遼河油田采出水處理現狀及新技術應用試驗

中油遼河油田公司

遼河油田是全國最大的稠油、高凝油生產基地，開發領域橫跨遼寧省和內蒙古自治區的13 個市。1970 年開始大規模勘探開發建設，已連續30年保持千萬噸以上高產，配套建成了11 個油氣生產基地[1]。

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。根據油品性質的不同，遼河油田含油污水分為稠油污水、稀油污水和高凝油污水，配套建成各類污水處理站31座，其中回注污水處理站21 座，回用注汽鍋爐污水處理站8 座，污水達標排放站2 座。

1 含油污水處理工藝

遼河油田污水處理普遍采用斜板除油罐、浮選機、核桃殼過濾器和雙濾料過濾器等工藝。注水水質滿足《碎屑巖油藏注水水質指標及分析方法》（SY/T 5329—2012）。根據污水回注油藏不同，遼河油田含油污水處理工藝主要包括以下幾種。

（1）高滲透油藏。出口水質：含油≤20 mg/L；懸浮物≤20 mg/L 。處理工藝：原油脫出水→調節水罐→斜板罐→調節水池→過濾罐→緩沖罐→注水。

（2）中滲透油藏。出口水質：含油≤10 mg/L；懸浮物≤10 mg/L；粒徑≤3 μm 。處理工藝：原油脫出水→調節水罐→斜板罐→浮選機→調節水池→過濾罐→緩沖罐→注水。

（3）低滲透油藏。出口水質：含油≤6 mg/L；懸浮物≤2 mg/L；粒徑≤1.5 μm 。處理工藝：中滲透水處理工藝出水→硅藻土過濾器→外輸水罐→注水。

（4）特低滲透油藏。出口水質：含油≤5 mg/L；懸浮物≤1 mg/L；粒徑≤1 μm。處理工藝：浮選機出水→調節水池→過濾罐→膜過濾→外輸水罐→注水。

2 問題分析

2.1 稠油污水處理

（1）稠油污水中油水密度差小，不利于油水重力分離，影響除油效果[2]。

（2）稠油污水黏度大，影響懸浮物重力沉降與去除。

（3）稠油污水溫度高（65～85 ℃），影響懸浮物絮體的沉降及水質凈化效果。

（4）由于瀝青、泥砂和大量活性有機物的存在，稠油污水中油與水間易形成穩定的水包油乳狀液或水包油、油包水多層乳狀液，增加稠油污水破乳除油的難度。

2.2 含聚污水處理

隨著油田開發的不斷深入，化學驅采油技術得到規模化應用，伴隨著原油的采出也產生了大量含聚污水，處理難度較大。

（1）聚合物的存在增加了水相的黏度，污水處理所需的自然沉降時間增長[3]。

（2）油水界面水膜強度增大，界面電荷增強，導致采出水中小油珠穩定地存在于水體中，處理難度較高。

（3）由于陰離子型聚合物的存在，嚴重干擾了絮凝劑的使用效果，使絮凝作用變差，大大增加了藥劑的用量[4]。

（4）大量低礦化度的清水用來配制聚合物驅溶液，從而也使原注水-污水系統平衡被破壞。

2.3 斜板除油

勝利油田設計院曾經采用粒子成像測速技術對1∶20 沉降罐試驗模型內流場進行測試分析，發現罐內流場混亂，存在漩渦流和返混流，并有多處流動“死區”，使沉降分離效率降低[5]。

斜板坍塌和不能及時有效排泥也會造成斜板罐處理效果差，導致后段過濾罐濾料板結，過濾效果變差，增大了過濾罐反洗頻率及反洗強度，增加了斜板維護和過濾系統的運行成本。

氣浮單元通過投加大量化學藥劑除去含油污水中的浮油、部分溶解油和懸浮物，但相應產生大量的含油浮渣。遼河油田每處理1×104m3稀油、高凝油含油污水，可產生含水率80%的浮渣油泥6 t，處理稠油含油污水產生浮渣油泥15 t。目前國內尚無有效的浮渣處理工藝，大部分采用堆儲方式處理。

3 試驗應用

遼河油田經過近年的研究試驗和工程實踐，形成了一系列可靠適用的含油污水處理技術，新技術的應用提高了污水達標率，污水處理成本與浮渣油泥產生量大幅降低。

3.1 懸浮污泥污水處理技術

處理過程為：

（1）藥劑混合：加藥后的污水由罐體底部進入裝置，受內部結構影響水流發生較強烈紊動，藥劑充分混合。

（2）形成污泥層：絮凝成型的污泥顆粒在上升過程中密度變大，流速減小，當污泥顆粒重力與向上的水沖擊力相等時，形成污泥層[6]（圖1）。

圖1 懸浮污泥過濾技術示意圖Fig.1 Schematic diagram of suspended sludge filtration technology

（3）污泥層更新：隨著絮體向上運動，泥層不斷變厚。同時，隨著污泥濃縮室澄清水旁路流動，引導著懸浮泥層的上表層不斷流入中心接泥桶，上表層不斷減少、變薄，懸浮泥層的厚度達到一個動態的平衡[7]。

圖2 懸浮污泥過濾罐試驗工藝流程Fig.2 Test process flow of suspended sludge filtering tank

（4）污泥層過濾：絮體濾層靠界面物理吸附、網捕作用和電化學特性及范德華力的作用，將污水中懸浮膠體顆粒、絮體、部分細菌菌體等雜質全部攔截在此懸浮泥層上，使出水水質達到處理要求。其工藝流程如圖2 所示。

2011 年4 月，某聯合站1 座懸浮污泥污水處理裝置改造完成并投入試運，處理量5 000 m3/d。經過1 年多的試運和2 年多的正式運行，某聯合站懸浮污泥污水處理裝置通過了一系列破壞性試驗，摸索出了該裝置的污水介質適用范圍、抗沖擊能力、處理污水能力等生產參數。設計指標為進水水質含油≤100 mg/L，懸浮物≤300 mg/L；出水水質含油≤10 mg/L，懸浮物≤10 mg/L。污水處理成本由2.59 元/m3降至1.81 元/m3。試驗數據見表1。

3.2 不加藥污水處理技術

不加藥污水處理系統主要包括曝氣物理破乳裝置、旋流凈化裝置和三合一凈化器。系統能夠有效降低污水處理成本，減少浮渣油泥產生量[8]。污水處理成本由0.5 元/m3降至0.3 元/m3，減少浮渣產生量85%。

表1 懸浮污泥過濾罐試驗數據統計Tab.1 Statistics of test data for suspended sludge filtering tank

針對聯合站水包油型穩定乳狀液特點，研發微小油滴聚結分離新方法，在不加藥情況下，通過曝氣物理破乳裝置和旋流凈化裝置的空化、旋流氣浮多力協同作用，實現高效除油，通過浮選、旋流、過濾三合一凈水器，實現懸浮物有效去除和濾料的對流搓洗，可有效延長濾料反洗時間，防止濾料板結[9]。其工藝流程如圖3 所示。

在某聯合站開展現場試驗，并與某聯合站同期處理污水水質進行對比。主要設備包括曝氣物理破乳裝置、旋流凈化裝置和兩級三合一凈化器。該工藝流程設計處理能力為50 m3/h，來水水質含油≤500 mg/L，懸浮物≤500 mg/L；出水水質含油≤5 mg/L，懸浮物≤5 mg/L，處理成本0.4 元/m3。試驗數據見表2。

3.3 含聚污水微生物處理技術

針對二元驅采出污水，培養專性高效微生物，通過高效氣浮收油裝置、微生物反應池、過濾罐組合技術，實現污水中含油平均去除率96%，懸浮物平均去除率94%，達到油田回注標準。現場試驗表明，該技術運行穩定，運行成本低，污泥量少，不添加化學藥劑，具有較高的推廣價值。

圖3 不加藥污水處理系統試驗工藝流程Fig.3 Test process flow for drug-free sewage treatment system

表2 不加藥污水處理系統試驗數據統計Tab.2 Statistics of test data for drug-free sewage treatment system

針對二元驅采出水高黏度、高聚合物濃度等特征，通過篩選、分離及有效配伍，獲得適合該油田污水水質特點的特種聯合菌群。通過一次性投加該微生物菌群，提高污水處理系統去除有毒有害、難降解化學物的能力，利用微生物自身的新陳代新，把復雜的有機物降解為簡單的無機物，達到污水凈化的目的[10]。

與現有工藝流程（圖4）相比，微生物組合工藝（圖5）技術不需要添加任何化學藥劑，僅需一次性投加特種微生物菌群，即可實現高效、低成本污水凈化目的。

圖4 現有工藝流程Fig.4 Existing process flow

圖5 微生物組合技術工藝流程Fig.5 Microbial combination technology process flow

在某含聚污水處理站開展現場中試試驗，主要設備包括高效氣浮收油裝置、微生物反應池、過濾罐（填裝石英砂濾料），處理能力為2.5 m3/h。

挑選適合含聚污水水質的特種菌株，開展污水中油類去除率對比試驗（圖6），然后對效果較好的6 個菌株進行隨機組合，開展污水中污染物質去除率對比試驗（圖7），其中污染物質綜合降解率最高的三組如圖8 所示，最終確定將組合15 列為最佳組合菌群，應用于現場試驗。

微生物組合處理工藝經過2 個多月的現場試驗運行，于2015 年6 月10—14 日期間進行中試試驗標定，出水水質明顯優于區塊注水水質要求，運行成本控制在1.2 元/m3。污水中含油、懸浮物處理效果統計數據見表3、表4。

圖6 不同菌群對油類去除率的對比Fig.6 Comparison of oil removal rate by different bacteria

圖7 不同組合菌群對污水中污染物質去除率對比Fig.7 Comparison of pollutants removal rate by different combination of bacteria

圖8 最終優選菌群組合對污水中主要污染物去除率對比Fig.8 Comparison of major pollutants removal rate by final optimum combination of bacteria

表3 污水中懸浮物處理效果統計Tab.4 Statistics of suspended solids treatment effect in sewage

表4 污水中含油處理效果統計Tab.5 Statistics of oil removal effect in sewage

4 結束語

（1）常規的含油污水處理普遍加入大量的化學藥劑，造成處理成本居高不下。同時，污水處理過程中產生的浮渣油泥，需按照危險廢物進行管理，達標要求嚴格，環保壓力大。上述試驗技術在不加藥劑的前提下，可實現含油污水低成本達標處理，浮渣產生量大幅降低，可為油田污水處理系統升級提供可靠借鑒。

（2）微生物處理技術對于低濃度含聚污水具有較好的處理效果，但隨著三次采油的發展，污水含聚濃度逐漸上升，污水性質日趨復雜，因此高濃度含聚污水的低成本達標處理仍然是今后重點研究的課題。

（3）遼河油田已進入開發中后期，油井采出液含水率逐年升高，但油藏回注能力有限，產生了大量的過剩污水。雖然現有的過剩污水已實現達標排放，但生化效率低、污水處理成本居高不下，需要在今后的實踐中不斷探索新工藝、實施新技術，進一步降低污水處理成本。