油田污泥無害化及資源化處理技術(shù)探討

王愛軍，駱 偉，周志勇，胡新田

(1.中國石油 工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院(有限公司)，新疆 克拉瑪依 834000; 2.中國石油 新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

油田污泥無害化及資源化處理技術(shù)探討

王愛軍1，駱 偉1，周志勇2，胡新田2

(1.中國石油 工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院(有限公司)，新疆 克拉瑪依 834000; 2.中國石油 新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

從分析油田污泥特性入手，對目前油田污泥無害化及資源化處理工程實(shí)例進(jìn)行研究。從處理程度、二次污染、工藝成熟度、使用范圍與特點(diǎn)及成本利潤等方面分別對污泥無害化和資源化處理技術(shù)進(jìn)行綜合比較，分析了各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，為油田清潔生產(chǎn)提供可靠技術(shù)保證，同時(shí)提出了油田污泥處理的研究方向。

油田污泥;減量化;無害化;資源化

油田污泥的主要危害為侵占土地、污染土壤、污染水體及污染大氣［1］。在《國家危險(xiǎn)廢物名錄》中油田污泥屬于危險(xiǎn)廢物管理的范圍，根據(jù)《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》和《國家清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》的要求，必須對其進(jìn)行減量化、無害化及資源化處理［2］。油田污泥包括落地油泥、清罐油泥砂、井下作業(yè)油泥及油田采出水處理站產(chǎn)生的含油污泥，油田采出水處理站產(chǎn)生的含油污泥占油田污泥總量的75%以上。新疆油田目前年產(chǎn)出污泥(12.0～16.6)×104m3。近幾年，新疆油田在污泥減量化、無害化及資源化處理應(yīng)用方面取得了明顯成效:在減量化方面先分析了污泥的特性，并對濃縮脫水工藝設(shè)備進(jìn)行了分析對比;在無害化方面開展了對水－助溶劑體系萃取法、回轉(zhuǎn)爐熱解法、熱洗－有機(jī)溶劑萃取法、螺旋爐排焚燒爐法的研究與應(yīng)用;在資源化方面開展了油田污泥制調(diào)剖劑、制橡膠添加劑及固化制磚的研究。

本工作對新疆油田污泥的5個(gè)無害化工程實(shí)例、3個(gè)資源化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析研究，綜述了各種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)及處理成本，為油田污泥無害化及資源化項(xiàng)目提供借鑒。

1 油田污泥的特性

1.1 物理性質(zhì)

油田污泥粒徑為5～50μm［3］，將其作為油田井下調(diào)剖劑使用時(shí)很容易注入地層，對地層的傷害較小。對原油系統(tǒng)及采出水系統(tǒng)含油污泥的檢測結(jié)果表明，隨含水率的增加，含油污泥密度、黏度及燃燒熱值均逐漸減?。?］。

1.2 化學(xué)性質(zhì)

由于向油田采出水中投加的凈水藥劑中含有大量CaO，導(dǎo)致油田污泥偏堿性，pH最高可達(dá)11.4。油田污泥中揮發(fā)性固體總含量高、固體密度大;植物營養(yǎng)成分含量較低、可生化性差，必須人工投加N和P進(jìn)行調(diào)節(jié)［3］。油田污泥中易滋生大量有害細(xì)菌，如硫酸鹽還原菌、腐生菌和鐵細(xì)菌。稠油污泥中含有大量橡膠填加劑的所需成分，可作為橡膠填加劑使用［4］。

2 油田污泥處理方法分類

根據(jù)污泥性質(zhì)及對減量化、無害化及資源化處理工程效果的總結(jié)，減量化工藝宜設(shè)置在采出水處理站;根據(jù)油田污泥處理后的用途，無害化及資源化處理宜設(shè)置在污泥處理站。油田污泥處理及利用方法分類見圖1。

圖1 油田污泥處理及利用方法分類

3 油田污泥的無害化處理

新疆油田對污泥進(jìn)行的無害化處理方法主要包括螺旋爐排焚燒爐法、熱洗滌法、萃取法、回轉(zhuǎn)爐熱解法、高溫高壓蒸汽噴射熱解法及生物法，處理后的污泥均能達(dá)到GB4284—1984《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》的要求［5］。

3.1 螺旋爐排焚燒爐法

新疆油田污泥無害化焚燒廠位于新疆油田熱采注蒸汽的5#供熱站旁，投資4 908.39萬元，主要用于處理清罐油泥、落地油泥和油田采出水處理站產(chǎn)出油泥，主要設(shè)備為焚燒量3.3 t/h的層燃螺旋焚燒爐。螺旋爐排焚燒爐法流程見圖2。采用螺旋爐排焚燒爐工藝每年可處理污泥30 kt，而且還可生產(chǎn)供油田生產(chǎn)、采暖用的飽和蒸汽44 kt，實(shí)現(xiàn)了油田污泥無害化。

圖2 螺旋爐排焚燒爐法流程

3.2 熱洗滌法

新疆克拉瑪依化工園區(qū)博達(dá)油泥熱洗滌廠主要用于處理落地油泥、新疆油田部分油池污泥，工程投資1 581.9萬元，設(shè)計(jì)處理規(guī)模200 m3/d，是新疆克拉瑪依惟一具有危險(xiǎn)廢物經(jīng)營和運(yùn)輸許可證的單位。熱洗滌法流程見圖3。將含油污泥加熱到80℃以上，投加一定量的表面活性劑，混合洗滌。洗滌混合槽中的含油表面活性劑可循環(huán)使用，洗滌混合槽底部的泥經(jīng)盤式離心機(jī)脫水后外運(yùn)掩埋。

圖3 熱洗滌法流程

3.3 萃取法

井下作業(yè)油泥成份復(fù)雜，含有多種有毒且難于生化降解的高分子水溶性聚合物及各種表面活性劑。井下作業(yè)廢水與油泥萃取試驗(yàn)裝置投資2 750萬元，廢水處理規(guī)模300 m3/d，污泥處理規(guī)模15 m3/d。萃取法流程見圖4。萃取工藝可根據(jù)需要選擇萃取的次數(shù)，萃取劑可循環(huán)使用，蒸餾溫度為220℃。回收的原油經(jīng)冷卻后進(jìn)入聯(lián)合站毛油罐;廢水處理采用電解氣浮選工藝，處理后廢水進(jìn)入采出水處理站。

圖4 萃取法流程

3.4 回轉(zhuǎn)爐熱解法

新疆風(fēng)城油砂熱解工業(yè)化試驗(yàn)工程規(guī)模20 t/d，同時(shí)處理新疆油田風(fēng)城油砂、紅淺油砂、六九區(qū)稠油污水處理廠含油污泥、采油二廠81#廢水處理站含油污泥、克拉瑪依石化污水站產(chǎn)出的含油污泥。回轉(zhuǎn)爐熱解法流程見圖5?；剞D(zhuǎn)爐熱解工藝具有較好的油、氣產(chǎn)收率，產(chǎn)氣率略高于室內(nèi)評價(jià)結(jié)果，產(chǎn)油率為室內(nèi)評價(jià)結(jié)果的81.4%～95.8%，平均值為86.6%［6］。

圖5 回轉(zhuǎn)爐熱解法流程

3.5 高溫高壓蒸汽噴射熱解法

新疆克拉瑪依石化廠污水站油泥處理站采用高溫高壓蒸汽噴射熱解法，主要處理污水站產(chǎn)出的含油污泥，工程投資750萬元，設(shè)計(jì)處理規(guī)模20 t/d。高溫高壓蒸汽噴射熱解法流程見圖6。將脫水后產(chǎn)生的含油污泥泥餅輸送到超熱蒸汽噴射裝置中進(jìn)行處理。利用0.20 MPa以上的飽和蒸汽再加熱生成500℃以上的過熱蒸汽，以超音速從噴射器的噴嘴中噴射入處理槽。在處理槽中，過熱蒸汽與原料供給機(jī)供給的含油污泥碰撞，含油污泥被瞬間粉碎氣化。處理后得到的原油含水率不大于0.5%，殘?jiān)什淮笥?0%，殘?jiān)吐什淮笥?.3%。

圖6 高溫高壓蒸汽噴射熱解法流程

3.6 油田污泥無害化技術(shù)比較

目前已應(yīng)用的5種油田污泥無害化處理技術(shù)的綜合比較見表1。

表1 5種油田污泥無害化技術(shù)的綜合比較

4 油田污泥的資源化處理

目前國內(nèi)油田污泥的資源化處理還只停留在研究階段，新疆油田主要進(jìn)行了油田污泥制調(diào)剖劑、制橡膠添加劑及固化制磚的研究。

4.1 油田污泥制調(diào)剖劑

調(diào)剖技術(shù)是指利用油田污泥與地層間的良好配伍性，對其進(jìn)行化學(xué)處理，使其成為活性稠化污泥，然后用于油田深部調(diào)剖施工［7］。

選取未脫水和脫水的采油一廠、二廠、三廠油田污泥及六九區(qū)稠油油田污泥分別投加懸浮劑、乳化劑和增強(qiáng)劑，制成調(diào)剖劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:油泥漿體黏度低于調(diào)堵劑，抗竄強(qiáng)度也較低;添加劑的固相顆粒直徑為1.326～3.784μm;當(dāng)污泥含油率為6.2%時(shí)，調(diào)剖劑的封堵效果較好。

4.2 油田污泥制橡膠添加劑

取油田污泥采用污泥濕法粉碎、濕法篩選、除殘?jiān)?、?qiáng)磁選除鐵和錳、干燥粉碎等工藝對部分含油污泥進(jìn)行處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新疆油田污泥中含有35%～40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的碳酸鈣，表面吸附約12%的原油，約4%的鋅，50%左右的灰分，可作為一種橡膠添加劑進(jìn)行開發(fā)［8］。將含油污泥通過簡單工藝即可制備成可過200目篩的微粉，含油污泥微粉理化性能和在膠料中的物理性能在6個(gè)平行試樣中基本相近。含油污泥的混煉加工工藝性能優(yōu)于碳酸鈣，與生膠相容性更好;其硫化時(shí)間略長、硬度偏低、扯斷伸長率偏大，但拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和回彈性較高。

4.3 油田污泥固化制磚

在油田污泥中加入固化劑，使其發(fā)生一定的物化反應(yīng)，固化油田污泥中的水分和部分有毒物質(zhì)，使含油污泥具有一定的強(qiáng)度，以便于堆放或存儲［9］。

取采油二廠81#站及六九區(qū)污水廠脫水后污泥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明:含油污泥固化后的抗壓強(qiáng)度達(dá)5 mPa/cm2，完全可用于鋪路和硬化場地;固化后其浸泡液中的COD大幅下降。

4.4 油田污泥資源化技術(shù)比較

目前已應(yīng)用的3種油田污泥資源化處理技術(shù)的綜合比較見表2。由表2可見:含油污泥固化制磚工藝適合各種油田污泥，其工藝較復(fù)雜，設(shè)備投資高，但用量較大;含油污泥制調(diào)剖劑可采用未脫水的油田污泥直接配制，制造工藝簡單可靠，設(shè)備投資低，油田污泥的資源化利用利潤高，但利用量相對較少，受制于油田的用量;含油污泥制橡膠添加劑適合于高鈣低硅型油田污泥，其制造工藝相對復(fù)雜，充分利用了油田污泥中的芳烴等油份，減少了輕鈣及高嶺土的投配量，油田污泥的資源化利用利潤高，是新疆油田高鈣低硅型油田污泥有效循環(huán)利用的最佳途徑。

表2 3種油田污泥資源化技術(shù)的綜合比較

5 建議

5.1 加強(qiáng)污水處理站的含油污泥減量化處理

經(jīng)脫水后含油污泥含水率低于75%，污泥可堆成型，體積減少至脫水前的1/20。因此需在污水處理站建全污泥脫水設(shè)備，并強(qiáng)化管理。

5.2 充分發(fā)揮貯存池作用

油田有大量含油污泥及作業(yè)廢水的貯存池，池內(nèi)不僅存儲有大量的廢水，且有大量漂浮在水面的原油，污染物向土壤中滲透、擴(kuò)散，同時(shí)向大氣環(huán)境揮發(fā)，對環(huán)境造成大面積污染，浪費(fèi)大量的石油資源。需建立循環(huán)設(shè)施及投加一定量氧化劑，利用貯存池的停留時(shí)間及自氧化能力進(jìn)行預(yù)處理。

5.3 含油污泥需進(jìn)行分類預(yù)處理

油田采出水處理站產(chǎn)生的含油污泥、清罐油泥、井下作業(yè)油泥及落地油泥4種含油污泥性質(zhì)差異較大，特別是井下作業(yè)油泥及落地油泥的產(chǎn)量隨機(jī)變化，性質(zhì)差異極大，因此需充分利用油田已建的污泥處理設(shè)施進(jìn)行分類處理。

5.4 加快科研，推進(jìn)污泥資源化利用

新疆油田污水處理站年產(chǎn)出含水95%的含鈣油泥(7.0～9.0)×104m3。經(jīng)研究確認(rèn)稠油含鈣油泥完全可作為橡膠添加劑使用。生產(chǎn)出的橡膠添加劑相對目前市場上的輕鈣橡膠添加劑成本低，若開發(fā)得當(dāng)可形成地方特色的產(chǎn)業(yè)鏈，帶動地方經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展。

6 結(jié)語

油田污泥的處理及處置是目前油田生產(chǎn)的重要課題，隨著含油污泥處理設(shè)備及技術(shù)水平的提高，處理成本將大幅降低，油田污泥的無害化及資源化利用率將大幅提高。

［1］ 徐玉朋.含油污泥的綜合治理［J］.石油庫與加油站，2004，13(6):43－44.

［2］ 鄧皓，劉子龍，王蓉沙，等.含油污泥資源化利用技術(shù)研究［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2007，13(6):43－44.

［3］ 何浩，王愛軍，張志慶，等.新疆油田含油污泥特性研究［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2009，19(3):29－33.

［4］ 何浩，王愛軍，范山鷹，等.油田污泥填料在橡膠中的應(yīng)用研究［J］.橡膠科技市場，2009，12:25－28.

［5］ 農(nóng)牧漁業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所.GB4284—1984農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1986.

［6］ 王萬福，杜衛(wèi)東，何銀花，等.含油污泥熱解處理與利用研究［J］.石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2008，19(6):24－ 27.

［7］ 王志欣.含油污泥深度調(diào)剖技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2009，18(2):16－18.

［8］ 何浩，張志慶，付蕾，等.WN復(fù)合粉對NR膠料性能的影響［J］.橡膠工業(yè)，2009，12(3):743－747.

［9］ 吳波，隋肅，楊中喜，等.油田污泥固化機(jī)理研究［J］.國外建材科技，2004，25(4):118－120.

Discussion on Technologies for Making Oilfield Sludge Harm less and Reusable

Wang Aijun1，Luo Wei1，Zhou Zhiyong2，Hu Xintian2
(1.Xinjiang Petrol Surveying and Design Institute，Engineering Co.Ltd.，CNPC，Karamay Xinjiang 834000，China; 2.Xinjiang Oilfield Branch Company，CNPC，Karamay Xinjiang 834000，China)

Starting with analysis of oilfield sludge properties，several practical cases ofmaking oilfield sludge harm less and reusable are studied.The treatment technologies are compared with each other in aspects of treatment degree，secondary pollution，technicalmaturity，use range，characteristics，cost and profit，and so on，and the advantages and disadvantages of these technologies are analyzed.The study results provide a reliable technical support for oilfield cleaner production，and also present the research direction for oilfield sludge treatment.

oilfield sludge;reduction;harm lessness;resource recycling

X74

A

1006－1878(2011)05－0427－05

2011－03－10;

2011－05－22。

王愛軍(1966—)，男，湖北省浠水縣人，大學(xué)，高級工程師，主要從事廢水處理工程設(shè)計(jì)工作。電話0990－6881920，電郵wangaijun02@163.com。

(編輯 王 馨)