渤海海上油田含聚污水處理技術分析與思考

鄭 路

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

0 引言

聚合物驅是一種有效的提高采收率的3次采油技術，在為油田帶來增油效果的同時，也產生了含聚污水的處理難題。含聚污水是一種復雜的油水體系，污水中除了含有石油烴類、懸浮物顆粒、細菌、無機鹽等常規采油污水中含有的物質外，還含有大量殘余聚合物，主要是HPAM(Hydrolyzed Polyacrylamide)，即陰離子型聚丙烯酰胺，相對分子量較高，是 2×106～5×106。由于其自身的黏稠性和吸附性，含聚污水具有黏度大、原油乳化程度較高、油水很難靠自然沉降分離等特點。處理難度大，采用傳統“老三段”式的污水處理工藝難以達到外排或回注指標。

如果回注污水處理指標不達標，將可能造成近井地帶滲流通道堵塞，油層滲透率降低，從而影響油藏開發效果。含聚污水的處理效果對注聚油田的高產穩產具有重要的意義，各油田都在積極探索和研究更加有效的含聚污水處理技術方案。

1 渤海海上油田含聚污水主要處理工藝

1.1 物理方法

物理方法主要包括重力除油技術、氣浮方法、吸附過濾技術等。

（1）重力除油技術。主要原理是利用油和水的不相溶性以及油水密度差進行分離，重力除油技術可去除機械分散態和游離態油，處理效果穩定，管理方便，運行費用低。斜板除油、水力旋流、機械分離等均是利用重力除油原理。其中，斜板除油器在渤海海上油田具有較廣泛的應用，通常作為生產水系統第一級油水分離設備。它是在淺池理論基礎上發展出來的沉淀裝置，通過在容器內部規律平行布置一定數量和角度的波紋板（也稱斜管、六角蜂窩斜管、斜管填料），減少沉淀時間，提高沉降效率。斜板除油技術具有濕周大、水力半徑小，層流狀態好、顆粒沉降不受紊流干擾等特點。

斜板除油器基本工作過程是：含油污水混合液進入斜板除油器后，沿入口分配器散開向下流，進入斜板除油器凝聚段，借助比重差和在聚結板上凝聚進行油水分離。聚結板為交錯排列的平行波紋板，可以提高油滴上升并聚集成較大油滴的速度，使其盡早形成穩定油層，從而提高油水分離效率。預分離后的油水混合物進入分離室，分離室設置有斜板，當混合液通過斜板時，比重較輕的油滴上浮，較重的水下降，由此形成了明顯的油水界面，比重較輕的油層從油箱板頂部自然流入集油室，最后從油出口排出，水則從水出口排出。

（2）聚結氣浮技術。根據進氣方式的不同，可將氣浮選機分為誘導式、射流式和溶氣式3種基本形式。3種形式的氣浮選機在我國海上平臺均有應用。其中，誘導式氣浮在早期應用較多，近20年來以溶氣式氣浮使用居多。溶氣式氣浮主體一般為微正壓，獨立設置帶壓溶氣罐，在溶氣罐內浮選氣與生產水混合形成飽和液體，通過管道在浮選機底部迅速釋放形成大量微氣泡，通過氣泡在上升過程中的吸附和攜帶作用去除生產水中的油滴和懸浮物。

渤海海上油田廣泛采用將溶氣氣浮和聚結填料相結合的氣浮技術。經預處理后的污水進入氣浮選機箱體，在進水室和氣水混合物中釋放的微小氣泡[氣泡直徑（30～50）μm]混合。這些微小氣泡粘附在污水中的絮體上，形成比重小于水的氣浮體。氣浮體上升至水面凝聚成浮渣，通過刮渣機刮至收油槽。在進水室較重的固體顆粒在此沉淀，通過排渣閥排出，從而去除大量懸浮物和油。

污水進入氣浮裝置布水區，布水區設置有斜板，斜板組件保證在較短時間內水流處于完全的層流狀態，固液分離徹底，效果穩定，受原水波動影響較小。并可使絮體在斜板內部上浮的過程中發生二次的絮凝反應，增大顆粒的尺寸，提高分離效率，從而進一步除油。聚結氣浮可有效去除污水中的油和懸浮物，去處率>90%。

（3）吸附過濾技術。雙介質過濾器屬于吸附過濾，主要用于從污水中除去較小粒徑的懸浮物和油，生產水由過濾器上部進入，在一定壓力下通過濾料層。過濾器內裝填2種粒狀濾料，依據來水水質進行濾料級配，上層布以親油粒狀濾料進行除油以及粗過濾；下層設置較細濾料，進一步截留較細粒徑的懸浮物，使濾料的深層過濾作用得到充分發揮；在過濾器進水管道上預留了助濾劑加藥口，如有必要，可通過加注藥劑實現微絮凝過濾，提高過濾器的去除效率，以滿足不同注水水質要求。

由于生產水中的油滴和懸浮物被吸附在濾料表面微孔內，雙介質過濾器運行一段時間后需要進行反沖洗操作，雙介質濾器采用氣液2段反洗，以達到防止濾料板結，清理濾料所吸附的油滴和雜質的目的。當油品性質較差時，過濾器的反沖洗頻率會逐漸增加，反沖洗不能將濾料中的油滴和懸浮物清理完全，在反沖洗過程中，濾料會逐步缺失，過濾器的處理效果會變差，需要停機開罐，補充或更換濾料。因此，過濾器一般會設置備用。

1.2 化學方法

化學方法通過篩選藥劑，在水處理流程中加注，從而提高污水處理效果。渤海海上油田污水處理工藝流程常用化學藥劑有破乳劑、絮凝劑等。

（1）破乳劑。一種能破壞乳狀液的表面活性劑，通過降低油水界面膜強度達到破乳效果，實現油水分離。破乳劑分為水溶性和油溶性2大類，污水處理流程加注的是水溶性破乳劑。

（2）絮凝劑。其主要作用機理是“聚并”理論，通過電荷中和作用使得污水中難以分離的粒子或顆粒相互靠近，處于不穩定狀態，通過吸附橋架作用使粒子或顆粒產生凝聚，然后通過重力沉降和過濾去除。絮凝劑主要分為3大類：有機絮凝劑，如PAM，即聚丙烯酰胺(Polyacrylamide)；無機絮凝劑，如PAC，即聚合氯化鋁(Polyaluminium Chloride)；復合絮凝劑，如PAC+PAM。

2 綏中36-1油田二期調整項目的含聚污水處理方案

綏中36-1油田位于渤海海域，儲層發育較好，平均孔隙度為31%，平均滲透率為2000 mD，原油密度大、黏度高、膠質瀝青質含量高、凝固點低，屬重質稠油。油田采取“油田開發早期注聚”的開發理念，在水驅效果尚未結束前即實施注聚，以提高采收率。2003年9月開始試驗使用部分水解聚丙烯酰胺疏水締合型聚合物進行驅油，目前已全面注聚。

綏中36-1油田二期調整項目新建4座平臺，包括1座生產水處理中心平臺CEPO（Central Platform O），生產水系統日處理能力為84 000 m3，水處理流程分為7個系列，每個系列的處理能力為500 m3/h，經處理之后的生產污水全部回注地層，主要注水水質指標：水中含油＜15×10-6，懸浮物含量＜ 5×10-6，懸浮物粒徑中值＜3 μm。

在項目設計階段，針對含聚污水特性，對污水處理流程做了一系列優化調整。

2.1 串聯氣浮工藝

氣浮串聯工藝在陸地油田含聚污水的處理中已有成功應用，例如，孤島油田，結合化學藥劑的使用，過濾后的水質可達到一級出水指標。綏中36-1二期調整項目首次在渤海海上平臺應用二級氣浮串聯污水處理工藝，其處理流程如圖1所示。一級氣浮的主要作用是對含聚污水進行脫油處理，以回收較高純度的原油；二級氣浮主要去除污水中的懸浮物，并進一步降低水中含油量，以使出口指標滿足后續工藝流程的要求。兩級氣浮均投加合適的化學藥劑，以便在除油、除懸浮物的同時抑制高黏固形物（即含聚污泥）的產出量。CEPO（Central Platform O）含聚污水處理流程的主要指標，見表1。

圖1 CEPO平臺的含聚污水處理流程

表1 CEPO平臺污水處理流程主要指標

2.2 藥劑篩選

CEPO平臺含聚污水中存在大量陰離子型的部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）。如果使用污水處理中常用的陽離子型絮凝劑或混凝劑，則會與HPAM發生電性中和，使所需的加藥量增大，造成不必要的浪費，而且會導致大量含聚污泥的析出，加重水處理系統的除泥負擔。

為避免上述問題，二期調整項目在一級、二級氣浮入口均投加破乳性絮凝劑，避免使用陽離子型藥劑，以達到除油、除懸浮物的同時控制聚合物析出量的目的。根據兩級串聯氣浮化學藥劑投加試驗，一級氣浮絮凝劑投加量分別按照1，3，5，7 mg/L進行試驗，二級氣浮絮凝劑投加量分別按照3，5，7 mg/L進行試驗，經比對各水樣石油烴、懸浮物去除率，兩級氣浮在各自投加3 mg/L藥劑的情況下，總去除率最高，以此藥劑濃度作為一級氣浮和二級氣浮的指導注入濃度。

2.3 運行結果分析

CEPO平臺采用2級氣浮串聯工藝，結合絮凝劑的篩選，項目投產后污水系統運行穩定，出泥量較小，污水處理指標達標。項目投產1 a后，跟蹤CEPO生產水處理系統運行情況，由于投產初期油田產液量尚未達到設計峰值，生產水處理系統只有3個系列在運行。雙介質濾器出口水質實測值見表2。

表2 雙介質濾器進出口實測水質

從表2可知，雙介質濾器出口懸浮物含量偏高。分析主要原因是其上游設備氣浮出口的懸浮物含量高于工藝指標，從而造成雙介質濾器出水懸浮物含量高于設計值。從氣浮的運行情況來看，破乳型絮凝劑的處理效果弱于改性PAC+PAM復配型絮凝劑。

3 結論及建議

（1）鑒于海上平臺的環境限制，清理含聚污水析出污泥的代價較高，氣浮選機投加除油、除懸浮物，同時控制聚合物析出的絮凝劑的藥劑篩選思路具有其合理性，但破乳型絮凝劑的處理效果要弱于改性PAC+PAM復配型絮凝劑，針對懸浮物的脫穩和聚合物的維穩還需開展更多的研究工作。

（2）原油處理系統與污水處理系統關系緊密，互相影響。針對含聚采出液特性，建議全盤考慮原油處理系統與污水處理系統的流程優化、設備優化，以及藥劑篩選工作，采用系統性思維研究和解決含聚污水處理問題。

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