延長(zhǎng)油田聯(lián)合站污水處理工藝改造

王金鑫，王鑫，同航，劉正

（延長(zhǎng)油田股份有限公司，陜西 延安 716000）

延長(zhǎng)油田的主力開(kāi)發(fā)油藏為特低滲透型油藏，注水開(kāi)發(fā)是低滲透型油田的一項(xiàng)重要措施，同時(shí)延長(zhǎng)油田位于我國(guó)西北，本身就缺乏水資源，各級(jí)政府對(duì)水資源管控相對(duì)較嚴(yán)格。因此，采取地層水回注方式來(lái)解決注水的問(wèn)題，隨著加大注水量，處理設(shè)施的結(jié)垢腐蝕也逐漸嚴(yán)重，原有污水處理方法已不能滿足油田的生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)要求。為此，特開(kāi)展污水處理技術(shù)研究，通過(guò)工藝改造，實(shí)現(xiàn)了污水的高效利用，滿足油田注水生產(chǎn)的要求[1-5]。

1 聯(lián)合站概況

延長(zhǎng)油田某聯(lián)合站建成于2002年，所轄地區(qū)開(kāi)發(fā)層為長(zhǎng)2 及延安組，下設(shè)注水站4 座，注水管網(wǎng)成熟，各項(xiàng)功能比較齊全，如污水處理、原油的加熱脫水、儲(chǔ)存外運(yùn)等，延安組和長(zhǎng)2 的污水處理設(shè)計(jì)規(guī)模為600 m3·d-1。始建設(shè)計(jì)出水水質(zhì)為懸浮固體質(zhì)量濃度≤8 mg·L-1、含油量≤5 mg·L-1、粒徑中值≤3 μm。由于開(kāi)發(fā)初期長(zhǎng)2 和延安組采取混層集輸，混層處理的方式導(dǎo)致水處理設(shè)備腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重，處于癱瘓狀態(tài)，同時(shí)處理后不達(dá)標(biāo)的水注入地層后對(duì)儲(chǔ)層造成污染，堵塞流體通道，破壞孔隙結(jié)構(gòu)，不利于儲(chǔ)層保護(hù)，故聯(lián)合站水處理設(shè)備停用，采出水采取無(wú)目的層回注方式消化，注水開(kāi)發(fā)采用清水作為注水水源。

1.1 來(lái)水水質(zhì)

1.1.1 水質(zhì)化驗(yàn)分析

該聯(lián)合站所轄區(qū)塊屬鄂爾多斯盆地，主力開(kāi)發(fā)油層為延長(zhǎng)組的長(zhǎng)2 油層和延安組油層。延長(zhǎng)組地層水離子分析見(jiàn)表1，延安組地層水離子分析見(jiàn)表2。

表1 延長(zhǎng)組地層水離子分析表

表2 延安組地層水離子分析表

1.1.2 水質(zhì)配伍性實(shí)驗(yàn)

延安組地層水與延長(zhǎng)組地層水的水質(zhì)配伍性試驗(yàn)結(jié)論如下：

1）延安組地層水與延長(zhǎng)組地層水不配伍。

2）延安組、延長(zhǎng)組油井采出液中含有較高硫酸鹽還原菌、硫化物和鐵，且呈偏酸性。

1.2 改造前工藝及存在問(wèn)題

改造前該聯(lián)合站采用的是除油+雙濾料+雙室PE 過(guò)濾的處理工藝，計(jì)劃日處理污水600 m3，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到延長(zhǎng)油田注入水一級(jí)水質(zhì)指標(biāo)，同時(shí)經(jīng)過(guò)處理合格的水實(shí)行同層回注的原則處理。但是由于處理設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中采取混輸混注的方式，導(dǎo)致設(shè)備結(jié)垢嚴(yán)重，腐蝕情況普遍，致使主要設(shè)備破損，基本不能夠繼續(xù)使用，已經(jīng)不能滿足當(dāng)時(shí)的注水開(kāi)發(fā)需求。故該區(qū)塊采用清水作為注水水源，造成了極大地成本浪費(fèi)，同時(shí)，不合格的水注入地層，破壞了儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)，降低注水效果，增加無(wú)效成本。因此開(kāi)展污水處理系統(tǒng)清改污研究，降低對(duì)水資源的依賴，采出水實(shí)現(xiàn)100%利用，經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)的水實(shí)現(xiàn)同層回注，達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)層的目的。

2 工藝改造

2.1 主工藝流程改造

從延安組和延長(zhǎng)組地層水離子分析結(jié)果中就可以看出，延長(zhǎng)組和延安組采出水是不配伍的，所以本次改造方案采取“分層處理、同層回注”的設(shè)計(jì)理念。同時(shí)結(jié)合聯(lián)合站實(shí)際情況，提出“氣浮+粗濾+超濾”的設(shè)計(jì)方案，并且充分利用聯(lián)合站原有的設(shè)施，通過(guò)維修、更換等方法恢復(fù)原有功能，并進(jìn)行技術(shù)升級(jí)、重新設(shè)定參數(shù)等技術(shù)辦法提升舊設(shè)備性能，滿足實(shí)際要求，降低改造成本。同時(shí)新增了氣浮、濾水和超濾等設(shè)施。改造前、后工藝流程如圖3所示。

圖3 改造前、后主工藝流程

所改造的設(shè)備中包括新建一座氣浮裝置，選用改進(jìn)后的高效溶氣氣浮。工作原理為：采出污水進(jìn)入氣浮裝置后，與溶解的空氣水混合，絮凝體附著在小氣泡上，在通過(guò)機(jī)器腔與水分離后，它浮到表面并被輸送走，底部的泥沙由底部刮泥機(jī)刮至排污閥。出水通過(guò)專門(mén)設(shè)計(jì)的流道流出浮選機(jī)，部分出水通過(guò)專門(mén)設(shè)計(jì)的溶解氣泵循環(huán)使用。該氣浮裝置選用了特殊的管式反應(yīng)器，使藥劑能夠更加高效地混合，同時(shí)擁有內(nèi)置斜板，增加了絮體的反應(yīng)過(guò)程，使分離效率有了明顯的提高。并且整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積得到了極大地降低，自控能力高，能夠適應(yīng)延長(zhǎng)油田的生產(chǎn)特征，能夠適應(yīng)復(fù)雜的水質(zhì)和工作環(huán)境，維修和保養(yǎng)周期都得到了延長(zhǎng)。

粗濾設(shè)備采用雙濾料+雙介質(zhì)組合的過(guò)濾方式，確保粒徑中值和懸浮物指標(biāo)達(dá)標(biāo)，而且通過(guò)優(yōu)選出適合該區(qū)塊的濾料，使濾料再生和反洗效果提高，第一次更換濾料周期長(zhǎng)達(dá)2年（根據(jù)2019年調(diào)研統(tǒng)計(jì)，目前濾料更換周期普遍在6～12 個(gè)月）；通過(guò)對(duì)超濾膜材料進(jìn)行對(duì)比，優(yōu)選德國(guó)PTFE 超濾膜，其具有良好的親水性、耐磨抗污染能力、耐酸堿、可再生性好、抗拉力強(qiáng)等特征。

2.2 輔助流程改造

本次技術(shù)升級(jí)包括對(duì)站內(nèi)新建氣浮設(shè)置排出的浮渣進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)計(jì)算，該聯(lián)合站氣浮設(shè)備排放0.59 m3的浮渣，29.5 m3的98%含水浮渣。計(jì)劃新引進(jìn)橇裝式疊螺壓濾機(jī)，選用3.6～9 m3·h-1處理能力的機(jī)型型號(hào)，待所有設(shè)備安裝調(diào)試好之后工作周期可安排為2 天，每個(gè)工作周期8 h，基本能夠滿足該聯(lián)合站浮渣處理的需求。污油回收系統(tǒng)和污水返收系統(tǒng)的現(xiàn)有管道，根據(jù)程序變化增加一部分管道。改造加藥間，增加加藥設(shè)施5 個(gè)，方案中投入的藥劑有助凝劑、絮凝劑、殺菌藥、緩蝕劑和阻垢劑，投入的藥量分別是30、5、40、30、10 mg·L-1，加藥位置為高效溶氣氣浮前加助凝劑和絮凝劑，粗濾裝置前加殺菌劑、緩蝕劑和阻垢劑。

2.3 主要設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3.1 氣浮設(shè)備

常規(guī)的溶氣氣浮裝置（DAF 氣浮）適應(yīng)能力較強(qiáng)，但是存在溶解氧含量較高的問(wèn)題，對(duì)于高礦化度水質(zhì)也容易堵塞常規(guī)釋放器而影響氣浮效果。因此在常規(guī)氣浮的基礎(chǔ)上，通過(guò)技術(shù)改進(jìn)，選擇了適應(yīng)能力更強(qiáng)、溶解氧含量較低的高效溶氣氣浮（ADAF 氣氣浮），設(shè)計(jì)處理水量50 m3·h-1，進(jìn)水水質(zhì)：含油量≤500 mg·L-1，懸浮物≤100 mg·L-1；出水出水：含油量≤20 mg·L-1，懸浮物≤20 mg·L-1；自控附屬：自帶制氮系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，能夠做到無(wú)人值守。

2.3.2 粗濾設(shè)備

粗過(guò)濾裝置主要確保“懸浮物和粒徑中值”能夠達(dá)標(biāo)，本次設(shè)計(jì)選用“雙濾料過(guò)濾和多介質(zhì)過(guò)濾”相結(jié)合的二級(jí)過(guò)濾組合，系統(tǒng)運(yùn)行模式采用的是串并聯(lián)自主轉(zhuǎn)換，提高其自控能力，滿足實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)狀。設(shè)計(jì)處理能力1 100 m3·d-1；進(jìn)水水質(zhì)：含油量≤20 mg·L-1，懸浮物≤20 mg·L-1；出水水質(zhì)：含油量≤5 mg·L-1，懸浮物≤2 mg·L-1；自控水平：全自動(dòng)運(yùn)行；反洗方式：氣、水反洗。

2.3.3 超濾設(shè)備

超濾單元主要目的是滿足“懸浮物和粒徑中值”達(dá)標(biāo)的注水水質(zhì)要求。對(duì)于油田水處理來(lái)說(shuō)，超濾裝置技術(shù)關(guān)鍵是根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)和運(yùn)行工況篩選“耐油性膜材料和膜組件”。通過(guò)在中石油、中石化等國(guó)內(nèi)一流企業(yè)進(jìn)行考察研究，本項(xiàng)目選擇PTFE 超濾膜。設(shè)計(jì)處理能力：1 100 m3·d-1；單支膜元件尺寸：Φ260 mm×2 300 mm；膜通量：27.8 L·m-2·h-1；產(chǎn)水率：90.9%；進(jìn)水水質(zhì)：含油≤5 mg·L-1，懸浮物≤2 mg·L-1；出水水質(zhì)：含油≤3 mg·L-1，懸浮物≤2 mg·L-1，粒徑中值≤1.5 μm；自控水平：全自動(dòng)運(yùn)行膜再生系統(tǒng)等。

3 改造后處理效果分析

通過(guò)技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)了延長(zhǎng)組和延安組分層處理、同層回注的目標(biāo)，節(jié)約了注清水的費(fèi)用并且保護(hù)了水資源。其中延長(zhǎng)組采出水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理規(guī)模1 000 m3·d-1，實(shí)際采出水處理量946 m3·d-1，系統(tǒng)負(fù)荷率94.6%；延安組采出水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)采出水處理規(guī)模 600 m3·d-1，實(shí)際采出水處理量577 m3·d-1，系統(tǒng)負(fù)荷率96.2%。改造后污水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)達(dá)到超低滲透率油藏注水水質(zhì)指標(biāo)，綜合達(dá)標(biāo)率為98%，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 主要處理單元節(jié)點(diǎn)水質(zhì)指標(biāo)

通過(guò)連續(xù)7 天不間斷的化驗(yàn)方法檢測(cè)出水水質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。最終結(jié)果為：含油量≤3 mg·L-1，懸浮物含量≤2 mg·L-1，粒徑中值≤1.5 μm，達(dá)到油田的一級(jí)注水水質(zhì)指標(biāo)。

改造后水處理費(fèi)用也由 12 元·m-3降至8.41 元·m-3，聯(lián)合站每年節(jié)約無(wú)效注水費(fèi)和清水處理費(fèi)等費(fèi)用達(dá)323.8 萬(wàn)元，其中藥劑費(fèi)每年118 萬(wàn)元、更換濾料費(fèi)每年 66.55 萬(wàn)元及人工費(fèi)每年49.1 萬(wàn)元等，節(jié)約清水回注電費(fèi)113.8 萬(wàn)元，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，減少了因混層處理導(dǎo)致結(jié)垢、腐蝕的經(jīng)濟(jì)損失，提高了注水配伍性和注水開(kāi)發(fā)效果。

4 結(jié)論

氣浮+粗濾+超濾的處理工藝，有效解決了污水處理系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重、出水水質(zhì)差的問(wèn)題，尤其是高效溶氣氣浮和超濾裝置極大程度提升了處理系統(tǒng)的適應(yīng)性。同時(shí)，改造后以油田采出水替代清水作為注水井注入水，每年可減少大量無(wú)目的注水量，節(jié)約無(wú)效注水費(fèi)和清水處理費(fèi)，而且處理達(dá)標(biāo)的水注入地層后，保護(hù)地層孔隙不被堵塞的同時(shí)，降低了地下水被污染的風(fēng)險(xiǎn)。