風城特稠油采出水處理系統設計與應用效果分析

張志慶

中油（新疆）石油工程有限公司

風城油田位于準噶爾盆地西北緣，西南面與烏爾禾油田毗鄰，該區域地形條件復雜，殘丘起伏，沖溝縱橫，地面形成獨特的4A級風景區白堊系風蝕雅丹地貌——魔鬼城。

稠油注蒸汽開采產生大量高溫采出水，如不處理直接外排，既浪費水資源和熱能，又會污染周邊環境[1]，為滿足油田可持續開發及環保節能的要求，需配套建設采出水處理系統。

風城特稠油聯合處理站投產運行多年，主要承擔著重32、重32（37）SAGD、重檢3和重43等區塊稠油采出水處理工作。采出水處理系統設計處理規模為20 000 m3/d，裝置處理能力為1 000 m3/h，采用離子調整旋流反應污泥吸附法處理技術[2-3]，處理后凈化水回用風城油田注汽鍋爐。主要設計指標：凈化污水含油質量濃度≤2 mg/L、懸浮物質量濃度≤2 mg/L，凈化污水處理合格率100%、污水回用率100%[4]。

1 采出水物性

風城油田特稠油物性及特點見表1[5]。50℃時表觀黏度為2×104～1 000×104mPa·s[6-7]，區塊目前黏度最大值51 990 mPa·s，原油處理系統脫水溫度85～90℃。采出水溫度82～87℃，油水密度差小，具有黏度高、膠質含量高、凝點低、乳化程度高和水質物性復雜等特點。風城油田特稠油采出水數據分析見表2、表3。

從表3可以看出，稠油采出水除含油量、懸浮物和二氧化硅等指標超標外，其他指標基本合格。需針對采出水物性及凈化水出路選擇配套的處理工藝及藥劑體系。

表1 特稠油物性及特點Tab.1 Physical properties and characteristics of extra heavy oil

表2 采出水水質數據Tab.2 Quality data of porduced water

表3 采出水含油量及懸浮物數據Tab.3 Data of oil content and suspended matter in produced water

2 采出水處理工藝

2.1 工藝流程

采出水處理工藝流程：原油脫水系統來水→9 000 m3調儲罐（重力除油）→9 000 m3調儲罐（沉降緩沖）→反應提升泵→旋流反應器+污水反應罐→2 000 m3斜板沉降罐→2 000 m3過濾緩沖罐→過濾提升泵→雙濾料過濾器→精細過濾器→出水（進軟化水處理系統）

原油脫水系統來水（含油量≤1 000 mg/L、懸浮物≤300 mg/L）自流進入9 000 m3調儲罐，調儲罐出水（含油量≤150 mg/L、懸浮物≤150 mg/L）經反應泵提升進入污水反應單元和2 000 m3斜板沉降罐，去除大部分乳化油及懸浮物，出水（含油量≤10 mg/L、懸浮物≤10 mg/L） 經過濾泵提升進入兩級過濾器，雙濾料過濾器出水含油量≤5 mg/L、懸浮物≤5 mg/L，精細過濾器出水含油量≤2 mg/L、懸浮物≤2 mg/L，過濾器出水直接進軟化水處理系統。

2.2 輔助流程

（1）藥劑投加系統。采出水處理系統投加5種水處理藥劑，在9 000 m3調儲罐出水管線上加入1號藥劑，在旋流反應器內加入2號和3號藥劑，并考慮在調儲罐進口設置除油劑和緩蝕阻垢劑投加點，藥劑投加量可根據現場試驗及生產運行情況進行優化。藥劑按一定順序和時間間隔投加，藥劑與采出水中的相關物質和離子反應，使其破乳，固體微粒聚并，有害離子濃度降低。加藥量根據來水量的變化自動調節，并配套設置溶藥、儲液及攪拌設備。藥劑選用液壓隔膜計量泵投加。

2017年入圍中國最好大學排名前100強的9所醫藥類院校，整體上代表著醫藥類高等教育的競爭力水平，通過分析這9所高校的排名情況，可以找出其優勢與不足，為長期的發展找到突破點。全國排名中，僅有首都醫科大學入圍前50強，其余8所高校均在50～100名之間，其中北京協和醫學院與天津醫科大學的名次接近，兩所高校的綜合競爭水平相當。單項指標全國排名中，9所高校在培養結果、科研質量、科技服務和成果轉化指標上的排名遠遠落后于綜合得分全國排名，在其它單項指標的排名上也不具有明顯的競爭優勢，這很大程度上限制了其在全國排名中的競爭力。(詳見表4)

（2）污水回收。站區生產污水統一排至2座200 m3污水回收池，由安裝在污水污泥泵房內的2臺污水回收泵（1用1備，也可2臺同時工作）將污水提升至采出水處理系統（調儲罐總進水口）再處理。

（3）污油回收。采出水處理過程中回收的含水污油經伴熱自流進入站內2座100 m3污油罐，由污油泵提升至原油處理系統，回收污油含水率約為40%～60%。

（4）污泥處理。由調儲罐、污水反應罐、斜板沉降罐等處理構筑物排出的含水污泥（含水率98%～99%）進入站區1 000 m3的污泥沉降池（直徑20.0 m），上清液進入2座200 m3污水池，池底濃縮污泥（含水率為95%左右）經污水污泥泵房內的2臺污泥螺桿泵提升至離心脫水機進行脫水，脫水后污泥拉運至環保堆放點。

2.3 工藝特點

（1）采用單臺反應提升泵對應單臺旋流反應器，單臺加藥泵對應單臺旋流反應器處理工藝流程，消除了工藝偏流問題；并實現了按需加藥，避免了藥劑的浪費，保障了水質連續穩定達標。

（2）優化調儲除油罐內收油槽高度，將收油槽高度降至與出水管中心相對合適的位置，實現罐內污油的連續收集，有效解決了除油罐污油收集和回收問題，污油得到及時回收，保障了采出水處理系統的良性循環[8]。

（3）調儲罐及沉降罐采用負壓排泥技術[9]，系統排泥效果得到改善，能將罐底部沉積的污泥排出80%以上，大大延長了人工清罐的周期。

（4）以吸附理論為指導，將重力除油罐配水管喇叭口盡量靠近污油層，將集水管喇叭口盡量靠近污泥層。原油處理系統沉降罐來水通過集配水管及集配水喇叭口，進入上部的污油層或下部的污泥層，污水中油珠和小顆粒絮體懸浮物被罐上部污油層或罐底污泥層捕捉吸附后，可以上浮或沉降下來，達到水質凈化的目的。

（5）經過多年的現場運行實踐和不斷改進完善，形成了一整套油田水處理加藥專用的控制系統，可通過系統自診斷模式自動切換控制方式。該系統實現了根據現場儀表所監測的來液物性和液量自動控制加藥，可提高水處理藥劑協同效應[10]和水質穩定性。

3 主要工藝設備及構筑物

3.1 調儲罐

調儲罐容積9 000 m3，罐直徑28.5 m、垂高15.8 m。可串聯或并聯運行，儲罐液位可在一定范圍內動態變化，同時實現對采出水的調節、緩沖和初步除油、除懸浮物四項功能[10-13]；另外罐內安裝了負壓排泥器，可根據運行工況定期排泥。

調儲罐運行參數：處理水量1 000 m3/h，停留時間6.5 h，進口含油量≤1 000 mg/L，出口含油量≤150 mg/L，進口懸浮物≤300 mg/L，出口懸浮物≤150 mg/L。

3.2 污水反應單元

污水反應單元是水處理藥劑混合反應的主要場所，由旋流反應器、污水反應罐和管匯等組成。根據采出水的物性篩選出藥劑體系，同時試驗確定藥劑投加時間間隔與混合反應強度，再利用旋流反應器的紊流逐級變小的渦流場，在工藝上為藥劑混合提供必要的動力。

污水反應單元運行參數：進口含油量≤150 mg/L，出口含油量≤15 mg/L，進口懸浮物≤150 mg/L，出口懸浮物≤15 mg/L，透光率≥85%。

3.3 斜板沉降罐

斜板沉降罐容積2 000 m3，直徑15.7 m，垂高11.2 m，并聯運行，沉降罐內采用梅花點式喇叭口集配水方式，出水采用管式出水。罐中部設置混凝裝置，增加沉降效果；罐底部設置負壓排泥裝置，可根據運行情況定期排泥排污。

斜板沉降罐運行參數：處理水量500～700 m3/h，停留時間3.0 h，下降速度0.60 mm/s，進口含油量≤30 mg/L，出口含油量≤10 mg/L，進口懸浮物≤30 mg/L，出口懸浮物≤10 mg/L。

3.4 過濾緩沖罐

過濾緩沖罐容積2 000 m3，鋼制拱頂罐，直徑15.7 m，垂高11.2 m，并聯運行，緩沖時間4.0 h。

3.5 過濾器

（1）一級過濾器選用10臺全自動雙濾料過濾器，濾料采用石英砂無煙煤雙濾料，過濾器直徑3.2 m。

一級過濾器運行參數：處理水量100 m3/h，正常濾速12.5 m/h，強制濾速15.0 m/h，沖洗強度10～15 L/(s·m2)，進口含油量≤20 mg/L，出口含油量≤5 mg/L，進口懸浮物≤20 mg/L，出口懸浮物≤5 mg/L。

（2）二級過濾器選用10臺全自動精細過濾器，過濾器采用的濾料為粒狀（粒徑0.1～0.15 mm）的特質濾料，具有過濾精度高、運行效果好等特點，過濾器直徑3.2 m。

二級過濾器運行參數：處理水量100 m3/h，正常濾速12.5 m/h，強制濾速15.0 m/h，沖洗強度15 L/(s·m2)，進口含油量≤10 mg/L，出口含油量≤2 mg/L，進口懸浮物≤10 mg/L，出口懸浮物≤2 mg/L。

3.6 污泥沉降池

污泥沉降池為輻流式鋼筋混凝土結構，直徑20 m，高度3.65 m，單座容積1 000 m3。污泥停留時間4～16 h。

3.7 離心脫水機

污泥處理選用2套臥式螺旋離心脫水機，1用1備，單臺處理量10.0 m3/h，進料含固率1%～3%，脫出污泥含水率≤75%，固相回收率≥95%。

配套裝置為無軸螺旋輸送器1臺、配藥裝置2套，以及電控柜等。

4 應用效果

工程投產運行多年，各項指標達到了設計要求，高溫凈化水成功回用油田熱采注汽鍋爐。2017年的部分實際運行水質數據與設計指標對比見表4。

表4 處理單元實際運行水質與設計指標對比Tab.4 Comparison of the actual operation water quality of processing unit and design index mg/L

工程投產運行以來，年均節約注汽鍋爐用清水547.5×104m3，節約清水費用1 231.85萬元。并可充分利用特稠油采出水的熱能，年均節省天然氣用量約2 737.5×104m3（標況），節約天然氣費用2 682.75萬元。

5 結束語

通過對風城特稠油采出水處理系統的工藝參數及水質數據跟蹤分析，進一步明確影響稠油采出水處理的影響因素和應對措施，保證處理系統凈化污水含油量≤2 mg/L、懸浮物≤2 mg/L，凈化水處理合格率100%、污水回用率100%。該系統的應用對保護當地自然環境、加大資源再利用幅度、降低生產成本、促進油田可持續發展具有重要意義。