石南油田采出水處理藥劑篩選及性能評價

宗明月 孫林港 羅春林

（中國石油工程設(shè)計有限公司新疆設(shè)計院）

石南油田采出水處理藥劑篩選及性能評價

宗明月 孫林港 羅春林

（中國石油工程設(shè)計有限公司新疆設(shè)計院）

根據(jù)新疆油田石南4井區(qū)采出水高含鹽、強腐蝕、結(jié)垢、藥劑絮凝反應(yīng)效果差的水質(zhì)特性，通過室內(nèi)實驗及藥劑評價，篩選出適宜的水質(zhì)凈化劑及穩(wěn)定劑。在凈水劑加藥量為100 mg/L，助凝劑加藥量4.0 mg/L，催化劑加藥量30 mg/L，緩蝕劑加藥量為50 mg/L，阻垢劑加藥量為15～20 mg/L時，采出水處理效果較好，有效降低了腐蝕結(jié)垢強度，滿足Q/SYXJ 0065—2003《克拉瑪依油田注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》要求。采用此藥劑處理，成本為1.17元/m3。

采出水凈化；藥劑篩選；凈水劑；助凝劑；催化劑；緩蝕劑；阻垢劑

0　引 言

隨著油田開發(fā)的進行，目前石南油田開發(fā)已進入油層開發(fā)中后期［1］，采出水的組成和性質(zhì)較油田開發(fā)初期發(fā)生了較大的變化，原采出水處理系統(tǒng)已無法適應(yīng)水質(zhì)變化后的采出水處理要求，給油田生產(chǎn)帶來較大影響。本研究根據(jù)石南油田采出水水質(zhì)分析，從水質(zhì)凈化、控制腐蝕、結(jié)垢等方面著手，研究篩選適應(yīng)石南采出水處理的藥劑體系，提高采出水處理效率［2］，降低運行成本。

1　采出水處理工藝流程

石南聯(lián)合站采出水處理工藝流程為：原油多功能處理器來水→兩座300 m3接收罐→兩臺增壓泵→兩座反應(yīng)罐→兩座200 m3斜板沉降罐→兩座60 m3緩沖罐→兩臺提升泵→核桃殼過濾器→注水罐。

原油處理系統(tǒng)分離的采出水，首先進入接收罐，去除大部分浮油和懸浮物，經(jīng)泵提升進反應(yīng)器，反應(yīng)器上部和中部加入凈水藥劑；出水進斜板沉降罐，小絮體進一步聚集和沉降后，經(jīng)緩沖罐緩沖由泵提升至過濾器，過濾器出水進入注水罐，合格水用于油田注水。

2　石南油田采出水水質(zhì)分析

石南聯(lián)合站采出水水質(zhì)分析見表1。

由表1看出：油田采出水礦化度較高，特別是Cl-含量高，表明該類型水具有較強的腐蝕性。HCO3-、SO24-含量高，同時具有過量的Ca2+，在壓力、溫度等條件發(fā)生變化時，該類型水具有較強的結(jié)垢趨勢。實際的生產(chǎn)運行也驗證了這一分析，采出水處理系統(tǒng)及注水系統(tǒng)機泵、管線結(jié)垢嚴(yán)重，造成設(shè)備管線經(jīng)常性清洗。由于礦化度含量高，藥劑絮凝反應(yīng)效果差［3］。

3　研究思路

根據(jù)石南油田采出水處理工藝流程及變化后的水質(zhì)，通過實驗室水質(zhì)凈化實驗，優(yōu)選凈水劑和助凝劑。中和膠體表面電荷，改善藥劑反應(yīng)條件；投加催化助沉劑，增大絮體之間的凝結(jié)力，增大絮體密實度，加快沉降；加入絮凝劑，使細(xì)小的顆粒凝結(jié)成較大的顆粒或絮體。

4　凈水體系研究

采出水的凈化處理效果好壞是處理水質(zhì)達標(biāo)的關(guān)鍵，因此凈水藥劑的篩選是水處理藥劑篩選的關(guān)鍵。根據(jù)石南油田采出水水質(zhì)特點，凈水藥劑的篩選主要包括混凝劑、絮凝劑、助沉劑的篩選。

4.1凈水體系藥劑

4.1.1凈水劑篩選

陽離子凈水劑不僅對懸浮在水中表面帶負(fù)電的固體顆粒和油珠起著靜電中和作用，而且還有一定的吸附橋聯(lián)、絮凝聚結(jié)的作用［4-5］。因此，陽離子凈水劑處理含油污水的效果十分明顯［6］。

本實驗水樣為石南油田原油系統(tǒng)分離出的采出水。在水樣中加入四種不同的凈水劑，分別考察凈水劑對采出水濁度的影響，實驗結(jié)果見圖1。

由圖1可知，加入JS-1時，對懸浮物的去除率較好，當(dāng)加藥量大于100 mg/L時，濁度變化已經(jīng)不明顯，因此確定JS-1的最佳加藥濃度為100 mg/L。

4.1.2助凝劑

由表1數(shù)據(jù)可知，石南采出水含油量高，約為80 mg/L，嚴(yán)重影響凈水藥劑形成絮體的沉降，因此有必要篩選助凝劑增加絮體比重。

在水樣分別投加四種不同的助凝劑，考察助凝劑對采出水濁度的影響，實驗結(jié)果見圖2。

圖2　助沉劑對采出水濁度的影響

由圖2可知，助凝劑ZN-2加藥量為4 mg/L時，處理效果較好，因此選擇ZN-2為助凝劑，最佳加藥量為4.0 mg/L。

4.1.3催化劑

從凈水藥劑篩選結(jié)果可以看出，在水質(zhì)凈化過程中，凈水效果雖然比較理想，但絮體沉降速度尚待提高，因此有必要投加催化劑，增大反應(yīng)強度，加快反應(yīng)速率，增強絮體緊密度，促進絮體沉降。表2為催化劑投加前后及不同加藥濃度對采出水處理的影響。

表2　催化劑篩選結(jié)果

從表2篩選結(jié)果可知，催化劑的加入，明顯加快藥劑反應(yīng)速度，提高水質(zhì)凈化效果。但是隨著加藥量的增大，效果反而降低，因此確定催化劑最佳加藥量30 mg/L。

4.2水流線速度、攪拌時間對凈水體系的影響

4.2.1水流線速度

在水處理凈化體系中，水流線速度對藥劑作用影響很大。水流線速度對強化絮凝凈水藥劑凈水效果影響見圖3。

圖3　水流線速度與濁度的關(guān)系

由圖3可以看出，水樣中凈水劑JS-1加藥量100 mg/L、助凝劑ZN-2加藥量4.0 mg/L，催化劑加藥量為30 mg/L的情況下，隨著水流線速度的提高，凈水藥劑的凈水效果有所提高，水流線速度到達0.6 m/s以后，效果趨于穩(wěn)定，因此該藥劑體系在流速較低的情況下，仍有較高的適應(yīng)性。

4.2.2攪拌時間

水處理過程中，攪拌時間與水處理效果有很大關(guān)系：加入凈水劑后攪拌時間過短，藥劑與污水反應(yīng)不充分，會使處理后污水水色不清；時間過長，會增大反應(yīng)罐的體積；加助凝劑后，攪拌時間過短，會使絮體難以聚集或聚集不充分，攪拌時間過長，將使形成的絮體被打散，影響絮體的沉降及水質(zhì)。攪拌時間對凈水效果影響見圖4和圖5。

圖4　凈水劑攪拌時間與剩余濁度的關(guān)系

圖5　助凝劑攪拌時間與剩余濁度的關(guān)系

從圖4可知，當(dāng)加入凈水劑后，攪拌時間為60 s時，剩余濁度達到最低，水中懸浮物基本趨于穩(wěn)定。

從圖5可知，當(dāng)加入助凝劑后，攪拌時間為40 s效果最好。

5　其他藥劑優(yōu)化

由水質(zhì)分析結(jié)果可知，石南油田采出水p H＞7呈弱堿性，其中Ca2+、HCO3-、Cl-含量較高，水中檢測到有不同程度的細(xì)菌存在，造成系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢現(xiàn)象，進一步加速細(xì)菌滋生［7］。為保證處理后采出水達到石南地區(qū)回注要求，降低對地層的損害，需要進一步對水質(zhì)穩(wěn)定藥劑進行篩選優(yōu)化。

5.1緩蝕劑

石南油田采出水處理的緩蝕劑篩選結(jié)果見圖6。

圖6　緩蝕劑評價實驗結(jié)果

從圖6可知，參與評價的幾種緩蝕劑均有一定的緩蝕效果，其中緩蝕率最高的是HS-1，在加藥量50 mg/L時緩蝕率達到90%以上，使用效果優(yōu)于其他藥劑。

5.2阻垢劑

從石南油田采出水水質(zhì)全分析可知，水中Ca2+和HCO3-、SO24-含量較高，屬于易結(jié)垢水型，為降低、抑制水中結(jié)垢現(xiàn)象，在室內(nèi)進行阻垢劑篩選［8］，結(jié)果見圖7。

圖7　阻垢劑使用效果評價

從篩選結(jié)果可知，當(dāng)ZG-1加藥量為15 mg/L時，阻垢率可達到100%，可以有效控制污水結(jié)垢問題。考慮到現(xiàn)場水質(zhì)對阻垢劑的影響，建議加藥量15～20 mg/L。

6　成本核算

在對石南水質(zhì)狀況調(diào)查、水質(zhì)分析、原水凈化藥劑評價及工藝研究工作的基礎(chǔ)上，本研究采用重力除油、混凝沉降、過濾工藝能夠使石南站污水處理達標(biāo)回注。

按照藥劑篩選結(jié)果，可以保證處理后污水水質(zhì)滿足設(shè)計要求，處理成本在1.17元/m3。凈水加藥方案及成本核算見表3、表4。

表3　凈水加藥方案

表4　方案成本核算

7　結(jié) 論

①石南油田污水水質(zhì)p H＞7，Ca2+含量和HCO3-含量較高，屬于易結(jié)垢水質(zhì)；污水中Cl-含量較高，靜態(tài)腐蝕結(jié)果比較嚴(yán)重。

②凈水劑JS-1加藥量為100 mg/L，助凝劑ZN-2加藥量為4.0 mg/L，催化劑加藥量為30 mg/L，水樣濁度降至約2 NTU，處理效果好；水流線速度達到0.6 m/s，攪拌時間為40～60 s時，凈水藥劑體系效果穩(wěn)定。

③緩蝕劑HS-1加藥量為50 mg/L，緩釋率可達90%以上，阻垢劑ZG-1加藥量為15～20 mg/L，阻垢率可達100%。

④新藥劑體系適應(yīng)能力強，在低流速、高含油、高懸浮物情況下，依然可以滿足 Q/SYXJ 0065—2003《克拉瑪依油田注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》要求。

⑤針對石南4含油污水，采用的凈化藥劑體系，可以保證處理后污水水質(zhì)滿足設(shè)計要求，處理成本在1.17元/m。

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（編輯 王蕊）

10.3969/j.issn.1005-3158.2015.06.008

1005-3158（2015）06-0029-04

2015-01-21）

宗明月，2011年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)，現(xiàn)在中國石油工程設(shè)計有限公司新疆設(shè)計院從事水處理、環(huán)境保護工作。通信地址：新疆克拉瑪依市友誼路115號新疆設(shè)計院，834000