M開發區含聚污水深度處理技術適應性分析

李宗巖 郝書岳 劉婧宜 張會忠

1大慶油田有限責任公司第五采油廠

2大慶油田設計院有限公司

1 聚驅污水處理系統概況

M 開發區1998 年首次開展聚驅試驗，2009 年開始由南到北聚驅工業化應用，目前已開發11 個工業化應用區塊。聚驅開發方式由最初的普通2 500萬、700萬抗鹽交替注入方式，發展到了目前LH2500 萬抗鹽、普通2 500 萬、普通1 900 萬、1 200 萬及700 萬抗鹽聚合物組合的交替注入方式。依據《大慶油田地面工程建設設計規定》6.2.2條：含聚濃度＜150 mg/L 時，執行水驅注水水質；含聚濃度≥150 mg/L 時，執行聚驅注水水質。根據開發要求，M 開發區聚驅對回注水質均為“5.5.2”標準[2]。大慶油田注水水質主要控制指標見表1。

表1 大慶油田注水水質主要控制指標Tab.1 Main control indexes of water injection quality in Daqing Oilfield

經過多年探索實踐，油田含聚污水深度處理技術不斷發展進步，其主要包括物化法和生化法兩種工藝[3]。M 開發區建有聚驅污水站6 座，按照普通聚驅設計，設計含聚濃度≤450 mg/L，出水設計指標“5.5.2”，設計規模8.8×104m3/d，目前處理水量5.34×104m3/d，負荷率60.7%。聚驅“5.5.2”污水處理站現狀見表2。

表2 聚驅“5.5.2”污水處理站現狀Tab.2 Current situation of polymer flooding"5.5.2"sewage treatment station

2 含聚污水處理工藝適應性分析

2.1 生化法含聚污水處理

生化技術用于含聚污水處理始于“十一五”末，2008 年首次在大慶油田工業化應用生化污水處理技術[4]，先后建成3 座含聚污水處理站，分別為A13聚、A4聚及A2聚污水處理站。生化法含聚污水處理站現狀見表3。

表3 生化法含聚污水處理站現狀Tab.3 Current situation of polymer containing sewage treatment station using the biochemical method

2.1.1 存在的問題

（1）調儲罐處理效果差。調儲罐主要接收三相分離器和脫水站聚驅放水，目前調儲罐放水含油濃度普遍在500～1 000 mg/L之間。偏高的主要原因是來水含油濃度過高，在800～2 000 mg/L之間，造成調儲罐放水水質較差。

（2）氣浮及固液分離裝置故障頻繁。氣浮和固液分離裝置投運以來，一直不能穩定運行，故障率高，M4聚污水站2015年投產至今因各類故障造成停運27次325天.

（3）微生物池處理能力逐年低。生物池運行一段時間后掛件出現硬化、渣化、尼龍繩老化現象。微生物菌膜大量繁殖和死亡，產生以菌尸和排泄物為主的大量懸浮污泥，造成掛件超重部分脫落；污泥累計下沉后造成曝氣盤堵塞、曝氣不均勻，后期維護工作量偏大。

在介紹第一份報紙《中國日報》時，“資產階級民權思想”翻譯成了“civil rights thoughts”，而“civil rights thoughts”只是民權思想的意思。專有名詞的錯譯可能會導致外國游客誤解原文意思，不利于達到向外國人傳達正確紅色文化信息的目的性。“資產階級民權思想”應該翻譯成“Bourgeois civil rights thoughts”。

2.1.2 采取的措施

（1）通過增運三相分離器，控制單井摻水量，使分離設備負荷率由85.3%降至49.3%，沉降時間由30 min 增加至53 min，放水含濃度油3 000 mg/L以上降至1 000 mg/L左右，大幅提高了水質處理的原水質量。

（2）由于抗鹽聚合物的注入導致采出液乳化性強于普通聚驅采出液，且采出液乳化程度更高，油滴粒徑總體小于4 μm，微小油滴數量是普通聚驅的5倍，乳化性能接近三元采出液，油水分離難度更大，基于采出液的乳化特性分析，開展了破乳劑優化研究及投加試驗。

（3）開展化學藥劑現場試驗。聯合研發出適于抗鹽采出液的3 類藥劑，并在A4 聚污水站、A4 聯合站以及A3 轉油站等5 個點位進行投加。A4 聯合站電脫水器運行穩定，未出現長時間垮電場情況；老化油放水硫化物含量降低明顯；A4 聚調儲罐和氣浮出水含油下降19%、11%。但500 m3沉降罐來液復雜且污染物易在系統循環，去除難度大。下一步以500 m3沉降罐治理為重點，繼續開展藥劑配伍性研究，進一步改善處理效果。

2.1.3 改進后生化工藝適應性強

通過剖析存在問題，開展現場試驗，A13聚污水站早期工藝存在收油困難、污泥上浮等問題，對部分工藝改造，并應用于A4聚污水站和A2聚污水站。經過不斷改進完善，形成了以“沉降罐+高效氣浮+微生物+固液分離+過濾”為主工藝的含聚污水生化處理技術（圖1）。

圖1 生化法改進示意圖Fig.1 Schematic diagram of biochemical method improvement

針對A13聚污水站施工過程中出現的問題，通過全程跟蹤協調，為順利施工提供了保證；結合設計及施工問題，并對A2 聚污水站進一步加以改進[5]。改進一：微生物池采用折線布置方式，池間隔墻長度變短，提高分組停運檢修可靠性及安全性增強；改進二：微生物反應池池頂蓋板全部采用活動蓋板，方便檢修維護；改進三：微生物池內外墻厚均由350 mm調整至500 mm，增強抗裂性。改進后的微生物系統適應性進一步增強。微生物池改進見圖2。

圖2 微生物池改進示意圖Fig.2 Schematic diagram of microbial pool improvement

2.1.4 優化整合效果突出

針對A13區塊水、聚驅、三元污水站運行負荷低，水質達標困難的問題，在《2018—2020 年水質綜合治理規劃》中，提出了污水系統整合思路，總體規劃分步實施。方案制定：2018 年編制總體方案，結合開發現狀，統籌對污水系統整合，經核實工藝和能力均滿足要求；技術改造：2019 年對A13含聚站微生物池改造，實現分組停運、方便檢修、提高強度，增強了工藝適應性；平穩運行：2019 年11 月投運，連續5 個月水質穩定達到“5.5.2”指標，含油濃度1.5 mg/L，懸浮物濃度2.0 mg/L；優化調整：2020年4月8日及5月8日將A13水驅污水和三元污水全部整合至含聚污水站統一處理。整合后運行負荷率適中，保持在80%以下；水質穩定達到“5.5.2”指標；節省運行費用465 萬元/年，優化勞動用工17 人（表4），為水、聚驅污水系統優化整合積累了經驗。

表4 優化用工統計Tab.4 Statistics of optimized employment

2.2 物化法含聚污水處理

M3 區塊建有物化含聚污水站3 座，均采用“兩級沉降+三級過濾”工藝，沉降段既可“連續流”又可“序批流”運行[6]。2012年開始先后建成3座含聚污水處理站，分別為A12污水站、A5聚污水站及A1 聚污水站。物化法含聚污水處理站現狀見表5。

表5 物化法含聚污水處理站現狀Tab.5 Current situation of polymer containing sewage treatment station using the physico-chemical method

2.2.1 過濾工藝反沖洗循環水量大

常規過濾罐反沖洗過程中要求膨脹率在20%～40%之間。由于濾料密度過大，達到理想膨脹率的反沖洗強度較大，造成循環水量大、反沖洗過程影響水質等問題[7]。物化法過濾工藝采用三級過濾，A12污水站過濾罐氣水反沖洗運行一段時間后，由于閥門不嚴調整為水洗，再生效果差。因此在后期建設的A5和A1污水站均采用純水反沖洗，按照設計循環水量平均達到出水量的30%以上，不僅增加了處理費用，建設規模也相應地增加。

2.2.2 聚合物混合后采出液物性發生變化

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相對分子質量聚合物差距較大，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：電極電位混合后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，最小縮至原來的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，通過簡單沉降過濾工藝無法達到出水深度處理指標。

2.2.3 改進后工藝適應性強

通過總結A12 污水站運行情況，對A5 聚污水站、A1 聚污水站對存在的問題在設計中加以改進。原水階段采用高效分離器提高油水分離效果，沉降罐浮動固定收油考慮收油效果，同時改進溶氣泵工藝提高污水處理效果，改進過濾工藝實現分側停產檢修[8]，提高了工藝設施適應性。物化法改進見圖3。

圖3 物化法改進示意圖Fig.3 Schematic diagram of physico-chemical method improvement

2.3 工藝經濟技術性對比評價

以1.5×104m3/d含聚污水站為例，一次性建設投資物化工藝為14 631萬元，噸水費用0.37元，年平均維護費用337萬元；一次性建設投資生化工藝為12 644萬元，噸水費用0.57元，年平均維護費用264.5萬元。

3 結論

（1）物化法屬于油田常規水處理工藝，便于操作及管理，運行平穩、抗沖擊負荷能力強[9]；污油全過程損失小，排泥量相對生化法少；生產單位可自行管理維護。但建設投資、運行費用及十年現值高；短期的水質波動適應性差，長期波動將導致水質變差；占地面積較大，濾罐數量多，循環水量大；物化工藝過濾罐數量較多，反沖洗水量大，需進一步完善氣水反沖洗功能，減少循環水量。

（2）生化工藝建設投資、運行費用及十年現值低；短期水質波動適應性強，微生物系統可自行調節；過濾段處理流程短，一級過濾循環水量少。但在高寒地區采用大型混凝土構筑物作為主要生產設施時，生產維護施工難度大，菌種需每年定期維護，排泥量過多，并分解部分原油。微生物產生以菌尸及排泄物為主的大量污泥，需要對排泥、污泥減量等后續工藝進行建設完善

（3）生化法最合適的處理溫度為36 ℃，在溫度36 ℃時，處理8 h后，含油濃度由636 mg/L降至50 mg/L，處理效果最佳，其次為38 ℃、34 ℃，超過40 ℃，處理效果下降，應在不同含聚濃度下定期摸索處理溫度，保證最佳處理效果。結合膜法生物處理的特點，確定運行原則、主要技術指標的監測頻率及標準。

（4）對于油田不同開發時期，除了應對工藝技術及生產運行進行必要的調整外[10]，還應對投加的藥劑配伍性進行研究，優化各節點藥劑投加種類、點位、濃度等。