油田含油污泥處理工藝及資源化利用分析

蔡 程

（克拉瑪依市生態(tài)環(huán)境局白堿灘區(qū)（克拉瑪依高新區(qū)）分局環(huán)境科研監(jiān)測站，新疆 克拉瑪依 834009）

含油污泥產生于原油開采環(huán)節(jié)，可細分為落地油泥、煉化廢油泥以及清罐油泥等，具有熱波特性，含油率為20%～50%，含水率為40%～80%，其中含有多種污染物。油田開采、井下作業(yè)、管道泄漏等事故均會產生大量油泥，因此其綜合處理技術要求較高。

1 含油污泥處理工藝

1.1 溶劑萃取

溶劑萃取涉及多個環(huán)節(jié)，可以與活性水洗相結合。

1.1.1 溶劑萃取工藝

（1）粗分環(huán)節(jié)。將收集的含油污泥統(tǒng)一置于化油池內，通過蒸汽升溫將其加熱至40～60 ℃，在此過程中適時加入少量水；待到達預設溫度后，可見化油池內出現分層現象，提取上層油水混合物與中層細泥，然后泵送至萃取罐；將池底大顆粒污泥、固體懸浮物與泥水靜置、晾干后，生成固體粉末[1]。

（2）萃取環(huán)節(jié)。取有機溶劑進行粗分池內細泥的萃取，在此過程中，上層油液將溶于有機溶劑，有機質、水及細泥其他成分將在罐底沉積；取含油的溶劑泵送至蒸發(fā)罐，依據油液與溶劑沸點差異進行有機溶劑的蒸發(fā)與回收；將余下沸點較高的油液及少量有機質成分回收，留待后續(xù)作為燃料油使用。

（3）脫水處理。將萃取罐內剩余有機質、細泥及水泵送至調節(jié)池內，注入適量鹽酸中和至溶液呈弱酸性，用于有機質改性；隨后加入適量氫氧化鈉溶液中和剩余泥漿，泵送至離心機入口處，向其中添加濃度1‰的絮凝劑，經離心處理后將水、泥漿與有機質分別從不同出口排出，實現終端產物的直接利用。

1.1.2 活性水洗-溶劑萃取

（1）活性水洗。取適量罐底污泥，利用80 ℃熱水洗滌30 min 后，將含油污泥與表面活性劑以1 ∶8比例混合置于燒瓶內，以300 r/min 速率攪拌30 min后靜置；待觀察到燒杯內分層后，刮去上層浮油，送入離心機內進行離心處理，將分離出的底部沉渣送入烘箱內以110 ℃高溫烘干處理，再置于干燥器內在恒溫條件下稱重并記為m1；將干燥后的固體沉渣置于坩堝內，再送入馬弗爐中焙燒，待冷卻后稱量剩余殘渣質量，記為m2，結合干燥后質量，計算出殘油率約為6%[2]。在此過程中，選取殘油率作為核心指標，判斷該指標與表面活性劑質量濃度、除油效果的關系，并將含油污泥高溫焙燒（600 ℃）后剩余泥渣中不溶物及無機鹽的含量設為φ，取值為8%。殘油率（P）的計算公式為

以硅酸鈉為最佳表面活性劑，伴隨硅酸鈉質量濃度的增加，除油效果呈現出顯著提升趨勢，但質量濃度超過5 g/L 后，增速開始減緩，由此確認以質量濃度為5 g/L 的硅酸鈉表面活性劑為最佳工藝配方。

（2）溶劑萃取。活性水洗后的含油污泥殘油率仍偏高，為實現污泥的達標排放，仍需要引入溶劑萃取法形成組合工藝方案。采用甲基環(huán)己烷-ZO 復合劑作為溶劑，將含油污泥殘渣與溶劑以1 ∶4 的比例混合，利用蒸汽加熱至40 ℃，萃取40 min 后，以300 r/min 轉速進行均勻攪拌，測得泥渣殘油率降至小于1%，實現除油目標。

1.2 熱處理技術

熱處理技術有兩種，一是干化+焚燒，二是熱解法。

1.2.1 干化+焚燒

干化技術主要借助溫度500 ℃以上的蒸汽進行含油污泥加熱，將脫水后的固體污泥送入干化室，將其表面殘留水分迅速蒸發(fā)，同時加快固體污泥中液體的滲出及蒸發(fā)，有效降低活性污泥的含水率，但干化處理后的活性污泥含油率仍較高，有害成分未得到凈化處理，因此通常將該技術應用于焚燒前的預處理環(huán)節(jié)，并在末端加裝尾氣處理裝置[3]。將干化后的污泥送入焚燒爐內，在高溫環(huán)境下焚燒處理，將焚燒過程中釋放的大量熱能進行回收，復用于污泥干化環(huán)節(jié)，防范烴類物質揮發(fā)后形成空氣污染物。焚燒后，污泥礦化為灰渣，可使油泥的含油量至少減少95%，但灰渣殘留大量重金屬，因此將其統(tǒng)一收集進行無害化處理。

1.2.2 熱解法

熱解法主要借助全封閉式循環(huán)裝置進行熱處理，將含油污泥在高溫、厭氧環(huán)境下進行蒸餾、熱分解，使其中的有機物分解為固、液、氣三態(tài)，其中固態(tài)焦類物質成分為炭渣和無機礦物，液態(tài)油由大分子烴類、水兩種成分組成，氣體含有烴類、氫氣、一氧化碳及二氧化碳等成分，可分別回收利用，實現對含油污泥的減量化、無害化處理[4]。但該工藝在應用過程中將消耗一定量的燃料，還需要加裝尾氣處理裝置，將增加工藝成本，因此要結合實際處理需求進行工藝選擇。

2 含油污泥調剖工藝及資源化利用

2.1 含油污泥凍膠制備

取某油田含油污泥進行工藝試驗，預先對含油污泥進行成分分析，測得固含量為65%，原油含量為7%，含水量為28%。該污泥原油含量達7%，不符合殘油率小于1%的指標要求，將削弱含油污泥的沉降固化及耐沖刷效果，因此擬引入調剖工藝進行含油污泥的資源化處理。

2.1.1 交聯劑用量

基于聚合物交聯原理進行含油污泥的調剖處理，將其與聚丙烯酰胺混合，分別添加不同質量分數的苯酚類、醛類交聯劑，制成酚醛凝膠體系，再將凍膠送入烘箱內，以55 ℃溫度恒溫處理，觀察添加不同比例交聯劑后含油污泥凍膠體系強度產生的變化[5]。伴隨苯酚類交聯劑質量分數的增加，凝膠體系的強度呈增大趨勢，且成膠耗時縮短；而醛類交聯劑質量分數增加后，凝膠體系的強度同樣增大，但成膠時長無明顯變化。整合工藝試驗結果，確認交聯劑最佳用量為0.03%苯酚類+0.03%醛類，可在15～17 h 內成膠，且含油污泥凍膠的表觀黏度達到22 000 mPa·s 左右。

2.1.2 污泥含量控制

將含油污泥質量分數控制在10%～60%，重復上述聚合物交聯法工藝流程完成酚醛凝膠體系的制備，對凍膠性能進行測試，確認最佳質量分數為40%。測試結果如表1所示。

表1 含油污泥質量分數與凝膠體系性能指標的關系

2.1.3 稠化劑用量

結合上述工藝試驗確認的交聯劑、含油污泥最佳質量分數，將聚丙烯酰胺用量控制在0.15%～0.30%，將制成的調堵劑送入烘箱內，以55 ℃溫度條件恒溫烘干，觀察添加不同比例稠化劑后凝膠體系的成膠時間、表觀黏度的變化。伴隨聚丙烯酰胺用量的持續(xù)增加，成膠時長明顯縮短，表觀黏度在持續(xù)增大后趨于平緩，其中在聚丙烯酰胺質量分數為0.3%時，可在8 h 內快速成膠，且表觀黏度達到最大值40 000 mPa·s。

2.2 含油污泥凍膠性能評價

基于上述工藝試驗，確認調堵劑最佳工藝配方為：40%活性污泥+0.3%聚丙烯酰胺+0.03%苯酚類交聯劑+0.03%醛類交聯劑。依據上述配比制成含油污泥凍膠，并分析凍膠強度的影響因素。

2.2.1 耐熱性能

將含油污泥凍膠進行加熱處理，由40 ℃加熱至90 ℃，觀察成膠時間、表觀黏度的變化。伴隨溫度逐步升高，凍膠的成膠時間大幅縮短，表觀黏度先增大后減小，溫度升高至55 ℃以后，凍膠的表觀黏度開始下降，但在終溫狀態(tài)下其表觀黏度仍保持在23 500 mPa·s 以上。結合油田實際開采環(huán)節(jié)的平均地層溫度，可判斷該凍膠體系具備良好的耐熱性能。

2.2.2 封堵性能

為判斷含油污泥凍膠的封堵性能，采用物模試驗對滲透率在0.685～2.541 μm2的巖芯進行單管封堵性能評價。測試結果如表2所示。注入量為0.25 PV 時，巖芯封堵率平均超過87%，且突破壓力最小值為6.8 MPa，說明該凍膠體系具有理想的封堵效果。

表2 封堵性能評價試驗結果

2.3 調堵劑配方工藝體系應用

在調剖工藝方案設計上，在油田采集含油污泥樣本后，先借助甩干機進行脫水處理，隨后送入離心機進行固液分離，取固態(tài)顆粒物外運進行深度處理，剩余油水混合物、有機質及泥漿等成分統(tǒng)一運送至調剖井場進行后處理。在調剖環(huán)節(jié)，先取質量分數為40%的含油污泥，加入由0.3%聚丙烯酰胺、0.03%苯酚類交聯劑、0.03%醛類交聯劑組成的調堵劑，送入20 m3攪拌罐進行均勻攪拌，再借助提升機送至10 m3攪拌罐內繼續(xù)攪拌，接下來經污泥泵泵送至砂箱內，最終將制成的含油污泥凍膠運送至目標油層。

3 結論

當前，生態(tài)環(huán)境部門高度重視油田含油污泥處理，有必要基于減量化、無害化和資源化理念，研究含油污泥的回收處理及再利用，其技術應用前景良好。但是，含油污泥類型、成分的差異決定其理化性質的多變性，未來需要在處理環(huán)節(jié)做好活性污泥成分、變化規(guī)律的具體分析，并結合實際生產及環(huán)保要求進行資源化利用方案的編制，提升活性污泥處理效益。