交聯(lián)胍膠返排液回注預(yù)處理工藝研究

王柳斌 易敏 馬堯 李曉艷 秦金霞

1中國(guó)石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院

2中國(guó)石油新疆油田分公司準(zhǔn)東采油廠

隨著瑪湖特大型油田的發(fā)現(xiàn)，“水平井+體積壓裂”已經(jīng)成為新疆油田公司增儲(chǔ)上產(chǎn)的主要開(kāi)發(fā)模式。隨著該開(kāi)發(fā)模式的廣泛應(yīng)用，交聯(lián)胍膠采出水的處置方式成為油氣田亟待解決的問(wèn)題[1]。

交聯(lián)胍膠采出水是一種復(fù)雜的多相分散體系[2]，新疆油田常用的交聯(lián)胍膠采出水中主要含有增稠劑、交聯(lián)劑、過(guò)氧化物類破膠劑、pH 值調(diào)節(jié)劑、助排劑、破乳劑、黏土穩(wěn)定劑等，具有穩(wěn)定性好、污染性大、COD 值高、處理難度大、處理工藝復(fù)雜、處理成本高等特點(diǎn)[3-8]，若不經(jīng)過(guò)處理直接外排，將會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，新疆油田公司工程技術(shù)研究院開(kāi)展了交聯(lián)胍膠采出水處理工藝研究，通過(guò)分析水質(zhì)成分，研究出滿足相應(yīng)要求的交聯(lián)胍膠采出水處理工藝，并在現(xiàn)場(chǎng)得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了新疆油田交聯(lián)胍膠采出水的有效利用，降低了企業(yè)的用水成本，具有重大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益[9]。

1 研究背景

處理后的交聯(lián)胍膠采出水主要用于復(fù)配壓裂液、回注油田和達(dá)標(biāo)外排。其中，復(fù)配壓裂液受季節(jié)性影響較大，達(dá)標(biāo)外排成本較高（約80～100元/m3），因此，回注油田成為較理想的處置方式。

目前，新疆油田常規(guī)采出水處理系統(tǒng)采用“重力除油+旋流反應(yīng)+混凝沉降+壓力過(guò)濾”處理工藝，處理后常規(guī)采出水回注地層，但由于交聯(lián)胍膠采出水具有穩(wěn)定性好、處理難度大、處理成本高等特點(diǎn)，該工藝不能用于處理交聯(lián)胍膠采出水。交聯(lián)胍膠采出水處理后直接回注油田成本約40～50 元/m3，相比常規(guī)采出水處理成本（約10元/m3）高，因此，開(kāi)展交聯(lián)胍膠采出水經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)入已建采出水水處理系統(tǒng)的研究迫在眉睫。

2 水質(zhì)成分分析

選取新疆油田某站前存儲(chǔ)交聯(lián)胍膠采出水的萬(wàn)方池水進(jìn)行水質(zhì)分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1 可知：①交聯(lián)胍膠采出水水質(zhì)基本都呈弱堿性，水質(zhì)總鐵含量較低；②礦化度在6 000～12 000 mg/L 之間，礦化度較高，均為氯化鈣水型；③含油和懸浮物均較高；④細(xì)菌超標(biāo)。

表1 交聯(lián)胍膠采出水水質(zhì)分析Tab.1 Water quality analysis of crosslinked guanidine gum produced water

3 交聯(lián)胍膠采出水預(yù)處理進(jìn)站技術(shù)

3.1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

針對(duì)電化學(xué)過(guò)程中藥劑添加情況，開(kāi)展了相關(guān)藥劑實(shí)驗(yàn)。首先加入pH 值調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)采出水pH 值為3～4，以增強(qiáng)氧化劑的氧化能力，再加入氧化劑氧化15 min，再調(diào)節(jié)pH 值至中性，投加凈水劑和助凝劑進(jìn)行絮凝。處理完成后測(cè)定絮體下沉?xí)r間，放置10 min 后測(cè)定含油濃度、懸浮物濃度和濁度。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2 可知：氧化劑在投加量為220 mg/L 時(shí)，處理效果達(dá)到較好水平，處理后絮體大而實(shí)，沉降速度快，懸浮物濃度可降低至10 mg/L 以下，含油濃度降至0.1 mg/L 以下。

表2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Laboratory test result

3.2 處理工藝

根據(jù)前期工藝技術(shù)調(diào)研和室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，新疆油田交聯(lián)胍膠采出水處理工藝采用“氣浮+電化學(xué)+過(guò)濾”的處理工藝。

“氣浮+電化學(xué)+過(guò)濾”處理工藝主要由沉降罐、EIMT 污水處理設(shè)備（包含電化學(xué)催化反應(yīng)器、氣浮橇）、加藥橇、過(guò)濾橇等組合而成。其原理是通過(guò)多級(jí)沉降降低來(lái)水中含油量，在流程中先加入氧化劑，將采出水中有機(jī)高分子化合物氧化降黏后，再進(jìn)行混凝沉降處理，最終通過(guò)過(guò)濾將采出水中含油濃度、懸浮物濃度降至20 mg/L 以下。整套設(shè)備為橇裝化裝置，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，操作方便，出水水質(zhì)好。

流程說(shuō)明：三相分離器分離出的交聯(lián)胍膠采出水通過(guò)管線輸入沉降罐沉降，使采出水中含油濃度控制在100 mg/L 左右，然后用泵提升至電化學(xué)催化反應(yīng)器中，將采出水中有機(jī)高分子化合物氧化降黏后，提升至氣浮橇中，除去水中含油和懸浮物后，最后經(jīng)過(guò)濾單元過(guò)濾，處理后出水水質(zhì)能滿足含油濃度≤20 mg/L，懸浮物濃度≤20 mg/L 的要求，隨后摻入常規(guī)采出水處理系統(tǒng)處理。

工藝流程框見(jiàn)圖1。

圖1 預(yù)處理工藝流程Fig.1 Pretreatment process flow

3.3 應(yīng)用情況

（1）預(yù)處理工藝。新疆油田交聯(lián)胍膠采出水預(yù)處理裝置于2019 年4 月在某采油廠試運(yùn)行，預(yù)處理規(guī)模350 m3/d，采用“氣浮+電化學(xué)+過(guò)濾”工藝，處理某聯(lián)合站前萬(wàn)方池存水，經(jīng)連續(xù)化驗(yàn)檢測(cè)得出該工藝處理設(shè)備處理結(jié)果（表3、圖2）。

表3 預(yù)處理后交聯(lián)胍膠采出水水質(zhì)Tab.3 Water quality of crosslinked guanidine gum produced water after pretreatment

圖2 交聯(lián)胍膠采出水預(yù)處理后水質(zhì)情況Fig.2 Water quality of crosslinked guanidine gum produced water after pretreatment

（2）處理后交聯(lián)胍膠采出水摻入常規(guī)采出水系統(tǒng)，常規(guī)采出水處理系統(tǒng)采用“重力除油+旋流反應(yīng)+混凝沉降+壓力過(guò)濾”處理工藝，處理規(guī)模1 800 m3/d。摻混試驗(yàn)期間，聯(lián)合站滿負(fù)荷運(yùn)行，處理后水質(zhì)情況見(jiàn)表4、圖3 和圖4。

表4 處理混合水后水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果Tab.4 Water quality results after treatment of mixed water

圖3 摻入常規(guī)采出水系統(tǒng)處理后含油檢測(cè)值Fig.3 Detection results of the content of oil after mixing into the conventional produced water system

圖4 摻入常規(guī)采出水系統(tǒng)處理后懸浮物檢測(cè)值Fig.4 Detection results of the content of suspended solids after mixing into the conventional produced water system

預(yù)處理階段水質(zhì)達(dá)標(biāo)并摻入常規(guī)采出水系統(tǒng)后，因交聯(lián)胍膠采出水與常規(guī)采出水摻混比約為1∶5，需增加常規(guī)水處理藥劑量，在凈水劑加藥濃度為400～600 mg/L、助凝劑加藥濃度為15～20 mg/L時(shí)，處理后的凈化水含油濃度≤5 mg/L，懸浮物濃度≤5 mg/L，達(dá)到回注油田的指標(biāo)（Q/SY 0030—2015）[10]，處理成本（含預(yù)處理）約15 元/m3，累計(jì)處理液量17 310 m3。

4 效益分析

（1）經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)研究交聯(lián)胍膠采出水預(yù)處理進(jìn)站工藝，減少了交聯(lián)胍膠采出水達(dá)標(biāo)外排費(fèi)用，以處理后的交聯(lián)胍膠采出水達(dá)標(biāo)外排費(fèi)用90 元/m3來(lái)算，大約節(jié)省人民幣129.83 萬(wàn)元，降低了新疆油田環(huán)保壓力的同時(shí)，保證了采油廠的正常生產(chǎn)。

（2）社會(huì)效益。交聯(lián)胍膠采出水的預(yù)處理進(jìn)站工藝，對(duì)新疆油田實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。交聯(lián)胍膠采出水的回用，大幅降低了高COD、高鹽采出水對(duì)環(huán)境的影響。

5 結(jié)論

針對(duì)交聯(lián)胍膠采出水的水質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合新疆油田常規(guī)采出水處理工藝，優(yōu)選出了適合新疆油田的“氣浮+電化學(xué)+過(guò)濾”預(yù)處理工藝，使得預(yù)處理后交聯(lián)胍膠采出水滿足懸浮物濃度≤20 mg/L、含油濃度≤20 mg/L 的要求；摻入常規(guī)采出水處理后，水質(zhì)滿足懸浮物濃度≤5 mg/L、含油濃度≤5 mg/L 的要求，確保了處理后的交聯(lián)胍膠采出水摻入已建采出水處理系統(tǒng)后的平穩(wěn)運(yùn)行。

（1）開(kāi)展交聯(lián)胍膠采出水的預(yù)處理現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，采用“氣浮+電化學(xué)+過(guò)濾”工藝處理后的交聯(lián)胍膠采出水摻入常規(guī)采出水處理系統(tǒng)后，保證了常規(guī)采出水處理系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，處理后的水質(zhì)達(dá)到含油濃度≤5 mg/L，懸浮物濃度≤5 mg/L 的回注標(biāo)準(zhǔn)，工藝具有流程短、效果好的特點(diǎn)。

（2）由于交聯(lián)胍膠采出水成分復(fù)雜，穩(wěn)定性高，處理難度大，需進(jìn)一步研究處理工藝和配套藥劑體系，以滿足不同油田開(kāi)發(fā)的需求。