隴東地區油田采油污水水質特征及其危害性評價

朱秀蘭，郭文杰，冉彥龍，丁寶寶

隴東地區油田采油污水水質特征及其危害性評價

朱秀蘭1，郭文杰2，冉彥龍3，丁寶寶1

（1. 隴東學院 能源工程學院，甘肅 慶陽 745000； 2. 長慶油田分公司第二采油廠，甘肅 慶陽 745000；3. 甘肅能源集團有限責任公司，甘肅 慶陽 745000）

隴東地區油田長時間注水開發，采油污水量逐年增加。采油污水組分及性質復雜，含有一定的原油、大量的固體懸浮物和其他污染物，油水分離困難、易結垢堵塞地層及腐蝕損壞設備。污水處理設備長時間運行后，處理系統負荷增大，運行穩定性變差，存在污泥、結垢及腐蝕等問題，需要及時做好清洗、排泥、水質檢測工作，以達到提升水質處理效果的目的。

采油污水； 水質特征； 污水危害性； 污水處理

隴東地區油氣儲存資源量占鄂爾多斯盆地總量的40%，是長慶油田增儲上產的主力油藏區塊。以油田穩產、高產為核心，隴東地區油田開展實施“注上水、注好水、注夠水”精細化注水工作。隨著開采時間的延長，多數油田區塊已經全面進入中高含水期、產量遞減階段，油井含水率大幅度增加，導致采油污水產量也隨之增加。采油污水成分十分復雜，通常含油濃度較高、含有大量的固體懸浮物和其他污染物，它是一種量大而面廣的污染源，而且造成資源及能量浪費。本文通過室內實驗及礦場監測分析隴東地區采油污水水質特征，探究采油污水對油田開發及環境保護的危害性，提出合理的作業措施，對油田綠色可持續開發、保護生態環境具有重要意義。

1 油田采油污水現狀

1.1 采油污水來源

采油污水屬于油田開采伴生物，通常是指從儲層中與原油共同采出，在油氣集輸系統進行采出液處理工藝后的含油污水。它是一種成分非常復雜且含有多種雜質的水，其不僅攜帶有原油，而且還溶解有地層中的各種鹽、氣體和多種懸浮固體。除此之外，在原油集輸過程中，進行采出液處理工藝（破乳、脫水等）時，摻進一些化學藥劑如破乳劑等，還含有少量鉆井污水和站內其他類型含油污水等次要成分。由于采油污水中有機物含量較高且環境適宜，導致細菌含量也較高。綜上所述，采油污水是一種含有石油烴、無機鹽離子、硫化物、細菌、固體顆粒以及阻垢劑、絮凝劑、緩蝕劑和殺菌劑等化學藥劑的混合水[1]。

1.2 采油污水特征

釆油污水的性質不僅取決于儲層巖性及油水流體性質，而且還與轉油脫水的運行條件有關[2]，通常情況下，采油污水具備以下特征：

1）水溫高，40~60 ℃之間。

2）礦化度高，通常在2 000~5 000 mg·L-1之間。

采油污水主要成分為地層水，而地層水中含有Na+、K+、Ca2+、Mg2+等形成的大量金屬鹽類。例如，長慶油田的采出水礦化度通常在50 000 mg·L-1左右。

3）pH值較高，一般為7.5~8.5之間。

4）油含量高，采油污水中原油的質量濃度一般為1 000 mg·L-1，高的可達20 00~5 000 mg·L-1。在油田開發過程中，油水共同流經儲層、完井段防砂管、井筒、井口、井下及井口油嘴、閥門、輸油管道等，隨著流動截面變化，油水承受較強的機械剪切力，導致部分原油分散于水中。隨著油藏條件和處理方式的不同，污水中的含油量通常為每升幾十到幾百毫克[3]。原油分散形式主要有：溶解油（粒徑＜1 nm）、乳化油（粒徑0.001~10 μm）、分散油（10~100 μm）及浮油（粒徑＞100 μm）；其中溶解油、乳化油、分散油及浮油分別占污水中原油的0.2%~0.5%、10%左右、90%左右。因此，采油污水中的原油主要為分散油及浮油。

5）成分復雜，非均相。除含油量高外，還含有其他雜質，如所溶氣體、懸浮物、泥沙等。所溶氣體包括強氧化劑O2、酸性氣體H2S和CO2。泥沙粒徑范圍一般在0.05~100 μm之間，其中黏土、粉砂、細砂粒徑范圍分別為0.05~4 μm、4~60 μm、 60~100 μm。細菌含量高，通常為硫酸鹽還原菌和腐生菌、鐵細菌等，含量可高達106個·mL-1。有機物含量高，如膠質、瀝青質、石蠟等形成的微晶以及揮發酚等。

6）殘存一定數量的絮凝劑等化學添加劑。

2 隴東地區采油污水水質分析

根據石油行業標準《SY/T5329—2012碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》以及 《SY/T5523—2016油田水分析方法》進行測定，采取室內實驗與礦場監測相結合的方法，應用化學分析法和儀器分析法，以隴東地區CX4轉的采油污水（三相分離器出口水樣）為研究對象，分析油田采油污水的組成及性質，測定常規無機鹽離子質量濃度、硫酸還原菌、腐生菌和鐵細菌的含量、懸浮物質量濃度及含油量等。

根據上述室內實驗及現場檢測結果（表1、表2），總結隴東地區CX4轉采油污水水質特征如下：

1）采油污水中溶解有地層中各種礦物質鹽類，礦化度6 721.64 mg·L-1，水型為NaHCO3，水質pH值8.75，呈弱堿性，其中含有大量無機離子，如Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl－、HCO3－等。污水中陽離子以Na+、K+占主導，Cl－、HCO3－離子含量較高。由此可以看出，采油污水礦化相對較高，且具有一定成垢、腐蝕性的特點。

2）采油污水中的含油量為177.58 mg·L-1，主要為多種烴類化合物以及硫化合物、氧化合物、氮化合物等，其中最主要的是石油烴類高分子難降解有機物[4]。

3）采油污水中懸浮固體質量濃度92.7 mg·L-1，懸浮物粒徑中值為0.39 μm。

4）礦場原油集輸系統溶解氧含量較低，而采油污水中營養物質豐富，在厭氧環境條件下，污水中大量繁殖能將硫還原為腐蝕性硫化物的硫酸鹽還原菌等有害細菌[4]。采油污水中的細菌總含量在 2×104個·mL-1，與回注水水質指標相比，嚴重超標。

5）在原油集輸過程中，須要添加阻垢劑、絮凝劑、緩蝕劑等化學藥劑，其可生化性較差，BOD/CODCr＜0.2。

表1 采油污水常規檢測項分析結果

表2 采油污水非常規檢測項分析結果

3 采油污水危害性

3.1 處理前采油污水危害性

油田各類污水主要為采油污水，采油污水量及其危害性不容忽視。若采油污水不經有效處理直接回注入地層，除了影響石油開采以外，將導致生產設備損害、儲層堵塞，破壞生態環境。到目前為止，隴東地區油田部分油井的產水率已達到85%，污水處理已逐漸進入開發的最后階段。

針對隴東地區采油污水水質分析結果，其危害性有以下幾點：

1）采油污水富含各類離子，主要礦物鹽離子為Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl－、HCO3－等。采油污水的導電能力強，導致電化學活動活躍，促進電化學反應快速進行，加劇對設備及管線的腐蝕。

2）Cl－含量很高，氯化物鹽類一般呈溶解態，但由于Cl－體積小，活性大，易穿透金屬表面的保護膜，與金屬發生活性反應，腐蝕金屬。除此之外，油田污水中含有氣體、硫化物等，若不有效處理，在強氧化劑O2的作用下生成沉淀物，硫化物轉化為弱酸，使得污水腐蝕性增強，對污水處理及回注系統造成安全隱患。

3）HCO3－含量很高，高礦化度水在回注的過程中比較容易結垢，與地層水混合后的適應性較差，在管道及設備內結垢趨勢明顯增強，極易發生注水井堵塞現象，管線設備結垢后對整體水質影響嚴重。

4）當處理后的采出地層水與地表水等外來水源混合注水時，采出水中原油與外來水源中的雜質一旦接觸，吸附形成乳化塊[5]，堵塞儲層。

5）由于采油污水中富含有機質、礦物質，細菌生存繁殖的適宜水溫40~70 ℃（采出水溫40~60 ℃），適宜的污泥也是硫酸鹽還原菌、腐生菌繁殖的場所。回注水中的有機質誘發污水中微生物大量繁殖，尤其是硫酸鹽還原菌在厭氧條件下使硫酸鹽還原硫化物產生硫化氫，水質逐漸變為酸性，不僅腐蝕管線，而且硫化氫與鐵作用形成FeS沉淀并產生黏液，加劇垢的形成，產生的生物黏泥嚴重堵塞地層。

6）采出水量大，油田多數進入中高含水期，以慶陽西一聯合站為例，主要承擔了西峰采油一區及三區原油污水處理工作，處理的采出水量高達 1 300 m3·d-1左右，污水量極大。

綜上所述，隴東地區油田采油污水中無機鹽離子礦化度較高，含有一定懸浮物，滋生大量有害細菌，且油田采油污水為連續排放。若未經處理或處理不合格，將產生一系列化學反應（水垢、污垢等），嚴重損壞設備及管道，導致清潔和維護管道的費用增加，最終造成油田停運或嚴重的環境污染。因此，在采油污水回注地層前，必須對采油污水進行有效處理，使水質滿足《SY/T5329—2012碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》《Q/SYCQ3675—2016長慶油田采出水回注標準》，達到經濟、安全、環保的要求。

3.2 處理后采油污水危害性

隴東地區采油污水處理后，“污水”變“清流”，但污水處理設備在長時間運行后，處理系統負荷增大，運行穩定性變差，連續正常運行困難。目前，設備內部的污泥沉積和結垢問題嚴重，導致回注水處理系統內環境變差，極大地影響油田回注水水質。由于污泥和管垢的存在，水流通面積減小、細菌繁殖加快、設備和管線腐蝕加快；污水處理系統工作效率降低，水質污染嚴重；大量采出水無效回注，造成水資源浪費；系統流程長，回注費用高。因此，必須對CX4轉采出水處理系統進行提升和改造。

4 結 論

1）根據隴東地區油田采油污水水質組成及性質進行分析，礦化度6 663.65 mg·L-1，水型為NaHCO3，含油量為175.84 mg·L-1，主要為石油類高分子難降解有機物，懸浮固體質量濃度為93.5 mg·L-1，粒徑中值為0.38 μm，細菌總量在2×104個·mL-1。

2）由于Cl－、HCO3－含量及細菌含量較高，采油污水處理過程中污泥、管垢與腐蝕性問題嚴重。因此，采油污水處理技術的重點是有效除油、過濾。

3）增建污泥污水池，用于沉降除油罐、過濾裝置的排泥及反洗，將站內采出水系統、集輸系統排污分開，及時做好清理、水質檢測工作，提升水質處理效果。

［1］張志輝，酆婧軒，鄭天龍，等.混凝-微氣泡氣浮法預處理油田采出廢液[J].水處理技術，2014，40（5）：103-107.

［2］范洪富，馬軍.離子液體處理含油污水實驗研究[J]. 燃料化學學報，2011，39（1）：33-36.

［3］朱麗娜.油田注水水質劣化因素與處理技術研究[D].大慶：東北石油大學，2013.

［4］黃開.磁加載沉淀-磁過濾工藝處理采油廢水的研究與應用[C].環境工程：2019年全國學術年會論文集（中冊），2019.

［5］劉能杰，王鋒，王志軍，等.長慶油田含油污水處理關鍵技術分析[J].遼寧化工，2017，46（2）：149-151.

Evaluation on Water Quality Characteristics and Harmfulness of Oil Production Wastewater in Longdong Area

1,2,3,1

（1．College of Energy Engineering, Longdong University, Qingyang Gansu 745000, China;2．PetroChina Changqing Oilfield Company No.2 Oil Production Plant, Qingyang Gansu 745000, China;3．Gansu Energy Group Co., Ltd., Qingyang Gansu 745000, China）

With the development of water injection for a long time in the oilfield, the amount of oil production wastewater increased year by year in the Longdong area. The components and properties of oil production wastewater are complex, containing oil, a large amount of suspended solids and other pollutants. It is difficult to separate oil and water, the formation is easily blocked by scaling and the equipment is damaged by corrosion. After long-term operation of sewage treatment equipments, the load of the treatment system increases, the running stability becomes worse, and there are problems,such as sludge, scaling and corrosion. Cleaning, sludge discharge and water quality inspection work need to be completed in time to achieve the purpose of improving water quality treatment effect.

Oil production sewage; Water quality characteristics; Sewage hazard; Sewage treatment

甘肅省工業綠色低碳轉型升級課題（項目編號：GGLD-2019-60）；2020年甘肅省創新驅動助力工程申報項目（項目編號：ZLGC202003-4）；隴東學院青年科技創新項目（項目編號：XYZK1906）；隴東學院教育教學研究項目（項目編號：2019-42）。

2020-06-12。

朱秀蘭（1987-），女，天津市人，講師，碩士，2011年畢業于西南石油大學油氣田開發工程專業，研究方向：油氣藏開發及提高采收率。

X741

A

1004-0935（2020）11-1430-04