伍永巴依 李兆強 宋晶晶

新疆油田公司風城油田作業(yè)區(qū)

三元復合驅(qū)是目前保證油田開發(fā)效果的重要支撐技術，但由于三元復合驅(qū)采出水中含有大量的聚合物、表面活性劑、堿等驅(qū)替劑，增強了采出水的穩(wěn)定性，同時為了提高處理效果，從井口到污水站投加了大量的藥劑，造成污水成分復雜，油水乳化嚴重，處理難度增加，在見劑高峰期無法穩(wěn)定處理并達標[1-4]。從三元污水處理工藝發(fā)展歷程看，最初的“高效除油+曝氣沉降+兩級壓力過濾”處理工藝，面臨投加大量藥劑，產(chǎn)生的大量浮渣無法處理的難題。在升級為“兩級連續(xù)流氣浮序批沉降+兩級壓力過濾”后，處理效果已經(jīng)明顯改善，但由于不同區(qū)塊交替開發(fā)，采出水混摻處理配伍性較差，僅依靠物理處理工藝，見劑高峰期難以保證外輸水質(zhì)完全達標[5-6]。油田多年來試驗過多種三元污水處理方法，包括優(yōu)化現(xiàn)有處理工藝運行參數(shù)，采用微生物技術處理三元污水等，從試驗效果看，單一設備或藥劑對三元污水處理有一定作用，但無法解決系統(tǒng)性的問題[7-9]。另一方面，三元污水復雜的處理工藝，加大了地面建設投資及運行成本[10]，因此需要探索污水處理新技術，實現(xiàn)處理效果和經(jīng)濟性的平衡。

1 三元復合驅(qū)采出水處理試驗

1.1 物化結(jié)合法深度處理技術

1.1.1 原理及工藝流程

該技術為物理、化學結(jié)合的方法，采用“物理分離器+氣浮殺菌分離器+抗污染平板陶瓷過濾器”處理工藝（圖1），投加3種處理藥劑，A為油水分離劑，質(zhì)量濃度710 mg/L；B 為高效水質(zhì)凈化劑，質(zhì)量濃度250 mg/L；C 為水質(zhì)凈化劑，質(zhì)量濃度29 mg/L。物理分離器作用原理主要依靠投加油水分離劑，在藥劑的作用下通過15 min 左右的靜沉，將油和水進行分離。氣浮殺菌作用機理是依靠投加高效水質(zhì)凈化劑及水質(zhì)凈化劑，通過旋流氣浮作用進一步分離水中的雜質(zhì)，并通過紫外線殺菌裝置進行殺菌[3-5]。采用抗污染平板陶瓷過濾器，使水流與陶瓷濾芯以45°夾角進入，通過表面的孔隙進行過濾，采用定期反沖洗的方式進行再生，每24 h反沖洗一次，在實際使用過程中根據(jù)水質(zhì)變化調(diào)整反沖洗周期以提高再生效果，內(nèi)部循環(huán)比約為15%，噸水加藥量為0.989 kg，產(chǎn)生渣量約為處理水量的80%（含水率40%～60%）。

圖1 物化結(jié)合法深度處理現(xiàn)場試驗工藝流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of field test process for advanced treatment by physical-chemical combination method

1.1.2 處理效果

試驗時來水含聚濃度平均為835 mg/L，表面活性劑濃度平均為68.8 mg/L，黏度平均為9.1 mPa·s，pH 值平均為10.55，試驗設備處理量1 m3/h（圖2）。

圖2 處理現(xiàn)場及處理效果Fig.2 Treatment site and treatment effect photos

處理后含油濃度平均為1.98 mg/L、懸浮物濃度平均為5.09 mg/L，黏度由平均9.1 mPa·s降低為0.21 mPa·s（表1）。

表1 處理效果Tab.1 Treatment effect

1.1.3 可行性分析

從處理效果看，該技術可以滿足三元污水處理效果的需求，但由于處理過程中投加了大量的藥劑，因此需要配套完善后續(xù)含油污泥處理工藝[6]，同時通過藥劑優(yōu)化進一步降低處理成本；否則在大規(guī)模工業(yè)化推廣過程中，由于加藥工作量大，后續(xù)處理難度大，處理成本高等問題，難以推廣。

1.1.4 處理成本分析

（1）電費。水處理耗電約為1.03 kWh/m3，按每千瓦時電0.638 1元計，折合噸水費用為0.66元。

（2）藥劑費。具體藥劑費如表2所示。

表2 加藥量及費用統(tǒng)計Tab.2 Statistics of dosage and cost

運行費用合計為4.59 元/m3，按噸水產(chǎn)渣量80%計算，將含水率通過離心機進一步脫水后，噸水產(chǎn)渣量應為20 kg，根據(jù)無害化油泥處理費用650 元/t 計算，油泥處理費用應為13 元。陶瓷過濾器更換費用為1 000元/根，折算陶瓷過濾器再生費用及清洗費用后，噸水過濾器成本約為0.11元/m3。因此合計處理三元污水費用約需要17.7元/m3。

1.2 三元污水膜處理技術

1.2.1 原理及工藝流程

該技術為物理、化學結(jié)合的方法，采用“截聚除油膜裝置+一級反應箱（調(diào)pH 值）+澄清裝置+二級反應箱+固液分離裝置+中間水箱+多功能過濾器+精密過濾器”工藝（圖3）處理三元原水，投加2種處理藥劑（pH值調(diào)節(jié)劑1 000 mg/L、自研凈水劑80 mg/L），噸水加藥量為1.08 kg，噸水產(chǎn)生渣量為120 kg（含水率98%）。膜處理裝置采用的除油膜的表面載能層與水膜間隙發(fā)生綜合反應，當含油的水要透過除油膜時，給水以適當壓力，來水一側(cè)的水分子即可與膜內(nèi)水分子發(fā)生置換透過，而油被除油膜截聚在膜表面從而成功地實現(xiàn)了油水分離，這種效應定義為“截聚除油”[7]。被阻擋下來的油粒不能粘附到除油膜上，只能存留膜外表面，隨著油粒的不斷增加，油粒相互間發(fā)生碰撞凝聚而逐步形成大油粒，在浮力作用下浮升，從而實現(xiàn)油水分離。一級反應器、澄清器、固液分離器、二級反應器的作用原理均是通過投加藥劑，在化學及物理的共同作用下實現(xiàn)水中雜質(zhì)快速分離。采用錳砂過濾器主要考慮濾料性能及處理成本，同時在原有三元污水常用的石英砂磁鐵礦、海綠石磁鐵礦濾料基礎上探索其他可行的過濾方式。

圖3 三元污水膜處理技術現(xiàn)場試驗工藝流程示意圖Fig.3 Process flow diagram of field test of ternary sewage membrane treatment technology

1.2.2 處理效果

試驗期間來水含聚濃度平均為867 mg/L，表面活性劑濃度平均為55 mg/L，黏度平均為5.3 mPa·s，pH值平均為10.31，試驗設備處理量5 m3/h（圖4）。

圖4 處理現(xiàn)場及處理效果Fig.4 Treatment site and treatment effect

處理后含油濃度平均為4.7 mg/L、懸浮物濃度平均為13.4 mg/L，pH值為7.4（表3）。

表3 試驗效果統(tǒng)計Tab.3 Statistics of test effect

1.2.3 處理成本分析

（1）電費。具體設備耗電量情況如表4所示。

表4 耗電量統(tǒng)計Tab.4 Power consumption statistics

每天電耗52.48 kW，按每千瓦時電0.638 1 元計，則電費：52.48×0.638 1=33.49元/d，折合噸水費用為0.28元。

（2）藥劑費。具體藥劑費如表5所示。

表5 加藥量及費用統(tǒng)計Tab.5 Statistics of dosage and cost

運行費用合計為4.38 元/m3，脫水后噸水產(chǎn)渣量應為20 kg，根據(jù)無害化油泥處理費用650元/t計算，油泥處理費用應為13 元，因此合計處理三元污水費用約需要17.38元/m3。

1.3 原水微生物深度處理技術

1.3.1 原理及工藝流程

三元污水站原水采用基于以硫酸根/亞硫酸根為電子受體，以硫代謝為基礎，有機碳源的梯度降解為核心的“厭氧+缺氧+好氧”串聯(lián)的BESI（B代表生物，E 代表電子的傳遞，S 代表以硫離子為起點的代謝，I 代表工藝的整合）微生物工藝技術[8]（圖5），主體工藝流程為“自然沉降罐→BESI微生物一體化反應器→旋流氣浮裝置→一級石英砂單層過濾罐→二級石英砂磁鐵礦雙層過濾罐→三級海綠石磁鐵礦雙層過濾罐”，其中自然沉降罐停留時間8 h，微生物反應器停留時間24 h，旋流氣浮裝置停留時間20 min，一濾濾速為8 m/h，二濾濾速為6 m/h，三濾濾速4 m/h，反洗周期48 h，處理量120 m3/h。

圖5 強堿三元復合驅(qū)采出水原水微生物深度處理技術現(xiàn)場試驗工藝流程示意圖Fig.5 Schematic diagram of field test process of microbial advanced treatment technology for produced water from strong alkali ASP flooding

1.3.2 處理效果

試驗期間來水含聚濃度平均為1 000 mg/L，表面活性劑濃度平均為60 mg/L，黏度平均為5.2 mPa·s，pH 值平均為11.3，試驗設備處理量5 m3/h（圖6）。

圖6 處理現(xiàn)場及處理效果Fig.6 Treatment site and treatment effect

處理后含油濃度平均為3.34 mg/L、懸浮物濃度平均為3.74 mg/L（圖7）。

圖7 處理效果曲線Fig.7 Treatment effect curve

1.3.3 處理成本分析

針對三元原水，采用上述處理工藝技術，處理后水質(zhì)達到含聚污水低滲透層回注水水質(zhì)指標要求（雙5），噸水成本1.956元（耗電0.596元+耗氣0.64元+營養(yǎng)劑0.32元+殺菌劑0.4元），由于全處理流程不需要投加大量凈水藥劑，因此不需要考慮大量油泥的處理問題。

2 應用可行性對比

2.1 技術可行性分析

針對三元原水，采用三種工藝均可以達到含油、懸浮物、粒徑中值“20、20、5”的處理指標[9]。但由于采用膜處理及物化結(jié)合法需投加大量藥劑，產(chǎn)生大量浮渣，在實際大規(guī)模應用中存在較大的難題，推廣難度大。采用微生物法可以避免大量投加藥劑，可操作性強，在實際應用中有大規(guī)模處理聚驅(qū)污水的成功先例，推廣性較強。

2.2 經(jīng)濟可行性分析

由于膜處理法及物化結(jié)合法產(chǎn)生的大量浮渣需要處理，總處理成本較高，每噸超過17 元，而微生物法不需要處理大量浮渣，總體處理成本有絕對的優(yōu)勢（表6）。

表6 各工藝對比Tab.6 Comparisonof each process

3 應用前景展望

通過對以上幾種三元復合驅(qū)采出水處理技術進行現(xiàn)場試驗，初步得出了以下幾點結(jié)論：

（1）三元復合驅(qū)采出水由于成分復雜，化學劑含量較高，見劑高峰期處理達標難度較大，有必要探索更有效的處理技術，通過物化結(jié)合法及膜處理法，雖然能夠?qū)⑺械膹碗s成分變成渣分離出來，改善水質(zhì)，從而為后續(xù)物理處理工藝降低難度，實現(xiàn)達標處理，但產(chǎn)生的大量浮渣給大規(guī)模推廣帶來較大的難度，提高了處理成本，相比微生物法，推廣性較差。

（2）采用物化結(jié)合法及膜處理法處理污水，需要配套研究浮渣處理工藝，對析出的浮渣進行減量無害化處理，降低處理成本，提高可推廣性[10]。

（3）需要進一步研究有效、成本可控的化學處理藥劑，以進一步降低處理成本。