shè)計(jì)上多考慮備用設(shè)備，以降低處理負(fù)荷率的模式提高處理效果。建議改進(jìn)三元污水站過(guò)濾罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用多層靜態(tài)切割鋼片代替過(guò)濾罐攪拌器，并取消篩管布水和排油器，改為反沖洗頂部排水和擋水板布水結(jié)構(gòu)。