大慶油田某開發區水驅見聚對污水處理影響及對策

大慶油田有限責任公司第五采油廠規劃設計研究所

大慶油田某開發區1998年首次在南1-3區開展聚驅試驗，2009年開始由南到北聚驅工業化應用，目前已開展9個工業化應用區塊。聚驅開發方式由最初的普通超高分聚合物、抗鹽中分聚合物交替注入方式，發展到了目前抗鹽超高分、兩種普通超高分及抗鹽中分聚合物交替注入的組合方式[1]，均采用“清配清稀”或“清配污稀”配注方式。由于聚驅回注采用大量清水，多余含聚污水回注至水驅地層，一般根據生產經驗，預測注聚兩年后水驅開始見聚，最高達150 mg/L。A3污水站、A4污水站、A1污水站地區分別于2012年、2018年、2019年水驅見聚；根據注聚安排，A2污水站、A5污水站地區分別于2020年、2023年水驅見聚。

1 水驅見聚形勢分析

開發區由于含聚污水回注水驅量過大，且從節能等因素考慮，通過平衡調運含聚污水到其余區塊，水驅二次見聚時間較預測相比已大幅提前，通過監測污水站來液，開發區內5座水驅聯合站已全面見聚。根據2019年檢測結果，A5污水站含聚合物質量濃度（以下簡稱含聚濃度）為40 mg/L，A4污水站含聚濃度70 mg/L，A1污水站含聚濃度48 mg/L，A2污水站含聚濃度41 mg/L，A3普通污水站含聚濃度191 mg/L。

含聚污水進入水驅系統的途徑主要分為兩種：注水端混合和調水端混合。注水端混合是將多余含聚污水與水驅污水在注水端直接進行混注。A3地區、A4地區水驅、聚驅回注水混合后一起回注；B3注水站、N5注水站、B5注水站及B2注水站這4座聚驅站場多余的含聚污水，均通過注水站建設的水聚驅注水聯通回注至水驅地層。調水端混合是通過污水平衡調運，將多余含聚污水調運至水驅站場，與水驅污水混合后注入水驅。A4污水站、聚A4污水站與A5污水站之間，A2污水站與A4污水站、A3污水站、A1污水站均建有污水調運管道，污水互相調運地區是導致該地區水驅見聚的主要途徑。這些都是導致開發區5座水驅污水站提前全面見聚的主要原因。

2 采出液物性研究

2.1 水驅采出液物性研究

根據理論研究，污水含聚后將出現黏度增高、乳化加劇、Zeta電位降低等問題[2]。水相黏度增加，乳化程度高，原油及懸浮固體形成穩定膠體體系，油水分離難度大。7座站場具體數據分析見表1。

（1）pH值：基本無變化。5座水驅二次見聚污水站、2座未見聚污水站共12座站場的pH值均為8.5左右，偏堿性。

表1 污水全數據分析Tab.1 Total data analysis of sewage

（2）電極電位：污水含聚濃度≤50 mg/L，Zeta電位絕對值略有升高；當含聚濃度≥50 mg/L時，Zeta電位絕對值是不含聚污水或低含聚污水的2～3倍。

（3）黏度：水驅污水含聚后黏度增加，由不含聚污水的0.65 mPa · s左右上升到最高的1.17 mPa·s，裹雜細小懸浮物的能力增強。

（4）離子成分及硫化物：水驅二次見聚污水中的Ca2+和Mg2+含量在80 mg/L左右，而水驅污水中的Ca2+、Mg2+含量在50 mg/L左右，可見污水含聚后攜帶能力有所增加。

2.2 不同類型聚合物混合采出液物性研究

生產過程中發現，由普通超高分聚合物改注抗鹽中分聚合物一段時間后，采出水處理難度加大，水質不能穩定達標。為了進一步摸清注入體系對地面處理系統的影響，開展了兩種相對分子質量聚合物對水質影響試驗研究。

（1）兩種聚合物組成成分分析。抗鹽中分和普通超高分兩種含聚溶液均含C、N、O、Na、Cl元素，含量相差較小；抗鹽中分聚合物中含有S和Mg元素，含有聚表劑成分，促進乳化。兩種聚合物元素分析見表2。

表2 兩種聚合物元素分析Tab.2 Analysis of two kinds of polymer element

（2）兩種分子量聚合物在不同含聚濃度下物性分析。通過分析研究，抗鹽中分聚合物與普通超高分聚合物采出液化驗數據差距不明顯，但混合后聚合物溶液與單一分子量聚合物差距較大，混合后聚合物溶液處理難度進一步加大，聚合物混合采出液物性分析見表3。混合后電極電位絕對值高于單一分子量聚合物，上升近75%，穩定性增強；混合后聚合物分子線團細小，最小只有原來的1/3，裹帶懸浮物含量增加；混合后黏度成倍增加，最大黏度增大7倍，處理難度增加。

表3 聚合物混合采出液物性分析Tab.3 Physical property analysis of polymer mixed produced fluid

3 工藝適應性分析

3.1 污水除油工藝

開發區水驅污水除油段工藝包括沉降罐和聚結除油器兩種，聚結除油器帶反洗功能的含油去除率一般在50%左右，不帶反洗功能的在30%以下；兩級沉降工藝含油去除率一般在60%～80%之間，尤其是在原水含油較高的情況下，更能夠表現出較好的效果[2]。

3.1.1 聚結除油器

開發區有3座站場采用聚結除油器工藝，分別為A3、A4、A5站，共建聚結除油器19座。以A4污水站聚結除油器為例進行分析。

A4污水站于1981年投產，分別于2002年和2007年進行技術升級改造，目前采用“聚結除油器+三級核過濾”處理工藝，主要接收5座站產水，設計水質“8.3.2”，設計處理能力為1.5×104m3/d，目前A4污水站處理水量為0.93×104m3/d，負荷率為62%。89D塊于2016年1月開始注聚，該站水質于2017年12月份開始變差。目前含聚濃度為70 mg/L，處理后污水含油29.8 mg/L，懸浮物8.6 mg/L。2016—2019年6月水質統計見表4。

表4 A4污水站水質統計Tab.4 Statistics of water quality in A4 sewage station

階段一：來水含油100 mg/L以內，出水水質穩定達標。2017年12月26之前，油崗來水含油及懸浮物含量較低，含油量小于50 mg/L，懸浮物含量在12 mg/L以下，濾后水含油5 mg/L，懸浮物3 mg/L，水質達標。聚結除油器平均含油去除率54.2%、懸浮物去除率23.1%，雖然去除率均未達到設計要求，但由于來水較好，出水均能夠達到穩定指標。

階段二：來水含油200 mg/L以上，出水水質惡化。2018年11月—2019年3月和2019年6月，見聚濃度20～70 mg/L，聚合物類型為普通超高分和抗鹽中分，油崗來水含油快速上升，超過200 mg/L，最高達到380 mg/L，污水處理難度加大，濾后平均含油超過20 mg/L，懸浮物超過9 mg/L，含油和懸浮物均不達標。目前89D區塊已回注抗鹽超高分、兩種普通超高分及抗鹽中分共四種聚合物，不同類型聚合物混合對水質的影響更加明顯。在來水含油上升到200 mg/L以上時，聚結除油器平均含油去除率33.0%、懸浮物去除率26.5%，去除率均下降，來水含聚后聚結除油器逐漸出現不適應性。

3.1.2 兩級沉降工藝

開發區有2座站場采用兩級沉降工藝，分別為A1污水站和A2污水站，建有污水沉降罐7座，下面以A1污水站兩級沉降工藝為例進行分析。

A1污水處理站采用“兩級大罐沉降+三級過濾”處理工藝，設計水質“8.3.2”。污水站設計能力為2.5×104m3/d，目前處理水量在1.75×104m3/d左右，負荷率70%；老深處理站設計處理能力為1.0×104m3/d，實際處理量在0.6×104m3/d左右，負荷率60%；新深處理站設計處理能力為1.6×104m3/d，實際處理量在1.15×104m3/d左右，負荷率71.9%。2016—2019年6月水質統計見表5。

表5 A1污水站水質統計Tab.5 Statistics of water quality in A1 sewage station

階段一：來水含油100 mg/L以內，出水水質穩定達標。2016年1—12月，老深處理站處理后含油為3.48 mg/L，懸浮物含量為1.97 mg/L；新深處理站含油量為4.34 mg/L，懸浮物含量為2.75 mg/L，均能夠穩定達標。除油段平均含油去除率54%，懸浮物去除率17%；由于來水較好，出水均能夠達到“8.3.2”指標。

階段二：來水含油超過200 mg/L，出水含油穩定達標。2017年老、新深處理站處理后含油均穩定達標，懸浮物達標率在75%左右，2018年出水含油量為5.55 mg/L、5.78 mg/L，能夠穩定達標，懸浮物持續不達標，2019年6月達到7 mg/L以上。在來水含油上升到200 mg/L以上時，除油段平均含油去除率達80%以上，懸浮物去除率在20%～30%之間，去除率均上升。在2018年8月檢測原水時，含聚濃度為16 mg/L，2018年11月檢測時含聚濃度為27 mg/L，目前含聚濃度達到49 mg/L。

3.2 核桃殼過濾工藝

從含油去除率來看核桃殼過濾能夠達到60%以上，最高能達到80%，優于深處理兩級石英砂過濾，對于懸浮物去除一級核桃殼與兩級石英砂對比也能達到基本相當的水平[3]。以A2污水站為例進行分析。

2017年1月—2019月6月，總來水含油量在250～350 mg/L之間，最高接近500 mg/L，普通污水核桃殼過濾前含油在100 mg/L以內，含油去除率81.58%，懸浮物去除率32.94%；深處理兩級石英砂過濾含油去除率41.18%，懸浮物去除率27.22%。一級核桃殼對于含油及懸浮物去除率均要高于兩級石英砂過濾。A2污水站2017—2019年6月水質統計見表6。

選取含聚濃度及來水含油基本相同的A5污水站進行對比，A2污水站深處理采用兩級石英砂過濾，A5污水站深處理采用“核桃殼+石英砂”兩級過濾，含油去除率64.3%，懸浮物去除率45.0%，均高于A2污水站深處理兩級石英砂過濾。A5污水站與A2污水站過濾水質對比見表7。

3.3 反沖洗升溫工藝

為解決低溫集輸造成濾料污染的問題，開發區先后在A2、A1、A5 3座聯合站進行反沖洗升溫改造，對普通污水、深處理站反沖洗水全面進行升溫，試驗取得了較好的效果。以A2污水站為例，反沖洗水升溫后主要帶來如下效果：

表6 A2污水站水質統計Tab.6 Statistics of water quality in A2 sewage station

表7 A5污水站與A2污水站過濾水質對比Tab.7 Comparison of filtered water quality between A5 and A2 sewage station

（1）水質處理效果明顯變好。反沖洗水升溫后，核桃殼、石英砂濾罐過濾、反沖洗壓差均降到0.03 MPa以下，水質明顯變好[4]。A2污水站反沖洗升溫后水質處理效果數據見表8。

表8 A2污水站水質處理效果數據Tab.8 Data of water quality treatment effect in A2 sewage station

（2）濾料再生效果明顯變好。核桃殼濾罐：反沖洗水溫為32 ℃時，罐體污油和雜質附著量較多，濾層表面有5 cm厚的污染物；反沖洗水溫為44 ℃時，罐體污油和雜質附著量明顯減少，濾料呈原來顆粒狀；反沖洗水溫由44 ℃下降到37 ℃時，濾層表面污油等污染物少量出現，濾料開始污染。石英砂濾罐：反沖洗水溫為32 ℃時，罐體污油和雜質附著量較多，濾層表面存在2～3 cm厚污染物，污染嚴重；反沖洗水溫為44 ℃時，罐體污油和雜質附著量明顯減少，濾層表面呈現出濾料原來顆粒狀態；反沖洗水溫由44 ℃下降到37 ℃時，罐體污油和雜質附著量增多，濾層表面存在少量污染物，濾料開始污染。

4 解決措施

針對開發區水驅見聚影響水質的問題，根據運行情況及工藝現狀，將水驅見聚治理細化為前段原水、中段除油、后段過濾三個環節[5]，制定了相應技術改造措施及總體治理思路，并通過優化運行，緩解水驅見聚導致污水不能穩定達標的矛盾。

（1）加強前段原水治理。為了提升原水的水質，進一步完成油崗沉降罐工藝，2019年已對A5污水站油崗效果較差的沉降罐進行更新；在“十四五”期間安排A1污水站、A2污水站各建設油崗沉降罐1座。

（2）除油段取消聚結除油器工藝。①A3污水站停運，與含聚站整合優化運行。結合開發水量預測，在聚A3污水站改造完成后，適時停運A3污水站，水驅污水全部由A3含聚站處理。依托已建工藝流程，將A3污水站產水全部輸至含聚站處理，實現水、聚驅污水站合并處理，解決水驅站不適應見聚污水處理的問題。②2座污水站建設兩級沉降工藝代替聚結除油器。針對A4污水站采出液見聚后，聚結除油器效果差等問題，2019年采用“兩級沉降”工藝替代“聚結除油器”，新建沉降罐2座。A5污水站也在“十四五”規劃中安排“兩級沉降”工藝替代聚結除油器。

（3）過濾段保留核桃殼工藝，且完善反沖洗升溫工藝。由于核桃殼過濾效果較好，建議在水驅見聚改造中保留核桃殼過濾工藝。根據生產變化情況摸索A5、A2、A1這3座污水站反沖洗升溫運行參數；建議A4站普通污水處理站異地遷建時建設反沖洗升溫流程；同時根據運行情況，安排定期清洗或更換濾料[6]。

5 建議

減少清水回注量，減少含聚污水進入水驅污水量，緩解水驅見聚。具體如下：

（1）研究調整聚驅配注方式。加快“污配污稀”現場試驗，探索替代“清配清稀”及“清配污稀”配注方式的可行性，且實現工業化應用，減少清水配制稀釋用量。

（2）對冷卻效率低、處理能力小、腐蝕老化的冷卻水塔及容積較小的冷卻水罐進行改造完善，減少冷卻清水量，實現清水高效循環。

（3）取消核減低效清水處理能力。建設調水管網16.2 km，將開發區多余污水調運至B作業區進行回注，滿足B作業區補充水回注量，減少清水用量。

水驅見聚后應做到以下幾點：

（1）需精細生產及技術管理。重視原水治理，細化節點、分段控制，加強放水指標監測及化驗[7]；優化生產運行，及時清淤、檢查等日常工作[8]；摸索運行參數，平衡生產矛盾。

（2）投加有效藥劑是保障[9]。結合水質物性變化，動態研究投加藥劑適應性及配伍性，優化各節點藥劑投加種類、點位、濃度，實現藥劑投加的個性化[10]。

（3）適時安排技術改造。根據開發安排及區塊見聚情況，完善除油段與過濾工藝；除油段采用效果較好的兩級大罐沉降工藝，過濾段建設反沖洗升溫等輔助工藝。