油田污水處理質量控制技術

許延軍

延長油田股份有限公司 計劃部 （陜西 延安 719000）

油田污水處理質量控制技術

許延軍

延長油田股份有限公司 計劃部 （陜西 延安 719000）

介紹了中國油田污水的排放現狀、主要特征及處理難點，分析了油田污水處理質量控制技術的現狀，闡述了污水回注水的水質標準，提出了油田污水回注過程中質量控制方法和建議。結果表明，實施該方法能夠保障油田污水回注過程中水質穩定，環境適應性好，地層污染少，能有效提高油田開發效果。

油田污水 污水處理 質量控制

在油氣田勘探開發過程中，隨著原油和天然氣的采出，通常會產生大量的含油污水，這部分污水統稱為油氣田采出水(Produced Water)。油田含油污水種類廣泛，根據油氣田所處的位置，采出水又可細分為陸上(Offshore)油氣田污水和海上(Onshore)油氣田污水；根據油品性質的不同，油田污水又可分為稠油污水、稀油污水和高凝油污水等；根據生產工藝的不同，油田污水又分為原油脫出水、鉆井污水及站內其它類型的含油污水。依據油田生產、環境等因素，油田污水的處理可以有多種方式。當油田需要注水時，油田污水經處理后回注地層，此時要對水中的懸浮物、油等多項指標進行嚴格控制，防止其對地層產生傷害[1]。然而石油生產單位大部分集中在干旱地區，水資源嚴重缺乏，如何將采油過程中產生的污水變廢為寶，具有十分重要的現實意義。

油田污水的特點

油田污水水質成分較為復雜，污水中的污染成分來源于采油生產的各個生產工序。其中既有原油，又有從地層中攜帶出來的各種鹽類、氣體和懸浮固體。在油氣集中輸送過程中，又摻進了一些化學藥劑，同時污水中還含有一些微生物。由于我國各油田地質條件、開發方式、油層改造措施、注水水質、集輸工藝等的不同，因此各油田采油污水的性質差異很大，使得采油污水的成分更加復雜。一般來說，有以下特點：

（1）含油量高。一般采油污水含有1 000～2 000 mg/L的原油，有些含油量甚至可達5 000mg/L以上。根據含油顆粒大小的不同，油類在水中的存在形式可分為浮油、分散油、乳化油和溶解油。采油污水原油中，一般90%左右的油類是以粒徑＞100μm的浮油和10～100μm的分散油形式存在，另外10%主要是0.1～10μm的乳化油，＜0.1μm的溶解油含量很低。

（2）含有懸浮固體顆粒。顆粒粒徑一般為1～100 μm，主要包括黏土顆粒、粉砂和細砂等。

（3）高含鹽量。一般油田采油污水無機鹽含量很高，每升高達幾千到幾萬甚至十幾萬毫克，各油田甚至各區塊、油層都不同。無機鹽離子主要包括：Ca2+，Mg2+，K+，Na+，Fe2+，Cl-，HCO3-，CO32-等。

（4）含細菌。主要是腐生菌和硫酸鹽還原菌。

（5）部分油田污水含表面活性劑。主要存在于我國三次采油聚合物驅油田。

總體而言，采油污水水質具有以下幾方面特點：含油量遠大于各油田污水回注所要求的水質標準；懸浮物含量高，顆粒細小；富含有機物；含有大量離子，其中既有成垢離子，又有腐蝕性的離子；色度高；含有微生物。目前注入油層的水大部分來自從開采原油中脫出的污水，大體已經占了全國注水總量的80%左右。如果油層注入了未經處理的污水，油層也會受到傷害。這種傷害主要體現在大量繁殖的細菌、機械雜質以及鐵的沉淀物堵塞油層，引起注水壓力上升，注水量下降，影響水驅替原油的效率。因此，必須對注入油層的水進行凈化處理[2]。

油田污水處理技術現狀

由于污水是從油層采出的，所以油田回注污水處理的主要目的是除油和除懸浮物。國內外含油污水處理工藝是基本相同的，主要分為除油和過濾兩級處理，處理污水進行回注。概括地講可分為兩個階段，第一段為除油階段，該階段是利用油、水密度差及藥劑的破乳和絮凝作用將油和水分離開來；第二段為過濾階段，該階段是利用濾料的吸附、攔截作用，將污水中懸浮固體、油和其他雜質吸附于濾料的表面或不讓其通過濾料層。除油階段要根據含油污水中原油的密度、凝固點等性質的不同而采用相應的處理方法。目前國內外除油階段主要采用的技術方法有：重力式隔油罐技術、壓力沉降除油技術、氣浮選除油技術、水力旋流除油技術等。應根據注水地層的地質特性，確定處理深度標準、選擇凈化工藝和設備[3]。

1 工藝流程

油田的水處理工藝，其流程一般為 “隔油-過濾”和“隔油-浮選（或旋流除油）-過濾”，即通常稱為“老三套”，其工藝主要是除去廢水中的油和懸浮物。在很長一段時間內，此工藝流程被廣泛地應用于各油田的采出水處理中，而且效果良好，處理后的水質一般都能達到污水回注的要求。

2 技術分類

根據對油田污水處理程度和水質要求的不同，通常將污水處理技術分為一級處理、二級處理和三級處理。一般來說一級處理屬于預處理，二級處理能除去90%左右可降解有機物和90%～95%的固體懸浮物。然而對于重金屬毒物和生物難以降解有機物高碳化合物以及在生化處理過程中出現氮、磷難以完全除去，還需進行三級處理。各級處理技術主要包括重力分離、粗粒化、浮選法、過濾、膜分離以及生物法等十幾種方法。一二級處理主要是利用過濾、沉降、浮選方法把污水中的懸浮物除去。去除廢水中的礦物質和大部分固體懸浮物、油類等。主要方法包括重力分離、離心分離、過濾、粗粒化、中和、生物處理等方法。這些技術在國內外都比較成熟。

3 油田污水處理的一般工藝

油田污水成分比較復雜，油分含量及油在水中存在形式也不相同，且多數情況下常與其他廢水相混合，因此單一方法處理往往效果不佳。同時，因各種方法都有其局限性，在實際應用中通常是兩三種方法聯合使用，使出水水質達到排放標準。另外，各油田的生產方式、環境要求以及處理水的用途不同，使油田污水處理工藝差別較大。在這些工藝流程中，常見的一級處理有重力分離、浮選及離心分離，主要除去浮油及油濕固體；二級處理有過濾、粗粒化、化學處理等，主要是破乳和去除分散油；深度處理有超濾、活性炭吸附、生化處理等，主要是去除溶解油。

油田水處理評價標準

由于油田含油污水處理以后主要用于回注，處理的主要目標污染物為油類物質和懸浮物。在去除油類物質的過程中，懸浮物能得到不同程度的去除，因此在油田含油污水的處理中，油水分離技術和過濾技術構成常規處理流程的主體，同時輔以防垢、緩蝕、殺菌等化學處理措施，來滿足當污水中油含量在1 000mg/L以下、懸浮固體在300mg/L左右時，處理后水能達到中、高滲透率油層所需的注水水質要求[4,5]，見表1。

表1 碎屑巖油藏注水水質推薦標準

在油田注水過程中，注入水質的好壞直接影響油田的開發效果，各油田在實踐過程中采用以上行業標準推薦指標為基準。油藏儲層物性的復雜性和不確定性是導致不同油田水質標準不一致的主要原因，不能籠統使用一種水質標準評價注入水水質對不同類型油層的適應程度，不同油田要結合各油田自身特點推出適合的水質標準。另外，每個油田從開發初期到中、后期，始終執行一個注水水質標準是否合理，值得研究。因為隨著油田開發時間的延長，原油含水率上升，注水量也要增加。有的油田承受不了就限制水的處理成本，不加藥或少加藥，故水質難以達標。超標水繼續注入油層，也相當于放寬了水質標準[6]。這種超標水注入地層，究竟對不同油層有多大傷害，應跟蹤研究，認真總結，以便制定出可操作性強且經濟有效的注入水質標準。

油田污水處理過程中的質量控制

油田污水處理是一個復雜的系統工程，從某種程度上講其管理難度要比采油的“油系統”還要復雜，因此質量控制尤為關鍵。質量控制是為了通過監視質量形成過程，消除質量環上所有階段引起不合格或不滿意效果的因素，以達到質量要求，獲取經濟效益而采用的各種質量作業技術和活動。質量控制的主要功能就是通過一系列作業技術和活動將各種質量變異和波動減少到最小程度。它貫穿于質量產生、形成和實現的全過程。質量控制的具體實施主要是影響產品質量的各環節、各因素制定相應的計劃和程序，對發現的問題和不合格情況進行及時處理，并采取有效的糾正措施。“作業技術”是控制手段和方法的總稱，“活動”則是人們對這些作業技術有計劃、有組織的系統運用，是一種科學的質量管理方法。前者偏重于方法、工具，后者偏重于活動過程。質量控制的目的在于以預防為主，確保達到規定要求，實現經濟效益[9]。除了控制產品差異，質量控制部門還參與管理決策活動以確定質量水平。在油田回注污水處理質量控制中，宜從藥劑、設備、人員、生產指標和環境等方面進行分析，加強質量控制，實現污水處理合格[10]。

1 現場應用化學藥劑的質量控制

污水處理的化學藥劑種類較多，化學藥劑的質量控制可以從采購、監督抽查、優選供應商等方面進行控制。其中，入庫檢驗是物資采購過程的關鍵環節，監督抽查是對物資采購過程的跟蹤檢查，質量檢驗是主要措施。優選供應商，從源頭抓質量，是最大限度地保障進入油田物資質量的重要手段之一。

對現場應用單位而言，應該對化學品購入檢查、取樣檢驗、產品質量要求等做出嚴格的入庫檢驗規定，購入檢查包括產品檢斤、外觀檢查、包裝驗收等，嚴格按化學品采購標準驗收（數量、包裝、標志、外觀質量、產品合格證等）規定，進行外觀質量檢驗。其中，使用性能抽檢是指藥劑到達生產現場后，按相關化學藥劑質量驗收細則，以隨機抽樣的方式進行質量驗收，準確填寫化學藥劑性能檢驗記錄的各項數據。產品質量要求是指在現場進行藥劑處理污水試驗，達到規定的水質處理質量要求。

2 設備管理質量控制

污水處理設備主要包括過濾罐、沉降罐、過濾泵、加藥泵、加藥罐等，對壓力容器，應建立設備檔案，收集技術資料，定期檢驗，定期清理維護；對泵類設備，其質檢、保養和使用要嚴格按照使用說明書和維護保養規范來進行操作，泵前要有過濾裝置。

3 人員的質量控制

污水處理涉及到多個崗位之間的配合，除了嚴格執行操作標準、管理規定、信息溝通制度等，人員的素質和技能提高是控制污水處理質量的關鍵。因此，必須加強人員的培訓。對于新進員工，要端正態度，掌握良好的基礎技能，做到能夠發現問題，這是提高生產效率的基礎。對于在職員工，除了要加強基礎技術訓練，熟悉崗位流程和設備操作，還要提高正確的判斷能力和認真工作的熱情。對于管理崗位員工，主要是建立對質量的共同理解，分享質量的經驗教訓，注重專業技術的更新和補充，學習新方法，掌握新技術，提高技術技能和人際技能。對于領導，除應熟悉專業技術外，還要掌握管理技能，提高人際技能和概念技能。

4 指標的質量控制

污水處理的最終目的是滿足指標要求，減少水質的波動。現代質量工程的主流是減小、抑制和控制產品實現過程中的波動。波動是導致質量問題的根本原因，如何減小和控制產品實現過程中的波動，已成為當代質量工程領域的核心內容。針對油田注水標準要求嚴格的特點[11]，立足現有流程，進行質量控制，制定相應的操作要求，對常出現的水質超標問題，制定出事故對策。針對不同流程制定出控制內容、技術要求、檢驗方式、檢測周期和質量管理級別，對污水處理過程中的各個因素進行控制，從管 “結果”變為管“因素”，把不合格品消失在它的形成過程之中，并對各個控制段和控制點的指標及時進行檢驗，做到不斷的質量改進。

5 環境質量控制

從世界范圍講,一項為長遠解決石油工業污染問題的環境控制技術正在興起和發展,同時也正在石油工業中引起一場變革。這門技術的特點是著重從鉆井、采油和油田地面工程內部環節來解決工程與環境的相互影響,通過控制污染機理來預防環境污染、改善環境質量。這一技術與傳統的廢物治理技術在思考方法和技術路線上有著顯著的本質區別[12]。

由于油田的采油廢水不能全部回注地層，一部分需外排，且外排量越來越大。采油廢水是高污染物質，排到環境中去，既污染環境，也不符合國家環保標準。因此，各油田應針對各自油田采油廢水的特點，進行污水處理的研究。為保護環境，將油田污水注入到油藏儲層中去，而不將油田污水外排到自然環境中去的一種注水方式。環保注水的特點是:處理水量大、工藝簡單、投資少、運行費用低，周期短、清潔、安全，達到油田污水治理和保護環境的雙重目的。實踐證明環保注水是油田污水環保治理的好途徑[13]。

污水回注在油田的持續高產穩產、保護生態環境等方面發揮了重要作用。加強質量控制，提高污水處理質量，是長期困擾油田污水處理企業的一個難題。這需要有質量管理的思想、方法、技術和手段，而提高質量的一個主要管理手段就是進行有效的過程監控。

結論

（1）未經處理的污水，注入油層中，會導致大量繁殖的細菌、機械雜質以及鐵的沉淀物堵塞油層，引起注水壓力上升，注水量下降，影響水驅替原油的效率。因此，必須對注入油層的水進行凈化處理。

（2）針對具體油藏，要根據實際情況研究油井產出污水回注對地層的損害機理，制定合理、科學的注水水質標準和注水工藝措施，這是實現油井產出污水最大可能地回注的一條重要途徑。

（3）為使注入水符合地層巖石和流體的配伍要求，需要對油層中結垢、防堵和解垢進行系統研究，保障注入水在理化性質上與地層巖石、流體的相容性。這一研究包括巖石的礦物組分，注入水和地層水質全分析，井下巖心的靜態試驗和動態試驗，并研究相互的配套工藝技術，切實了解油田產出污水回注地層的結垢機理，掌握對防垢和解垢的處理技術，保證使油井產出污水按配注要求注入。

（4）在油田污水處理中，對藥劑、設備、人員、指標和環境等方面進行質量控制。加強生產過程的質量控制，必須嚴格執行質量標準和工藝規范，強化質量控制點的管理監督，完善質量檢測設備，提高檢測人員素質，才能增強生產過程的質量保證能力，確保最終污水處理的質量合格。

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An introduction is given to the discharging situation,the major characteristics and disposing difficulties of oilfield sewage in China.Then,the current situation of the quality technology about sewage treatment in oilfields is analyzed,followed by the explanation of quality standards of re-injected water from treated sewage.Next,some methods and advices about quality control in the process of disposed water reinjection in oilfields are presented.At last,it is shown that the use of these methods can ensure the water quality stability in the produced water re-injection,the good environment adaptability,less pollution in earth of oilfields,and thus effectively improve the effect of oilfield development.

oilfield sewage;sewage treatment;quality control

黃永場

2010-05-20