撬裝式采出水處理裝置工藝優(yōu)化研究

陳 斌 ，魚 濤 ，屈撐囤 ，3*

（1.中國石化江漢油田分公司江漢采油廠，湖北潛江 433124；2.西安石油大學(xué)，陜西省油氣田環(huán)境污染控制與儲層保護重點實驗室，陜西西安 710065；3.石油石化污染物控制與處理國家重點實驗室，北京 102206）

近年來，隨著石油開發(fā)進程的不斷進行，油田采出液的含水率及產(chǎn)出水總量不斷增加。采出水含有懸浮物、油、溶解鹽等，具有一定的儲層傷害性、腐蝕性及結(jié)垢性[1]，為了實現(xiàn)油田的可持續(xù)發(fā)展，需要實現(xiàn)采出水處理達標后就地回注。

目前，對于斷塊油田以及產(chǎn)量較低的偏遠區(qū)塊，產(chǎn)出液量較低[2]，適宜采用撬裝式采出水處理裝置進行就地處理、就地回注。這類裝置屬于小型活動式處理裝置，由調(diào)儲罐、反應(yīng)器、加藥系統(tǒng)、氣浮或沉降裝置、過濾器、污泥罐等組成。其中加藥控制系統(tǒng)、反應(yīng)器、氣浮或沉降裝置、過濾器、藥劑是撬裝式廢水處理裝置的核心[3]。撬裝式采出水處理系統(tǒng)適用于小型油田或邊緣區(qū)塊開發(fā)油田的污水處理，從裝置結(jié)構(gòu)上它要求單體處理設(shè)備體積小、效率高。

論文通過對撬裝式采出水處理水質(zhì)穩(wěn)定性的評價，進而對撬裝式采出水處理裝備工藝進行優(yōu)化，建立合理的處理工藝。

1 實驗部分

1.1 主要試劑及儀器

主要試劑：無水乙醇、石油醚、丙酮等分析純試劑，NaOH、聚合氯化鋁（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）等工業(yè)用品。

主要儀器：分析天平、UNIC-2100紫外分光光度計、無菌注射器、細菌培養(yǎng)箱、恒溫水浴鍋、SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵及配套的玻璃砂芯過濾裝置等。

1.2 實驗方法

1.2.1 離子含量分析 鈣離子、鎂離子、硫酸根離子、碳酸氫根離子等依據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法第四版》進行分析。

1.2.2 懸浮物、含油量等的分析 懸浮物、含油量、腐蝕速率、細菌含量等依據(jù)《碎屑巖油藏注入水水質(zhì)標準及分析方法》（SY/T5329-2012）進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 采出水水質(zhì)分析

依據(jù)1.2.1、1.2.2方法，對陜北某油田采出水進行分析，結(jié)果（見表1）。

表1 陜北某油田采出水水質(zhì)分析結(jié)果

從表1數(shù)據(jù)看出，該采出水中Fe3+含量較低，為4.47 mg/L；二價硫含量較高，為7.41 mg/L；鈣離子含量為837.67 mg/L，SRB與TGB含量為1 100個/毫升；腐蝕速率較高，為0.111 4 mm/a。

2.2 pH值的優(yōu)選

以NaOH為水質(zhì)調(diào)節(jié)劑，在7.0～8.0范圍內(nèi)進行pH值的優(yōu)選，以懸浮物絮體量、沉降時間以及上清液透光率為依據(jù)，實驗結(jié)果（見表2）。

表2 不同pH值下絮凝效果的對比

由表2可知：pH值為7.0時，懸浮絮體量較少，絮體沉降速度慢，上清液透光率較差；隨著pH值增加，懸浮絮體量也在增加，絮體沉降時間變短，沉降速度加快，上清液透光率變好；當(dāng)pH值為8.0時，絮凝效果最好，上清液透光率達到93.6%。這是因為隨著pH值增加，產(chǎn)生的絮體增加，絮體所包裹的懸浮物和油分增多，水中殘留的懸浮物和油分減少，因此透光率逐漸增加[4]；隨著pH值的增大，結(jié)垢量會逐漸增加，產(chǎn)生的污泥量也會越來越大。根據(jù)以上原因，選擇將pH值控制在7.5為宜。

2.3 無機絮凝劑加量的優(yōu)選

用4%的NaOH將污水的pH值調(diào)至7.5，分別向其中加入20 mg/L～140 mg/L的PAC，以上清液懸浮物含量、透光率和色度為依據(jù)，考察無機絮凝劑（PAC）加量對污水絮凝處理效果的影響，結(jié)果（見表3）。

表3 PAC加量對絮凝效果的影響

由表3可知，當(dāng)采出水的pH值恒定時，無機絮凝劑加量從20 mg/L增加到140 mg/L時，絮體形成速度均較快，上清液的透光率增加幅度較小，上清液懸浮物含量以及色度均出現(xiàn)先下降后上升的現(xiàn)象。主要原因是該采出水懸浮物含量較高，為38.00 mg/L，含油量相對較低，為4.10 mg/L，易形成絮體；同時由于該采出水二價硫含量較高，為7.41 mg/L，二價硫會與聚合氯化鋁形成較大顆粒的絮體，使絮體沉淀速度加快，懸浮絮體量減少，進而使得上清液色度逐漸降低[5-8]。綜合以上因素，再考慮成本以及污泥產(chǎn)生量的因素，選擇無機絮凝劑加量為120 mg/L。

2.4 有機絮凝劑相對分子質(zhì)量的優(yōu)選

用4%的NaOH將該采出水的pH值調(diào)至7.5，加入120 mg/L的無機絮凝劑PAC，然后分別向其中加入相對分子質(zhì)量為400、800、1 000、1 200萬的有機絮凝劑PAM，以上清液懸浮物含量、透光率和色度為依據(jù)，考察有機絮凝劑相對分子質(zhì)量對污水絮凝處理效果的影響，結(jié)果（見表4）。

由表4可知，當(dāng)采出水的pH值為7.5，且無機絮凝劑PAC加量恒定時，隨著有機絮凝劑的相對分子質(zhì)量從400～1 200萬不斷增加，上清液透光率以及色度隨相對分子質(zhì)量的增大而增加，說明隨著PAM相對分子質(zhì)量的增大，采出水處理效果越來越好，即PAM（1 200萬）的處理效果最好[9]。這是因為隨著相對分子質(zhì)量的增大，PAM吸附架橋的能力增強，同時黏度升高，細微絮體的布朗運動減弱，彼此的接觸碰撞機會減少，聚沉效果在這兩種趨勢的共同作用下，產(chǎn)生了峰值效應(yīng)。因此，選擇相對分子質(zhì)量為1 200萬的PAM。

表4 不同相對分子質(zhì)量陽離子PAM對絮凝效果的影響

2.5 有機絮凝劑加量的優(yōu)選

用4%的NaOH將該采出水的pH值調(diào)至7.5，加入120 mg/L的無機絮凝劑PAC，然后分別向其中加入相對分子質(zhì)量為1 200萬的有機絮凝劑PAM 0.8 mg/L～1.0 mg/L，以上清液懸浮物含量、透光率和色度為依據(jù)，考察有機絮凝劑加量對污水絮凝處理效果的影響，結(jié)果（見表 5）。

表5 不同加藥量下的陽離子PAM對絮凝效果的影響

由表5可知，當(dāng)采出水的pH值為7.5，無機絮凝劑PAC加量為120 mg/L且有機絮凝劑的相對分子質(zhì)量恒定時，隨著有機絮凝劑PAM加量從0.8 mg/L～1.0 mg/L不斷增加，上清液透光率變化幅度并不明顯；另一方面，從表中還可以看出，PAM的濃度越大，上清液懸浮物含量越少，色度越小，間接說明了隨著PAM加藥量的增大，采出水處理效果越來越好，即PAM濃度為1.0 mg/L時，處理效果最好。這是因為隨著PAM濃度的增加，吸附架橋的能力增強?？紤]成本問題，選擇濃度為1.0 mg/L的PAM。

2.6 有機絮凝劑與無機絮凝劑加藥順序優(yōu)選

用4%的NaOH將采出水的pH值調(diào)至7.5，加入120 mg/L的無機絮凝劑PAC，1.0 mg/L的有機絮凝劑PAM（1 200萬），改變PAC和PAM（1 200萬）的加藥順序，以上清液懸浮物含量、透光率和色度為依據(jù)，考察加藥順序?qū)ξ鬯跄幚硇Ч挠绊懀Y(jié)果（見表6）。

由表6可知，先加PAC后加PAM（1 200萬）的效果比先加PAM（1 200萬）后加PAC的效果好。這是因為PAC水解后得到多種絡(luò)離子，其通過壓縮雙電層及電中和作用使污水中許多穩(wěn)定的膠體粒子或者細小油珠脫穩(wěn)和凝聚，生成小絮體，加入PAM后可以把上述小絮體通過靜電引力、范德華力及氧鍵力搭橋聯(lián)結(jié)為更大的絮體，加快絮體的沉降分離速度[10]。因此，選擇先加PAC后加PAM（1 200萬）的加藥順序。

表6 有機絮凝劑與無機絮凝劑加藥順序?qū)π跄Ч挠绊?/p>

2.7 絮凝處理后水質(zhì)分析

根據(jù)以上研究結(jié)果對該采出水進行絮凝處理，處理后水質(zhì)進行分析，結(jié)果（見表7），污水進行絮凝處理后，含油量、二價硫離子含量、鐵離子含量、腐蝕速率均在控制指標以內(nèi)，水質(zhì)達標。

表7 進水絮凝處理前后水質(zhì)分析結(jié)果

表7 進水絮凝處理前后水質(zhì)分析結(jié)果（續(xù)表）

2.8 工藝選擇及優(yōu)化

針對油田采出水的特點、回注的注水要求、撬裝式油田采出水處理裝置的特點，在上述研究的基礎(chǔ)上提出以下工藝（見圖1）。

圖1 優(yōu)化后的工藝流程

3 結(jié)論

（1）在 pH 為 7.5，無機絮凝劑（PAC）加量為120 mg/L，有機絮凝劑（PAM）的相對分子質(zhì)量選取1 200萬，加量為1.0 mg/L，加藥順序為PAC+PAM時，該采出水的含油量、懸浮物含量、二價硫離子含量、二價鐵離子含量、腐蝕速率分別為3.0 mg/L、1.49 mg/L、1.33 mg/L、0.42 mg/L、0.004 902 mm/a。

（2）優(yōu)化形成的工藝路線為：采出水來水→集水池→過濾清洗網(wǎng)→自然除油罐→氣浮池→緩沖罐→三級過濾（核桃殼、石英砂、改性纖維球）→清水池→出水。

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