董晶顥，田 禹，熊 曄

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150090，djinghao@126.com; 2.哈爾濱理工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，哈爾濱150040)

特低滲透油層的開發(fā)具有單井產(chǎn)量低、油藏豐度低、油層的連通性差的特點(diǎn)，因此，作為難采油藏之一，雖然具有較大的地質(zhì)儲(chǔ)量，但由于開發(fā)效益差的原因，這部分原油地質(zhì)儲(chǔ)量一直沒有得到有效動(dòng)用［1］.

近年來，隨著各國對(duì)原油需求量的不斷增加，國際原油價(jià)格的不斷攀升以及特低滲透油藏開發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，原來不能實(shí)現(xiàn)有效開發(fā)的特低滲透油藏正在開發(fā)之中.據(jù)資料分析:目前，在大慶油田未開采的原油儲(chǔ)量中，特低滲透油層的儲(chǔ)量約為1.4×108t，約占未開采量的37%，實(shí)現(xiàn)該部分油藏的有效開發(fā)，已成為大慶油田確保原油產(chǎn)量的重要措施之一.

特低滲透油藏的開發(fā)，給油田地面工程提出了新的技術(shù)問題，其主要集中在含油污水的處理方面，由于油藏的滲透率低，因此，對(duì)回注水的水質(zhì)要求大幅度提高［2］，水質(zhì)指標(biāo)由原來的低滲透層的“8、3、2”(含油量≤8 mg/L、懸浮固體含量≤3 mg/L、懸浮固體顆粒粒徑中值≤2 μm)提高到“5、1、1”(含油量≤5 mg/L、懸浮固體含量≤1 mg/L、懸浮固體顆粒粒徑中值≤1 μm)［3］，常規(guī)的低滲透油田采出污水處理工藝難以滿足該種水質(zhì)處理要求［4－8］.

1 研究材料及工藝

1.1 廢水來源及水質(zhì)

以大慶油田外圍特低滲透油田采出水為研究對(duì)象.采出水含油量平均值為280.4 mg/L，懸浮固體含量為383 mg/L，CODCr為1124 mg/L，平均溫度為40℃，pH值為8.15.

1.2 工藝流程

1.2.1 物理化學(xué)法處理工藝流程

圖1所示流程為常規(guī)的低滲透油田采出水處理工藝，處理規(guī)模為20 m3/h.特低滲透油田采出水沉降后，出水投加混凝劑聚合氯化鋁(PAC)，氣浮后經(jīng)紫外燈照射殺菌，然后經(jīng)過粗濾和精濾，濾料分別采用海綠石，磁鐵礦，最后經(jīng)過中空纖維超濾膜(PVDF)超濾后回注地下.整個(gè)處理流程采用“物理+物化”的處理方法.

圖1 物理化學(xué)法處理特低滲透油田采出水工藝流程

1.2.2 生物法處理工藝流程

實(shí)驗(yàn)室采用混凝－MBR工藝處理特低滲透油田采出水，如圖2所示.采出水首先通入混凝反應(yīng)器，投加混凝劑Al2(SO4)3一定時(shí)間后，取其上清液進(jìn)入MBR反應(yīng)器.MBR反應(yīng)器主要由載有填料的好氧生物反應(yīng)器和膜組件兩部分組成.經(jīng)過好氧生物反應(yīng)處理后的上清液通過蠕動(dòng)泵抽吸作用進(jìn)入膜組件，在膜組件透過液出口同樣利用恒流蠕動(dòng)泵抽吸出透過液，而濃縮液則從濃縮液出口回流至好氧生物反應(yīng)器.

MBR工藝的操作條件:不改變油田采出水溫度、pH，曝氣強(qiáng)度選擇25.2 L/min，曝氣時(shí)間為6 h，對(duì)于污泥濃度則要求不大，進(jìn)水壓力為0.07 MPa，透過液出口壓力為0.06 MPa.

圖2 生物法處理特低滲透油田采出水工藝流程

2 結(jié)果與討論

2.1 物理化學(xué)法處理效果

表1為采出水物理化學(xué)法處理工藝水質(zhì)分析結(jié)果.物理化學(xué)法對(duì)于油的去除效果較好，能夠滿足回注水水質(zhì)指標(biāo)(含油量≤5 mg/L)［3］，但是懸浮固體的去除效果則很不理想.另外從各處理階段來看，過濾出水不穩(wěn)定，分析認(rèn)為由于該工藝為物化處理，對(duì)其中的溶解物、微生物等的去除都沒有涉及到，而這些因素恰恰是導(dǎo)致水質(zhì)不穩(wěn)定的潛在因素，同時(shí)也影響著懸浮固體的產(chǎn)生.

通過氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀，對(duì)采出水進(jìn)行了有機(jī)物分析.采出水中共含有108余種有機(jī)物，其中，峰面積(峰高)較大的有機(jī)物66種，包括:脂肪烴45種(正烷烴30種(C11～C40)，支鏈烷烴和環(huán)烷烴15種)，胺類7種，苯、苯酚、萘、蒽等環(huán)狀化合物9種，含硫化合物5種.這些有機(jī)物質(zhì)主要為原油組分及采油過程中投加的化學(xué)助劑［9－11］.

脂肪烴類化合物作為微生物生長的主要營養(yǎng)物，很容易被微生物降解和利用.苯和萘亦能有效地被微生物降解，且對(duì)降解它們的微生物進(jìn)行馴化也比較容易［12］.因此，采出水中的大部分有機(jī)物可通過生物法進(jìn)行去除，這樣不僅能保證水質(zhì)的穩(wěn)定，而且能夠避免因更多化學(xué)助劑的投入而帶來的副反應(yīng).

2.2 生物法處理效果

2.2.1 含油量的去除

石油類有機(jī)污染物是油田采出水的主要污染成分，也是重要的控制指標(biāo)之一.回注水中含油量過高，會(huì)使硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌等微生物滋生，造成管道腐蝕，并且會(huì)堵塞巖石孔隙.本實(shí)驗(yàn)中采出水含油量為260～330 mg/L，經(jīng)過混凝處理后，含油量大大降低，可達(dá)到50 mg/L左右.經(jīng)過MBR處理后的出水，含油量<3 mg/L，低于特低滲透油層回注水中含油量的指標(biāo)(如圖3所示).可見MBR工藝對(duì)含油量的去除非常有效.另外，對(duì)于透過液再采用0.45 μm的濾膜過濾后測(cè)定其含油量，數(shù)值變化不大，可見透過液中油大部分屬于溶解油.

圖3 生物法對(duì)含油量的去除效果

2.2.2 懸浮固體的去除

懸浮固體的去除是特低滲透油田采出水回注的關(guān)鍵［2］，也是本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)考察指標(biāo).油田采出水懸浮固體(SS)含量為300～400 mg/L.由圖4可以看到，經(jīng)過混凝法處理后SS有了大幅度的降低(50 mg/L左右).MBR工藝出水懸浮固體含量基本控制在1 mg/L以下，且出水SS穩(wěn)定，去除率可達(dá)到99%.可見，MBR工藝不但能夠有效截留采出水中的固體懸浮物，同時(shí)能夠充分降解水中的溶解性固體，從而使得系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定運(yùn)行，出水滿足特低滲透油層回注水對(duì)于懸浮固體含量的嚴(yán)格要求.

圖4 生物法對(duì)SS的去除效果

2.2.3 懸浮固體粒徑中值的變化

特低滲透油層滲透率較低(滲透率為(1～0.5)×10－3μm2)［1，13］，因此對(duì)于懸浮固體的粒徑中值要求也就較為嚴(yán)格.圖5為整個(gè)工藝各階段的粒徑中值.由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，油田采出水的懸浮固體粒徑中值為3.7～5.0 μm.經(jīng)過混凝處理后，其粒徑中值明顯減小，部分時(shí)候可以達(dá)標(biāo)(低于1 μm)，但并不能保證混凝出水粒徑中值穩(wěn)定在1 μm以下.經(jīng)過MBR的進(jìn)一步處理，粒徑中值穩(wěn)定控制在0.3 μm左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于特低滲透油層對(duì)回注水粒徑中值的要求，從而保證了MBR出水回注地層后，不會(huì)堵塞巖石的空隙，也有利于進(jìn)一步提高油田的開采效率.

圖5 生物法對(duì)粒徑中值的處理效果

2.2.4 CODCr的去除

在對(duì)油田采出水物理化學(xué)工藝進(jìn)行水質(zhì)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，處理后達(dá)標(biāo)的出水放置一段時(shí)間后會(huì)變綠，導(dǎo)致色度升高.通過分析，認(rèn)為這可能與水中含有的膠體及溶解性雜質(zhì)有關(guān).由于水中某些金屬離子與無機(jī)分子及有機(jī)化合物發(fā)生反應(yīng)，從而形成有色的金屬鹽及絡(luò)合物.而這些作為CODCr貢獻(xiàn)者的溶解性物質(zhì)的處理卻是在常規(guī)物理及物化處理工藝中被忽視的.

由圖 6可知采出水 CODCr含量為 900～1 200 mg/L，在經(jīng)過混凝和MBR處理后，其濃度降至約為50 mg/L，這部分CODCr主要是為水中溶解性原油，以及水溶性有機(jī)物和少量還原性離子.

3 結(jié)論

1)常規(guī)的物理化學(xué)法處理特低滲透油田采出水，含油量的去除可以滿足回注水要求，但懸浮固體的去除效果很不理想，且系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定.

2)氣相色譜/質(zhì)譜分析結(jié)果表明，采出水中的大部分有機(jī)物可生物降解.生物法的采用不僅能保證回注水水質(zhì)的穩(wěn)定，而且能夠避免因添加化學(xué)助劑而帶來的二次污染.

3)采用混凝－MBR工藝對(duì)特低滲透油田采出水進(jìn)行處理，回注水能夠滿足《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》(SY/T 5329－1994)的要求，出水水質(zhì)穩(wěn)定.

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