杏北油田含油污水水質(zhì)提升面臨形勢(shì)及對(duì)策分析

大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所

杏北油田經(jīng)過54年的開發(fā)建設(shè)，污水系統(tǒng)建成了滿足水驅(qū)、聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)和深度處理的站庫及管網(wǎng)系統(tǒng)，隨著多元開發(fā)方式的推進(jìn)，污水處理出現(xiàn)了一些影響水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的問題，為此，“十三五”期間圍繞“分質(zhì)處理、平衡水量、均衡負(fù)荷、節(jié)點(diǎn)管理”的思路，制定了多項(xiàng)水質(zhì)改善措施，取得了顯著效果。即將進(jìn)入“十四五”，面對(duì)污水系統(tǒng)出現(xiàn)的新形勢(shì)、新問題，分析制定了下步水質(zhì)治理措施及技術(shù)攻關(guān)方向。

1 杏北油田污水系統(tǒng)現(xiàn)狀

杏北油田1966年開發(fā)建設(shè)，1969年開始含油污水普通處理滿足基礎(chǔ)和一次加密等高滲透層井網(wǎng)回注需求。隨著油田1991年過渡帶開發(fā)和二三次加密井網(wǎng)的開發(fā)，建設(shè)發(fā)展了適應(yīng)低滲透油層水質(zhì)需求的深度污水處理站，隨著2001年聚驅(qū)開發(fā)和2006年三元復(fù)合驅(qū)開發(fā)，建設(shè)形成聚驅(qū)和三元污水處理站庫及管網(wǎng)系統(tǒng)。

杏北油田已建在運(yùn)各類含油污水處理站33座，總設(shè)計(jì)能力為69×104m3/d。為滿足油田采出原水處理和濾后水調(diào)運(yùn)需求，杏北油田建設(shè)原水、普通濾后水、聚驅(qū)三元濾后水和深度濾后水管道140條，通過建立靈活連通性的管網(wǎng)以保證污水的均衡處理和供注需求。

2 水質(zhì)改善措施及效果

進(jìn)入“十三五”后，杏北油田三采區(qū)塊由13個(gè)擴(kuò)大至20個(gè)，隨著油田多元化開發(fā)方式的擴(kuò)大推進(jìn)，出現(xiàn)了幾個(gè)方面問題：部分開發(fā)區(qū)塊實(shí)際產(chǎn)液能力和含聚濃度遠(yuǎn)高于規(guī)劃階段預(yù)測(cè)數(shù)值，導(dǎo)致部分三采油井產(chǎn)液進(jìn)入水驅(qū)系統(tǒng)處理，水聚驅(qū)脫水系統(tǒng)分開運(yùn)行困難，進(jìn)而導(dǎo)致下游污水成分復(fù)雜，站庫工藝不能適應(yīng)水質(zhì)處理需求[1]；部分三采區(qū)塊由于超前投產(chǎn)注水需求，站外存在水驅(qū)連通供水情況；隨著三采規(guī)模的擴(kuò)大和深度污水需求的增多，出現(xiàn)明顯的“三采產(chǎn)水過剩、深度水源不足”的水量平衡矛盾；不同開發(fā)方式、不同開發(fā)區(qū)塊建設(shè)的污水站，由于需求變化或產(chǎn)水量變化等因素影響，導(dǎo)致站庫間負(fù)荷不均衡，部分站庫超負(fù)荷運(yùn)行。

為此，“十三五”期間圍繞杏北油田水質(zhì)情況，樹立系統(tǒng)化思維模式，合理調(diào)整產(chǎn)注關(guān)系，確立“分質(zhì)處理、平衡水量、均衡負(fù)荷、節(jié)點(diǎn)管理”的水質(zhì)治理思路，制定有效治理措施，為水質(zhì)改善奠定了基礎(chǔ)。

2.1 分質(zhì)處理

2.1.1 基本思路

完善站庫工藝，嚴(yán)格集輸和脫水系統(tǒng)分水質(zhì)處理外輸，控制水驅(qū)污水站來水含聚濃度，優(yōu)化污水調(diào)配，避免高含劑污水進(jìn)入下游深度污水站，保證不同水質(zhì)與站庫處理工藝相匹配。

2.1.2 措施

不同開發(fā)方式含油污水成分不同，據(jù)此進(jìn)行工藝改造。將水驅(qū)新9#污水站“橫向流聚結(jié)除油+過濾”工藝改造為“兩級(jí)沉降+過濾”主體工藝；將9#普通聚驅(qū)污水站“兩級(jí)沉降+過濾”工藝進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，延長沉降時(shí)間，增加氣浮和提溫反沖洗工藝；將10#三元污水站“沉降+高效除油+兩級(jí)過濾”工藝改造為“曝氣沉降+氣浮沉降+兩級(jí)過濾”工藝，延長沉降時(shí)間，配套增加提溫反沖洗工藝。改造后，處理水質(zhì)明顯改善，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，改造前后水質(zhì)達(dá)標(biāo)率對(duì)比如表1所示。

表1 3座站庫工藝改造前后處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)率對(duì)比Tab.1 Comparison of treated water quality standard rate of three stations before and after process transformation

對(duì)集輸、脫水、調(diào)水三個(gè)環(huán)節(jié)存在的水驅(qū)、三采混合處理和輸送的問題，進(jìn)行管網(wǎng)調(diào)整優(yōu)化，達(dá)到“控含聚、提水質(zhì)”的目的。前端集輸系統(tǒng)將A區(qū)東部和B區(qū)西部聚驅(qū)采出液混入水驅(qū)集輸系統(tǒng)的5座計(jì)量間集輸方向調(diào)整到聚驅(qū)轉(zhuǎn)油站；中間脫水系統(tǒng)將12#和10#脫水站水驅(qū)、三采實(shí)行一段、二段分開運(yùn)行，放水分開外輸；后端污水實(shí)行分質(zhì)調(diào)水，根據(jù)不同污水站工藝對(duì)含聚濃度的適應(yīng)性，嚴(yán)格控制B區(qū)西部高含聚污水直接或間接進(jìn)入水驅(qū)普通污水站和深度污水站，保證工藝與水質(zhì)匹配，處理污水達(dá)標(biāo)。

通過以上調(diào)整，水驅(qū)系統(tǒng)污水站平均含聚質(zhì)量濃度由264 mg/L降至140 mg/L。

2.2 平衡水量

2.2.1 基本思路

針對(duì)系統(tǒng)普通水源過剩、深度水源不足的情況，在需求上及時(shí)將后續(xù)水驅(qū)三采井網(wǎng)注入水質(zhì)調(diào)整為普通水[2]，減少深度水用量；在供給上優(yōu)先調(diào)用未含聚或低含聚的三采污水進(jìn)行深度處理，增加深度處理水源。

2.2.2 措施

增加三采水回注量：注入端將A區(qū)東部及C區(qū)西部等10個(gè)后續(xù)水驅(qū)區(qū)塊，通過高壓端就近掛接干線、低壓端調(diào)整供水方向等方式[3]，將注入井水質(zhì)由深度污水調(diào)整為普通污水，累計(jì)增加三采產(chǎn)水回注量5.4×104m3/d。這樣，既減少了區(qū)域內(nèi)深度水需求量，又增加了高含聚污水的回注量，促進(jìn)了區(qū)域水量平衡。

挖掘深度水源：采出端以含聚質(zhì)量濃度150 mg/L為界[4]，將低于該濃度界限的三采采出水作為深度水源處理，調(diào)用三元受效前期的D區(qū)中部1.30×104m3/d低含聚水，調(diào)用后續(xù)水驅(qū)階段的A區(qū)東部0.5×104m3/d低含聚采出水。“十三五”期間階段平均補(bǔ)充深度水源水量2.9×104m3/d。

通過以上措施的實(shí)施，確保了杏北油田不同水質(zhì)含油污水的產(chǎn)、注平衡，6.18×104m3/d的高含聚水全部回注普通注水井網(wǎng)。

2.3 均衡負(fù)荷

2.3.1 基本思路

結(jié)合油田開發(fā)水質(zhì)需求，優(yōu)化普通污水站和深度污水站站間管網(wǎng)連通性，利用調(diào)水管網(wǎng)提高站間剩余能力的互用，平衡站庫負(fù)荷，改善污水處理效果。

2.3.2 措施

針對(duì)18#等4座深度污水站和1#等2座普通污水站高負(fù)荷問題，優(yōu)化調(diào)整調(diào)水管道6條，將污水處理負(fù)荷和注水需求轉(zhuǎn)移至就近污水站處理。調(diào)整后，6座污水站運(yùn)行負(fù)荷率平均降低24.3%，調(diào)整前后負(fù)荷率對(duì)比如表2所示。

表2 高負(fù)荷率污水站優(yōu)化管網(wǎng)連通前后負(fù)荷率對(duì)比Tab.2 Comparison of load rate before and after optimizing pipe network connection of high load rate sewage station

2.4 節(jié)點(diǎn)管理

2.4.1 基本思路

從上游脫水到下游處理回注過程，各環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制節(jié)點(diǎn)指標(biāo)，實(shí)施“16311”管理模式，治理措施在實(shí)施中遵循自上而下的原則，確保標(biāo)本兼治。

2.4.2 措施

在來水環(huán)節(jié)控含油、控含聚，保障來水水質(zhì)。改造腐蝕老化脫水器，強(qiáng)化油水界面控制；優(yōu)選高效破乳劑配方，優(yōu)化節(jié)點(diǎn)加藥濃度；嚴(yán)格執(zhí)行沉降罐收油，加強(qiáng)外輸水質(zhì)監(jiān)管，嚴(yán)格按照水驅(qū)含油≤300 mg/L、聚驅(qū)含油≤500 mg/L、三元復(fù)合驅(qū)含油≤1 000 mg/L的放水含油外輸指標(biāo)管理控制，減緩沉降、過濾環(huán)節(jié)處理負(fù)擔(dān)。

在處理環(huán)節(jié)優(yōu)化參數(shù)、完善工藝，保證外輸水質(zhì)。在污水處理難度較大的1#、12#和三元6#污水站（見劑中低質(zhì)期），運(yùn)行沉降罐氣浮工藝[5]，3座污水站沉降罐氣浮投運(yùn)平均除油率提高32.9%。在過濾罐自動(dòng)反沖洗基礎(chǔ)上，根據(jù)來水含聚不同、來水水量不同、濾料污染程度不同，研究攻克過濾罐個(gè)性化反沖洗技術(shù)，根據(jù)單罐情況個(gè)性化設(shè)置反沖洗時(shí)間、反沖洗強(qiáng)度、攪拌槳啟槳時(shí)間等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)“一站一方案、一罐一參數(shù)”個(gè)性化反沖洗，與籠統(tǒng)自動(dòng)反沖洗相比，過濾罐除油、除懸率分別提高3.64%、6.75%。

3 存在的問題及對(duì)策

“十三五”以來，杏北油田地面工程始終堅(jiān)持“十六字”水質(zhì)治理思路，抓住影響水質(zhì)問題關(guān)鍵，明確措施和控制指標(biāo)，扎實(shí)做好每一項(xiàng)工作，切實(shí)解決每一個(gè)問題，有效保障了水質(zhì)穩(wěn)定、連續(xù)達(dá)標(biāo)，為改善油田開發(fā)效果奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著油田化學(xué)開發(fā)尤其是三元開發(fā)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，污水處理面臨新的形勢(shì)及問題，需要制定與時(shí)俱進(jìn)的治理對(duì)策。

3.1 當(dāng)前面臨的新問題

隨著油田化學(xué)開發(fā)尤其是三元開發(fā)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大以及年限的延長，污水處理仍面臨水質(zhì)達(dá)標(biāo)困難的問題，主要有以下4個(gè)方面原因?qū)е隆?/p>

3.1.1 受效區(qū)塊三元污水達(dá)標(biāo)困難

E區(qū)東部三元復(fù)合驅(qū)于2014年開始注劑[6]，目前仍處于見劑高峰期，采出液含聚質(zhì)量濃度為709 mg/L，表面活性劑質(zhì)量濃度為90 mg/L以上，具體變化曲線如圖1所示，區(qū)域內(nèi)建設(shè)的三元6#污水站外輸污水含油、含懸指標(biāo)超過雙“20”的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。F區(qū)東部三元復(fù)合驅(qū)于2017年開始注劑，隨著Ⅲ塊、Ⅰ塊、Ⅱ塊和Ⅳ塊陸續(xù)投注化學(xué)劑，區(qū)域三元采出液見劑濃度上升較快，含聚質(zhì)量濃度上升至300 mg/L以上，表面活性劑質(zhì)量濃度達(dá)到21 mg/L，具體變化曲線如圖2所示，區(qū)域內(nèi)26#三元污水站處理水質(zhì)含油達(dá)標(biāo)，但含懸達(dá)標(biāo)困難。

圖1 E區(qū)東部三元采出液含劑及水質(zhì)變化曲線Fig.1 Change curve of agent content and water quality of ASP produced liquid in the east of E Area

圖2 F區(qū)東部三元采出液含劑及水質(zhì)變化曲線Fig.2 Change curve of agent content and water quality of ASP produced liquid in the east of F Area

3.1.2 受三元影響部分水驅(qū)及深度站達(dá)標(biāo)困難

E區(qū)東部和F區(qū)東部2個(gè)三元受效區(qū)塊，三元采出液自身處理達(dá)標(biāo)困難，同時(shí)，對(duì)相關(guān)聯(lián)的部分水驅(qū)污水站造成較大影響。

E區(qū)東部三元復(fù)合驅(qū)區(qū)塊，區(qū)域內(nèi)采出液進(jìn)入1#脫水站處理。受放水不達(dá)標(biāo)及電脫水器跳閘影響，水驅(qū)、三元游離水和電脫水器未能分質(zhì)運(yùn)行，2 000～3 000 m3/d三元污水進(jìn)入水驅(qū)污水處理系統(tǒng)，導(dǎo)致1#普通污水站含聚濃度和表面活性劑濃度升高，進(jìn)而導(dǎo)致下游相關(guān)5座深度污水站水質(zhì)受到影響。杏一聯(lián)含聚合物、含表面活性劑變化情況如圖3所示。

F區(qū)東部三元復(fù)合驅(qū)區(qū)塊，區(qū)域內(nèi)三元污水自2015年以來作為低含聚污水補(bǔ)充至26#深度污水站作為水源，由于開發(fā)安排E區(qū)東部Ⅰ塊三元和G區(qū)中部聚驅(qū)注劑時(shí)間延長，2019年杏北油田出現(xiàn)高含劑污水過剩，有1.34×104m3/d難以平衡，導(dǎo)致F區(qū)東部含劑升高的三元污水仍作為深度水源無法調(diào)出，深度站出現(xiàn)含懸浮物不達(dá)標(biāo)情況（表3）。

圖3 1#水驅(qū)普通污水站含劑變化曲線Fig.3 Change curve of agent content in No.1 water flooding common sewage station

表3 F區(qū)東部三元及深度污水站水質(zhì)情況Tab.3 Water quality of ASP and deep sewage station in the east of F Area

3.1.3 外來生產(chǎn)廢液對(duì)部分污水站沖擊較大

杏北油田生產(chǎn)廢液主要包括作業(yè)回收污水、干線沖洗水、洗井水、污泥處理廢水和三元清垢廢液等。其中，3#站300 m3/d污泥處理廢液直接進(jìn)入該站普通污水站一次沉降罐，E區(qū)東部三元洗井和三元集輸管道清垢[7]的400 m3/d廢液進(jìn)入6#污水站廢水回收池，然后進(jìn)入該站污水站一次沉降罐。2座站廢水成分復(fù)雜，主要礦物成分如表4所示。這些廢液均未經(jīng)預(yù)處理，直接進(jìn)入系統(tǒng)，造成污水站污水無法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

表4 處理廢液主要礦物成分Tab.4 Main mineral composition of waste liquid%

3.1.4 部分站庫管網(wǎng)、設(shè)備設(shè)施老化問題突出

隨著杏北油田污水系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行年限的延長，污水管道和容器等設(shè)備設(shè)施受土壤和處理介質(zhì)的腐蝕作用[8]，穿孔泄漏頻繁，造成污水系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，進(jìn)而影響水質(zhì)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

站間調(diào)水管道僅2019年穿孔就達(dá)到42次，其中6條濾后水管道穿孔較為嚴(yán)重，合計(jì)28次；部分站庫過濾罐罐壁和內(nèi)部構(gòu)件均有不同程度的腐蝕，多處出現(xiàn)穿孔，影響常規(guī)反沖洗，造成出水水質(zhì)無法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

3.2 治理對(duì)策

堅(jiān)持“分質(zhì)處理、平衡水量、均衡負(fù)荷、節(jié)點(diǎn)管理”的水質(zhì)治理思路，實(shí)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3.2.1 持續(xù)優(yōu)化三元污水技術(shù)措施

對(duì)于E區(qū)東部三元復(fù)合驅(qū)區(qū)塊，在堅(jiān)持三元6#污水站收油、熱洗、氣水聯(lián)合反洗等常規(guī)管理措施基礎(chǔ)上，針對(duì)污水中成垢的Ca、Mg、Si離子過飽和影響處理效果問題[9]，探索上游投加水質(zhì)穩(wěn)定劑試驗(yàn)。按照3～4 m3/d的量投加WS1003水質(zhì)穩(wěn)定劑應(yīng)對(duì)Ca、Mg離子，按照7.5～8.5 m3/d的量投加30%NaOH水質(zhì)穩(wěn)定劑應(yīng)對(duì)Si離子[10]。對(duì)于F區(qū)東部三元復(fù)合驅(qū)區(qū)塊，一方面要利用現(xiàn)有的工藝和其他區(qū)塊成熟經(jīng)驗(yàn)，實(shí)施過濾罐在線除垢清洗，恢復(fù)濾罐再生效果，優(yōu)化過濾罐提溫反沖洗參數(shù)[11]，利用55～65 ℃熱水先悶罐60～150 min，再進(jìn)行反沖洗，提高清洗效果；另一方面要降低污水站處理負(fù)荷，將22#深度污水站3 000 m3/d反沖洗水調(diào)至3#污水站處理，并投運(yùn)該站氣水反沖洗工藝，預(yù)計(jì)可縮短水洗時(shí)間6 min，減少反沖洗水量2 300 m3/d，預(yù)計(jì)該站負(fù)荷率將由92%降至77%。

3.2.2 降低三元對(duì)水驅(qū)系統(tǒng)的影響

實(shí)施分質(zhì)處理和運(yùn)行，重點(diǎn)針對(duì)1#脫水站三元、水驅(qū)沒有分質(zhì)運(yùn)行對(duì)下游影響較大的問題，系統(tǒng)考慮，抓好節(jié)點(diǎn)。源頭上控制放水含油≤1 000 mg/L、控制外輸油含水≤50%、控制管道除垢井?dāng)?shù)≤6 d-1，優(yōu)選適合分開處理藥劑、分質(zhì)前進(jìn)行游離水清淤、運(yùn)行溫度≥38 ℃、脫水溫度≥52 ℃、電脫定期清淤維護(hù)、異常運(yùn)行事故保運(yùn)流程，保障分質(zhì)后平穩(wěn)運(yùn)行。

實(shí)施水量平衡調(diào)整，結(jié)合E區(qū)東部I塊和G區(qū)中部2020年1—4月份陸續(xù)進(jìn)入后續(xù)水驅(qū)的時(shí)機(jī)，將兩個(gè)區(qū)塊注入水質(zhì)由深度污水調(diào)整為普通污水，優(yōu)化F區(qū)東部三元污水回注方向，由26#深度污水站調(diào)至24#注水站和21#注水站回注普通注水井網(wǎng)，可調(diào)出1.05×104m3/d三元污水，預(yù)計(jì)26#深度污水站含聚質(zhì)量濃度可降低110 mg/L。

3.2.3 優(yōu)化廢液處理流程

生產(chǎn)廢液進(jìn)入污水系統(tǒng)導(dǎo)致水質(zhì)污染嚴(yán)重，主要是由于其成分復(fù)雜、黏度大、油水乳化程度高等特點(diǎn)，為此，實(shí)施處理流程優(yōu)化。

對(duì)于3#污水站受污泥處理廢液影響的問題，根據(jù)站內(nèi)整體工藝建設(shè)情況，將廢水處理流程由直接進(jìn)入污水站一次沉降罐調(diào)整為分段運(yùn)行，上層污油進(jìn)入老化油系統(tǒng)[12]，中下部廢水進(jìn)入脫水站沉降罐進(jìn)行初步分離預(yù)處理，流程優(yōu)化如圖4所示。

圖4 3#站廢液處理流程調(diào)整示意圖Fig.4 Adjustment diagram of waste liquid treatment process in No.3 station

3.2.4 加強(qiáng)污水系統(tǒng)重點(diǎn)設(shè)備設(shè)施改造

隨著運(yùn)行年限的延長和處理介質(zhì)的腐蝕，管道容器等設(shè)施老化穿孔問題不可避免。一方面要結(jié)合投資和腐蝕老化情況，有序安排管道、濾罐等腐蝕老化污水系統(tǒng)設(shè)施改造，另一方面要結(jié)合土壤和介質(zhì)腐蝕性，優(yōu)化設(shè)施材質(zhì)及內(nèi)外防腐形式，對(duì)于容器還要結(jié)合不同部位腐蝕情況，優(yōu)化分部位的防腐措施。

對(duì)于需要停產(chǎn)施工的項(xiàng)目，施工前要進(jìn)行充分論證，制定可操作施工銜接措施，施工后強(qiáng)化恢復(fù)性治理，尤其是污水站分段改造的項(xiàng)目，由于施工階段變相增加了運(yùn)行負(fù)荷，施工完成后需要進(jìn)行物理化學(xué)清洗措施，保障水質(zhì)改善效果。

4 認(rèn)識(shí)與建議

（1）水質(zhì)治理要常抓不懈，堅(jiān)持系統(tǒng)與節(jié)點(diǎn)相結(jié)合，堅(jiān)持技術(shù)與管理相結(jié)合，堅(jiān)持“分質(zhì)處理、平衡水量、均衡負(fù)荷、節(jié)點(diǎn)管理”的治理思路。

（2）分質(zhì)處理是前提。在工藝完善基礎(chǔ)上，要嚴(yán)格水質(zhì)處理技術(shù)界限，堅(jiān)持各環(huán)節(jié)分質(zhì)運(yùn)行，保證工藝能力與處理水質(zhì)的匹配。

（3）水量平衡是基礎(chǔ)。三采開發(fā)具有階段性和區(qū)域性，要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整水源及水質(zhì)，保證不同區(qū)域不同水質(zhì)的產(chǎn)注平衡。

（4）負(fù)荷均衡是保障。區(qū)域站間調(diào)水管網(wǎng)較為靈活，日常運(yùn)行上要加強(qiáng)站間能力相互利用，實(shí)現(xiàn)站庫工藝能力作用最大化。

（5）節(jié)點(diǎn)管理是關(guān)鍵。加強(qiáng)技術(shù)與管理的結(jié)合，按照上下游關(guān)系有序安排治理措施，堅(jiān)持收油、清淤等日常管理措施執(zhí)行，才能保障水質(zhì)穩(wěn)定連續(xù)達(dá)標(biāo)。

（6）對(duì)于三元復(fù)合驅(qū)采出液見劑高峰期達(dá)標(biāo)處理難度大，以及三元復(fù)合驅(qū)洗井水和集輸管道清垢廢液對(duì)污水系統(tǒng)造成影響的問題，建議在充分調(diào)查分析基礎(chǔ)上，集中力量開展試驗(yàn)研究，改善生產(chǎn)運(yùn)行效果。