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摘要 油田三次采油污水处理技术及回注问题研究 摘要 近年来，随着聚合物驱油等三次采油新技术在大庆油田的推广应用，油时采出 污水性质发生较大变化，粘度增加、乳化程度增强、悬浮颗粒变细，处理水质变差， 影响了油盱l 的开发效果。而且，随着我国石油需求量的逐年增加，为保证国家石油 战略安全，更多的“三低 油藏( 低产量、低渗透、低丰度) 被开发动用，对注水水 质又提出了更高的要求。适应油田开发形势，研究新型高效油田三次采油污水净化 回用技术，改善注水水质，已成为一个紧迫的课题。本文从除油、过滤、精细过滤 三个工艺环节入手，在理论及应用方面开展了研究工作。 在高效除油技术方面，开展了气携液液旋流分离机理及应用实验研究。首先， 对气携旋流场中分散相粒子的受力及运动进行了理论分析，证明了气泡与油滴形成 的聚合体，更易于向轴心运动；其次，应用c f d 方法，研究了油气水三相流场的 速度分布、压力分布、湍动能及其耗散率分布特性，对不同注气方式的流场特性及 分离效果进行了数值模拟；第三，开展了气携液液旋流分离特性室内研究，优化了 旋流器的主要结构参数，对四种注气方式的分离效率进行了对比，确定了合理的注 气方式和操作参数；最后，在油田现场丌展了处理聚驱采出污水工艺试验，确定了 工艺运行参数，评价了处理效果。研究结果表明，气携式液液水力旋流器可以发挥 旋流与气浮的协同效应，与传统的两级沉降除油工艺相比，除油效率高，停留时间 短，具有较好的推广应用前景。 在过滤技术方面，针对亲油性滤料存在的再生性差、易污染等问题，开展了亲 水性纤维球过滤三元复合驱采出污水研究。首先，应用表面改性方法，将疏水性纤 维球改性为亲水性纤维球，并在室内对其表面特性进行了测定；然后，设计了亲水 性纤维球过滤罐，开展了现场试验研究，确定了工艺参数。与常规过滤罐相比，亲 水性纤维球过滤罐具有滤料再生性好、高效率、高负荷的优点。 在精细过滤技术方面，丌展了聚驱采出水超滤膜深度处理技术研究。采用p v d f 管式超滤膜进行了试验，对操作压差、膜面流速、浓缩倍数、清洗周期等操作参数 进行了优化，预测了膜的使用寿命。通过对超滤膜表面污染物的检测分析，阐明了 f ：海交通人学下学博i j 学f 记论文 超滤膜的污染机理。实验表明，超滤膜处理聚驱二次过滤后污水，出水水质稳定， 基本达到“5 l l ”水质标准，在聚驱采出污水深度处理领域有良好的应用前景。 此外，还开展了岩心驱替实验。结果表明，普通聚驱采出污水，由于聚合物浓 度高，会对特低渗透层造成较强伤害。因此，为了保护油层、降低注入压力、改善 开发效果，应严格控制特低渗透层注入水中的聚合物含量。 本文在油田三次采油污水处理技术方面，进行了系统地研究与探索，对改善油 田注水水质，提高丌发效果，具有积极的促进作用。 关键词：三次采油污水，净化回用，气携旋流，纤维球，超滤，岩心驱替 a b s t r a c t s t u d y o ft r e a t t e n tt e c h n o l o g y & r e i n 。c t i o n p r o b l e mf o re n h a n c e do i lr e c o v e r y p r o d u c e d ，a t e r a b s t r a c t r e c e n t l y ，t h eq u a l i t yo fp r o d u c e dw a t e rh a sc h a n g e do b v i o u s l yw i t ht h ed e v e l o p m e n t o fp o l y m e rf l o o d i n gt e c h n o l o g yi nd a q i n go i l f i e l d t h ev i s c o s i t yo fp r o d u c e dw a t e rr i s e d ， d e g r e eo fe m u l s i f i c a t i o ni n c r e a s e d ，a n dt h es u s p e n d e dp a r t i c l e sb e c a m es m a l la n ds m a l l ， w h i c hc a u s e dt h ep o o rq u a l i t yo ft r e a t e dp r o d u c e dw a t e r ，s ot h er e c o v e r ye f f e c tw a si n f l u - e n c e d f u r t h e r m o r e ，t h ep e t r o l e u mc o n s u m ei n c r e a s e dy e a ra f t e ry e a ri nc h i n a t oa s s u r e t h en a t i o n a ls t r a t e g i c a ls a f eo fp e t r o l e u m ，m o r ea n dm o r e “3 - l o w p e t r o l e u md e p o s i t s ( 1 0 w p r o d u c t i o n ，l o wp e r m e a b i l i t y , a n dl o wa b u n d a n c e ) w e r ee x p l o i t e d ，t h er e q u i r e m e n tf o r q u a l i t yo fi n j e c t e dw a t e rb e c a m er i g i d t om e e tt h ed e m a n do fo i l f i e l dr e c o v e r y ，i ti su r - g e n tt or e s e a r c ht h eh i g ha n dn e wp u r i f i c a t i o na n dr e c y c l i n gt e c h n o l o g yf o re n h a n c e do i l r e c o v e r yp r o d u c e dw a t e r i nt h i sp a p e r , s o m er e s e a r c hw o r ko nt h e o r ya n da p p l i c a t i o nw a s c o n d u c t e df r o mo i lr e m o v a l ，f i l t r a t i o na n df i n ef i l t r a t i o np r o c e s su n i t i nt h eh i g he f f i c i e n c yo i lr e m o v a lt e c h n o l o g ya s p e c t ，t h et h e o r ys t u d ya n da p p l i c a t i o n e x p e r i m e n to fa i rs p a r g e dl i q u i d - l i q u i dh y a r o c y c l o n ew a sc a r r i e do u t ，e n l i g h t e n e db yt h e a i rs p a r g e ds o l i d l i q u i dh y d r o c y c l o n e f i r s t l y ，t h es t r e n g t ha n dm o v e m e n to fd i s p e r s e d p h a s ew a sa n a l y z e di nt h e o r y ，i tw a sp r o v e dt h a tt h ea i rb u b b l e o i ld r o pp o l y m e rt r e n dt o m o v et ot h ea x e so fh y d r o c y c l o n e s e c o n d l y ，u s i n gc f dm e t h o d ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so f o i l a i r - w a t e rf l o wf i e l dw e r es t u d i e d ，i n c l u d i n gv e l o c i t yd i s t r i b u t i o n ，p r e s s u r ed i s t r i b u t i o n ， t u r b u l e n tm o t i o ne n e r g ya n di t sd i s s i p a t i o nd i s t r i b u t i o n t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n ds e p a r a t i o n e f f e c tu n d e rd i f f e r e n ta i ri n j e c t i o nm e t h o d sw e r es i m u l a t e d t h i r d l y ，t h es e p a r a t i o ne x p e - r i m e n to fa i rs p a r g e dl i q u i d - l i q u i dh y d r o c y c l o n ew a sc a r r i e do u ta tl a b t h em a j o rs t r u c - t u r ep a r a m e t e r so ft h eh y d r o c y c l o n ew e r eo p t i m i z e d ，t h er e a s o n a b l ea i ri n j e c t i o nm e t h o d a n dp e r f o r m a n c ep a r a m e t e r sw e r ed e t e r m i n e dt h r o u g h4g r o u p so fa i ri n j e c t i o ne x p e r i m e n t s f i n a l l y ，t h ep r o c e s se x p e r i m e n tf o rt r e a t m e n tp o l y m e rf l o o d i n gp r o d u c e dw a t e rw a s d o n ei no i l f i e l d ，t h ep r o c e s sp a r a m e t e r sw e r ed e t e r m i n e d ，a n dt h et r e a t m e n te f f e c t sw e r e e v a l u a t e d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e dt h a ta i rs p a r g e dh y d r o c y c l o n ei n t e g r a t e dt h e h y d r o c y c l o n ea n df l o a t a t i o n c o m p a r ew i t hc o n v e n t i o n a lt w o s t a g es e t t l i n gp r o c e s s ，a i r 1 ：海交通人学t 学博i j 学位论丈 m i l l 曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼! 曼曼曼曼! 曼苎! 曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼! ! 曼蔓曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼舅曼皇蔓 s p a r g e d h y o r o c y c l o n eh a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha sh i g ho i lr e m o v a le f f i c i e n c y , s h o r ts e t - t i et i m e ；i th a sag o o da p p l i c a t i o np r o s p e c t i nt h ef i l t r a t i o nt e c h n o l o g ya s p e c t , t h ee x p e r i m e n to ft r e a t m e n ta s p p r o d u c e dw a t e r w i t hh y d r o p h i l i cf i b r eb a l lf i l t r a t i o n f i r s t l y ，t h eh y a r o p h i l i cf i b r eb a l l sw e r eo b t a i n e db y t h es u r f a c em o d i f i c a t i o no fh y d r o p h o b i cf i b r eb a l l s ，a n di t ss u r f a c eq u a l i t yw a sm e a s u r e d a tl a b u s i n gh y d r o p h i l i cf i b r eb a l la sf i l t e rm e d i u m ，an e w t y p eo ff i l t e rw a sd e s i g n e dt o t r e a ta s pp r o d u c e dw a t e ri np i l o t - s c a l ee x p e r i m e n t s t h eo b t a i n e dr e s u l t si n d i c a t e dt h a t t h i st y p eo ff i l t e rh a dh i g hc a p a b i l i t ya n de f f i c i e n c yf o rt h et r e a t m e n to fa s pp r o d u c e d w a t e r i nt h ef i n ef i l t r a t i o nt e c h n o l o g ya s p e c t ，t h ep o l y m e rf l o o d i n gp r o d u c e dw a t e rw a s t r e a t e db yp v d fu l t r a f i l t r a t i o nm e m b r a n e t h ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e r sw e r ed e t e r m i n e d ， i n c l u d i n gp e r f o r m a n c ed i f f e r e n t i a lp r e s s u r e ，s u r f a c ev e l o c i t y , a n dc o n c e n t r a t em u l t i p l e ， w a s h i n gp e r i o da n ds oo n t h ew o r k i n gl i f ew a sd o p e do u t t h ep o l l u t i o np r i n c i p l ew a s i l l u m i n a t e dt h r o u g ha n a l y z i n gt h ep o l l u t a n to nm e m b r a n es u r f a c e e x p e r i m e n t a lr e s u l t s i n d i c a t e dt h eq u a l i t yo fw a t e rt r e a t e db yu fm e m b r a n e ，c o u l dm e e tt h e “511 ”w a t e rq u a l i t ya n dt h ew a t e rq u a l i t yw e r es t e a d y s o ，u fm e m b r a n eh a sag o o dp r o s p e c tf o ru s i n gi n t h ed e e p n e s st r e a t m e n tp r o c e s s f u r t h e r m o r e ，r o c kc o r ef l o o d i n ge x p e r i m e n tw a sd o n e t h er e s u l t sp r o v e dt h a tt h e l l i g hp o l y m e rc o n c e n t r a t i o no fp r o d u c e dw a t e rc o u l di n j u r et h el o wp e r m e a b i l i t ys t r a t u m t op r o t e c tt h es t r a t u m ，d e c r e a s ei n j e c t i o np r e s s u r ea n di n c r e a s er e c o v e r yr a t i o ，t h ep o l y - m e rc o n c e n t r a t i o no fi n je c t e dw a t e rs h o u l db er e s t r i c t e d i nt h i s p a p e r , t h es t u d yo np r o d u c e dw a t e rp u r i f i c a t i o na n dr e c y c l i n gp r o c e s sw a s c o n d u c t e ds y s t e m a t i c a l l y i ti ss i g n i f i c a n tf o ri m p r o v e m e n to fi n j e c t e dw a t e rq u a l i t ya n d i n c r e a s i n go i lr e c o v e r yr a t i o k e yw o r d s ：p r o d u c e dw a t e ro fe n h a n c e do i lr e c o v e r y ，p u r i f i c a t i o n & r e c y c l i n g ， a i r - s p a r g e d ，f i b r eb a l l ，u l t r a f i l t r a t i o n ，r o c kc o r ef l o o d i n g i v 博十学化论文原创忭声明及使川授权祁 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 翻弟荔 日期：卅年，月罗口日 博十学位论文原创 峰声明殷使j j 授权节 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：动节乏 指导教师签名：钐 日期：伽1 年一r 月如日 日期：办哆年仫月旷日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 油田采出污水的来源及主要成份 目前，我国陆上油盱l 基本都采用注水开发方式，即向地层注入高压水驱动原油 使其从油井中被开采出来。经过一段时间注水后，注入水将随原油一起被采出，随 着开发时间延长，采出原油含水率不断上升，例如，目前大庆油田的综合含水率已 接近9 0 。油田原油在外输或外运之f j i 要求必须将水脱出，合格原油允许含水率为 0 5 以下。脱出的水中主要污染物为原油，由于污水是在油田开采过程中产生的， 因此，称为采出污水( p r o d u c e dw a t e r ) 。采出污水在地面经过处理合格，再回注地下， 循环使用。注水开发油田基本生产工艺流程见图1 1 。 合格原油外输 图1 1 注水开发油田生产工艺流程简图 f i g 1 - 1 p r o d u c t i o np r o c e s sd i a g r a mo f w a t e rf l o o d i n go i l f i e l d 采出污水中所含的杂质成份，一般包括以下五类物质【l 】： ( 1 ) 悬浮固体 颗粒直径范围在l 1 0 0 p m 之间，主要包括：泥砂：0 0 5 4 p m 的粘土、4 6 0 p m 的粉砂和大于6 0 1 t m 的细砂；各种腐蚀产物及垢：f e 2 0 3 、m g o 、f e s 、c a s 0 4 、c a c 0 3 等；细菌：硫酸盐还原菌( s r b ) 5 1 0 p m ，腐生菌( t g b ) 1 0 - 3 0 p m ；有机物： ，f ：河交通人学1 学懈i j 学位论文 胶质沥青质类和石蜡等重质油类。 ( 2 ) 胶体 粒径为l x l 0 - 3 l h m 。主要由泥砂、腐蚀结垢产物和微细有机物构成，物质组成 与悬浮固体基本相似。 ( 3 ) 分散油及浮油 采出污水所含的原油，9 0 左右为1 0 1 0 0 1 j m 的分散油和大于1 0 0 i - t m 的浮油。 ( 4 ) 乳化油及溶解油 原水中有1 0 左右的1 l o - 3l o i t m 的乳化油。此外还有极少的溶解油，其粒径 小于1x l o 。“m 。溶解油含量很少，不作为污水处理的主要对象，在净化水中主要含 有溶解油。 ( 5 ) 溶解物质 在水中处于溶解状态的小分子及离子物质，主要包括：溶解在水中的无机盐 类。基本上以阳离子的形式存在，其粒径都在l x l 0 。“m 以下，主要包括c a 2 + 、m g + 、 k + 、n a + 、f e 3 + 、c 1 。、h c 0 3 、c 0 3 2 - 等；溶解气体。如0 2 、c 0 2 、h 2 s 、烃类气体 等，其粒径一般为3 x 1 0 - 4 5 x 1 0 4 m 。 1 2 油田采出污水处理工艺现状 对于注水开发的油f f l 来说，处理采出污水的主要目是为了回注，一般来说，油 田注水水质有如下几方面的要求：一是注入水不应携带超标悬浮物、有机淤泥和油； 二是要严格限制水中固体颗粒的粒径，以防堵塞地层；三是在运行条件下注入水不 应结垢；四是注入水对水处理设备、注水设备和输水管线腐蚀性要小。因此，油f f l 污水处理工艺中，就是以满足注入水质要求为出发点，来选择合适的处理方法，确 定技术经济合理的采出污水处理工艺。 1 2 1 油田采出污水常用的处理方法【1 2 】 ( 1 ) 重力分离除油( 自然除油) 重力分离除油方法，是根据油和水的密度不同，利用油水密度差使油上浮，达 到油水分离的目的。油田上常用的重力分离除油设备有立式除油罐、斜板除油罐和 第1 币绪论 粗粒化除油罐等。 立式除油罐是目前应用最为普遍的采出污水除油设备，其结构见图1 2 。含油污 水经进水管流入罐内中心筒，经配水管流入沉降区。水中粒径较大的油滴在油水相 对密度差的作用下首先上浮至油层，粒径较小的油滴随水向下流动。在此过程中， 一部分小油滴由于自身在静水中上浮速度不同及水流速度梯度的推动，不断碰撞聚 结成大油滴而上浮，无上浮能力的部分小油粒随水进入集水管，经出水系统流出除 油罐。 了 7 l5 6 ， ， 黝铹 z 十，+ - _ i 颤i ：一，i 也 t - - 一 7 惑 专、 4 8 矿 y j 生 、 已 1 伞 ， 1 进水管；2 出油管；3 集水总干管；4 出水管；5 出水箱； 6 集油槽；7 配水管；8 中心筒；9 集水干管 图1 2 立式除油罐结构示意图 f i g 1 - 2d i a g r a m m a t i cs k e t c ho fv e r t i c a ld e o i l i n gt a n k 斜板除油罐是根据“浅池理论”开发的一种除油设备，其结构与普通立式除油 罐基本相同，主要区别是在普通除油罐中心筒外的分离区一定部位加设了斜板组。 含油污水从中心筒出来之后，先在上部分离区进行初步的重力分离，较大的油珠颗 粒先被分离出来，然后污水通过斜板区，油水进一步分离。分离后的污水在下部集 水区流入集水管，汇集后的污水由中心柱管上部流出除油罐。在斜板区分离出的油 珠颗粒上浮到水面，进入集油槽后由出油管排出剑收油装置。斜板材质在选用上要 求在污水中长期浸泡不软化、不变形、耐油、耐腐蚀，主要有聚氯乙烯和不饱和聚 酯玻璃钢等。 i ：海交通人学t 学博f j 学能论文 所谓粗粒化，就是使含油污水通过一个装有填充物( t g n 粗粒化材料) 的装置，在 污水流经填充物时，使油珠由小变大的过程。经过粗粒化后的污水，其含油量及污 油性质并不变化，只是更容易用重力分离法将油除去。粗粒化的对象主要是水中的 分散油，粗粒化除油是粗粒化及相应的沉降过程的总称。关于粗粒化的机理，目前 有两种观点，一种是建立在亲油性粗粒化材料( o n 聚丙烯塑料球、无烟煤等) 基础上的 “润湿聚结理论，一种是建立在疏油材料( 如蛇纹石、陶粒等) 基础上的“碰撞聚结” 理论。当然，无论是亲油还是疏油材料，两种聚结都是同时存在的，只是前者以“润 湿聚结 为主，后者以“碰撞聚结 为主。 ( 2 ) 混凝处理法 经过自然除油后，污水中的浮油基本上被全部去除，1 0 1 t m 以上的分散油也大部 分去除，水中主要含有乳化油及小颗粒的悬浮物，这些需要用混凝方法来去除，从 投加混凝剂起到水中产生大颗粒的凝聚体即矾花为止，总称为混凝过程。油f f l 上常 用的混凝剂有硫酸铝( a 1 2 ( s 0 4 ) 3 18 h 2 0 ) 、聚合氯化铝( p a c ) 、硫酸亚铁( f e s 0 4 7 h 2 0 ) 和聚丙烯酰胺等。油f 开上常用的混凝除油装置是混凝除油罐。 ( 3 ) 过滤 目前，油田采用的过滤方法多属于深床过滤，即污水流经一个较厚( 一般为 7 0 0 m m 左右1 而多孔的石英砂或者其它粒状物质的过滤床，杂质被留在这些介质的孔 隙里或表面，从而使水得到进一步净化。滤床不但能够去除水中的悬浮物和胶体物 质，而且还可以去除细菌、藻类、病毒、油类、铁和锰的化物、重金属、以及预处 理中加入的化学药品等很多物质。 过滤机理包括多种作用： 一是吸附作用，即把悬浮颗粒吸附到滤料颗粒表面。影响吸附的化学因素包括 悬浮颗粒、悬浮液水体以及滤料的化学性质，其中电化学性质和范德华力是两个最 重要的化学性质。 二是絮凝作用，即通过加入混凝剂使水中产生小而致密的絮凝体，使之能穿透 表面而进入滤床，絮体的形成大大增加了其与滤料颗粒表面接触的机会，使之与滤 料颗粒粘接在一起而被去除。 粥1 荦绪论 三是沉淀作用，小于孔隙空问的颗粒的过滤去除，与一个布满大量浅盘的水池 中的沉淀作用是相类似的。 四是截留作用，也就是筛滤，即大于孔隙直径的悬浮颗粒被截留在滤层的表面 而被去除。 按照不同的分类方法，过滤罐可分多种类型： 一是按水流通过滤床的方向来分，可分为下向流、上向流、双向流、辐射流和 水平流等类型； 二是按所用的滤料来分，可分为砂、煤( 或无烟煤) 、煤砂、多层、混合滤料、 硅藻土、核桃壳等类型； 三是按滤速来分，可分为慢滤池、快滤池和高速滤池等； 四是按过滤水的水流性质来分，可分为压力式和重力式两种。 ( 4 ) 化学处理方法 1 ) 防垢剂 油田采出污水中垢的种类很多，其中危害最大的是：c a c 0 3 垢、c a s 0 4 垢、b a s 0 4 垢等。油田污水处理中应用的防垢方法有两类，一类是化学防垢法，另一类是物理 防垢法。目前，应用比较广泛的是化学防垢法，即向污水中加入防垢剂来防垢。油 f 只上常用的防垢剂有：无机磷酸盐、有机磷酸及其盐类、聚合物及复配型聚合物等。 2 ) 缓蚀剂 由于油田采出污水中含有0 2 、h 2 s 和c 0 2 等腐蚀性气体，对污水处理及注水系 统的金属管线及设施易造成腐蚀。不同油f f l 的采出污水中，溶解氧含量、p h 值及含 盐量( 总矿化度) 也会有所不同，所以腐蚀性也存在差别。例如：大庆油田采出污水 p h 值为8 5 9 、h 2 s 含量1 5 - 2 0 m g l 、溶解氧0 5 m g l 左右，对被污水完全浸泡的金 属一般腐蚀性不大，但在污水罐的水、气界面及罐顶腐蚀严重；而胜利油f 开采出污 水矿化度高达3 x 1 0 4 m g l 以上，p h 值7 0 7 5 、h 2 s 含量1 5 m g l ，溶解氧0 5 2 0 m g l ， 腐蚀性很强。 在水处理过程中，可以通过向水中加入缓蚀剂，来减轻水的腐蚀性。缓蚀剂的 种类可分为6 种：铬酸盐，主要有铬酸钠、铬酸钾、重铬酸钠和重铬酸钟等； i ：海交通人学t 学博l j 学位论文 锌盐，主要有z n c l 2 、z n s 0 4 和z n ( n 0 3 ) 2 等；聚磷酸钠；水玻璃；缓蚀阻垢剂； 有机胺类。 3 ) 杀菌剂 在适宜的条件下，大多数细菌在污水中都可生长繁殖，其中危害最大的是硫酸 盐还原菌( s r b ) 和腐生菌( t g b ) 。s r b 在厌氧环境下能够将水中的无机硫酸盐还原成 硫化氢，从而对钢罐及管线形成腐蚀，腐蚀产物f e s 随注入水回注地层时还会引起 堵塞。t g b 大量繁殖的结果是形成细菌膜，致使水中的悬浮物大量增加，从而堵塞 注水系统及地层。因此，对污水进行杀菌处理是十分必要的。 目前，常用的杀菌方法是投加杀菌剂。杀菌剂按化学成份可分为无机杀菌剂和 有机杀菌剂两大类。属于无机杀菌剂的有氯、臭氧、次氯酸钠等。属于有机杀菌剂 的有氯酚类、季胺盐类、有机硫类和氯胺类。按杀菌机制可分为氧化型和非氧化型 杀菌剂。氯、次氯酸钠、氯胺等属于氧化型杀菌剂，季胺盐类、氯酚类、二硫氰基 甲烷是非氧化型杀菌剂。 1 2 2 油田采出污水处理工艺【3 】 1 2 2 1 国内油田采出污水处理工艺 ( 1 ) 水驱采出水常规处理工艺，处理后水质达到水驱高渗透注水水质指标 1 ) 两级沉降、一级过滤的三段处理工艺 大庆油f 丌从1 9 6 9 年建立第一座采出水处理站丌始，均采用两级沉降、一级过滤 的三段处理工艺。通过多年实际应用证明，该工艺具有除油效率高，出水水质稳定， 维护管理方便等优点。 2 ) 一级沉降、一级过滤的二段处理工艺 2 0 世纪8 0 年代术，随着破- n 质量的提高及脱水技术的发展，原油脱水站脱出 的采出污水含油量已较大幅度降低，含油量在正常情况下已能达到1 0 0 0 m g l 以下， 因此，为降低基建投资，将三段流程简化为二段流程。主要有以下四种流程： 一级沉降、一级过滤工艺。 粗粒化+ 混凝沉降+ 重力过滤流程 第1 币绪论 斜板沉降罐+ 重力过滤流程 粗粒化+ 斜板沉降+ 重力过滤流程 在上述四个流程中，流程比流程停留时间减少一半；流程比流程停留 时问减少一半；流程比流程停留时间减少四分之三。 ( 2 ) 水驱含油污水深度处理工艺，处理后水质达到低渗透注水指标 随着外围油田、老区“表外储层 等低渗透油层的开发，j 为了满足低渗透油层 的注水水质要求，大庆油田1 9 9 1 年丌始建设采出污水深度处理站。大部分深度处理 站是对处理过的已达到高渗透油层注水水质指标的采出污水进行再处理，主要采用 两次压力过滤处理工艺。 1 ) 单向压力过滤处理工艺 经过常规工艺处理后的采出水，再经两级石英砂慢速过滤( 一级滤速8 m h ，二 级滤速4m h ) ，出水可达到低渗透油层注水水质标准。大庆油田，1 9 9 1 年建成的“北 十一”、“杏十六”采出污水深度处理站均采用了此种处理工艺。其特点是流程简单、 操作管理方便、处理效果好，但同时也存在着滤速低、滤罐多、占地大等缺点。 近年来，开始采用无烟煤、石英砂、磁铁矿等多层介质滤料代替单一介质的石 英砂滤料。由于多层滤料级配合理、滤床利用率高，可以提高滤罐截污能力，将滤 速提高了一倍，节省了工程投资和占地。 2 ) 双向压力过滤处理工艺 1 9 8 8 年，大庆油f 只开始进行含油污水双向过滤技术研究。1 9 9 0 年完成含油污水 双向过滤器工业性试验研究，19 9 4 年完成低渗透污水水质双向过滤技术研究。双向 过滤器与石英砂慢速过滤工艺相比较，滤速提高了3 倍，与多层滤料过滤工艺相比， 滤速提高了l 倍。双向过滤工艺在节省基建投资、节省占地方面具有显著优势。但 由于双向过滤器的上、下滤速比必须采用计算机程序控制，控制系统所占投资的比 例较大，且对管理、维护要求高，近几年在新建站中已不再采用。 ( 3 ) 聚合物采出水常规处理工艺，处理水质达到高渗透层水质指标 采用高分子聚合物注入地下驱油后，采出水中含有一定浓度的聚合物，导致采 出水的粘度增加，油水乳化程度加大，油、水、泥的分离难度增大，且原水中含油 f i 海交通人学t 学博f j 学1 讧论文 量、含泥量也较多，进一步加大了含油污水的处理难度。 目前，大庆油田主要通过延长污水沉降时间来保证水质达标，将一次沉降罐的 停留时间由4h 延长为8h ，二次沉降罐的停留时间由2h 延长为4h ，即总停留时间 由6h 延长为1 2h 。 1 2 2 2 国外油田采出污水处理工艺 国外油田采出污水处理工艺与我国大体相似，主要是除油净化和过滤净化两个 阶段，工艺及设备的选择根据原水水质和注入层对水质的要求确定。对渗透性好的 裂缝岩注入层，采用污水除油后，就地回注的工艺；对低渗透层油田注入水的含油 污水处理，采用在常规处理后进行二级或三级过滤工艺。 ( 1 ) 俄罗斯 俄罗斯油田，普遍采用开式重力沉降、过滤处理工艺，近年来，聚结过滤和气 浮选法也开始应用。另外，针对油田进入高含水后，污水处理站的水量迅速增加， 出水质量严重超标的情况，上世纪9 0 年代以来，鞑靼石油设计研究院与鞑靼石油股 份有限公司联合，研制和推广了适应高含水的高效矿场污水净化工艺，不单独建设 大的污水处理站，使脱除的游离水就地净化处理、就地回注，简化了传统工艺，提 高了出水质量，降低了建设投资和生产成本。 ( 2 ) 美国等西方国家 美国油田较常用的除油技术是气浮选，过滤则按注入层渗透率高低采用粗过滤 ( 预过滤) 和精细过滤。比较典型的是贝克( b a k e r s ) 油田采用的气浮选除油和二级 过滤工艺，该工艺利用四级浮选机除油及悬浮物，经泵增压进入双滤料过滤器，再 经滤芯过滤器精滤，处理后水质：悬浮物含量( 2 m g l ，颗粒粒径中值( 1 5 “m ；加拿 大h u s k y 油f f l ，属于低渗透油田，对注入水质要求高，采用除油、过滤、脱氧和杀 菌的污水处理工艺；美国帕若根( p a r a g e n ) 公司把现有的水处理设备组合成一套装 置，称为三合一循环系统( t c c ) 。该系统通过对聚结沉降、水力旋流和气浮选三种 处理方法的优化结合，提高了含油污水处理效率。该系统流量和系统压力较为稳定， 运行平稳，设备体积小，结构紧凑，效率高，可用于海上或陆上油用处理含油污水。 第1 节绪论 1 2 3 油田采出污水处理面临的主要问题 近年来，我国陆上油田随着注水开发时间的延长，特别是以聚合物驱油为代表 的三次采油技术的推广应用，油田采出污水性质发生较大变化，现有污水处理工艺 出现不适应，处理效果变差，影响油田开发效果。主要有以下几方面的问题： ( 1 ) 三次采油采出污水性质变化，处理难度增加 j聚合物驱油技术在“八五”期间被列为国家科技攻关项目，自“九五”之后， 聚合物驱油开采面积及产量不断增加，在保证我国油田原油稳产中发挥着不可替代 的重要作用。大庆油田2 0 0 6 年生产原油4 3 l o 万吨，其中聚驱产量达到1 1 6 7 万吨， 占到总产量的2 7 。但随着聚驱规模不断扩大，采出污水处理难度增加。与水驱采 出污水相比，聚驱采出污水不仅含油量高，而且含有大量的聚合物，处理难度加大。 聚合物对含油污水处理的影响主要体现在以下几个方面【4 5 】： 采出污水中含有聚合物，造成污水粘度增加。水驱采出水的粘度一般为 0 6 m p a s ( 4 5 。c ) ，而聚驱采出污水的粘度随聚合物含量增加而增加，一般为 o 8 1 1 m p a s ( 4 5 。c ) ；粘度增加会增大水中胶体颗粒的稳定性，使污水处理所需的自 然沉降时间增长。 采出污水中油珠变小了。粒径测试发现：聚驱采出污水中油珠粒径小于l o g m 的占9 0 以上，油珠粒径中值为3 - 5 1 a m ；微观测试结果表明：聚合物使油水界面膜 强度增大，界面电荷增强，导致采出水中小油珠稳定地存在于水体中，从而增加了 处理难度。 由于阴离子型聚合物的存在，干扰了絮凝剂的使用效果，使絮凝作用变差， 大大增加了药剂的用量。同时，处理后的水质达不到原有水质标准，油含量、悬浮 固体含量严重超标。 由于聚合物吸附性较强，携带的泥沙量较大。大大缩短了反冲洗周期，增加 了反冲沈的工作量。同时由于泥沙量增大，要求处理工艺各环节排泥设施必须得当。 ( 2 ) 采出污水中悬浮物数量增加，粒径变小，去除更加困难 随着油田丌发时间的延长，采出污水中的悬浮物数量增加，颗粒变细，去除困 难。根据大庆油f f l 统计数据，1 9 9 5 年每5 0 l 采出污水中悬浮颗粒总数为8 1 0 4 1 0 x 1 0 4 f ：海交通人学t 学博i j 学何沦文 个，到2 0 0 2 年每5 0 l 采出污水中悬浮颗粒总数己上升到2 0 x 1 0 4 叫5 x 1 0 4 个，上升了 1 5 0 。3 5 0 ，而且颗粒进一步变细，粒径2 0 1 a m 的颗粒所占的体积百分数已达6 0 以上。 表1 1大庆油田采出水中悬浮物粒径变化情况 t a b l e1 - 1d i a m e t e rs u s p e n d g i n gp a r t i c l e so fp r o d u c e dw a t e ro fd a q i n go i l f i e l d ( 3 ) 油田开发形势变化，要求改善注入水质，降低处理成本 目前，中国已成为世界第二大石油消费国和第三大石油净进口国。2 0 0 5 年中国 石油消费量达3 1 7 亿吨，其中净进口石油1 3 6 亿吨。而且随着我国经济的高速发展， 石油需求量还将逐年增加。为了保证国家石油战略安全，我国主力油田积极应用新 的开发工艺技术，充分挖掘内部潜力，以保持国内原油产量稳定。近年来，一些原 来因丌发效益差而未动用的低产量、低丰度、低渗透油田( 即，“三低 油用) ，陆续 投入开发。为适应油田开发形势，一方面对注水水质要求更加严格，以大庆油田为 例，2 0 0 4 年底对注水水质标准进行重新修订，新标准比旧标准划分等级更细，水驱 由四级变成五级，含聚由三级变成四级，含聚高渗透层指标变严，含油量和悬浮物 由“双3 0 ”变成“双2 0 ”；另一方面，要求尽可能地提高污水处理工艺的能力与效率， 最大限度降低地面建设投资与运行成本，以保证油f r 整体开发效益。 表1 2 大庆油f 日油藏水驱注水指标( i n 标准) t a b l e1 - 2w a t e rq u a l i t ys t a n d a r df o ri n j e c t i o ni nd a q i n go i l f i e l d ( o l d ) i 泌 不含聚污水含聚污水 项目、i p m ) 0 6 0 6 含油鼙( m g l ) 。 s 5 01 $ 0墨l5 0翌o 0- 1 0 01 1 5 0 3 0 0 悬浮颗粒( m g l ) s 1 0 5 3 0 5 0 s 1 0 0- 5 0s l5 0 9 0 0 悬浮物粒径中径( 1 t m )s 1 0叟0 s 3 0s 5 0 翌0s 3 0 苎，5 0 硫酸盐还原凶( 个m 1 ) 2 5叟5 2 5q 5s 1 0 01 1 0 0s 1 0 0 第l 幸绪论 表1 3大庆油田油藏水驱注水指标( 新标准) t a b l e1 3w a t e rq u a l i t ys t a n d a r df o ri n j e c t i o ni nd a q i n go i l f i e l d ( n e w ) 蔷滟 不含聚污水含聚污水 项目芝= ： 0 6 o 6 含油量( r a g l ) 5 o8