油田污水处理现状

油田污水处理现状1油田含油污水的来源油田污水主要包括原油脱出水(又名油田采出水)、钻井污水及站内其它类型的含油污水。1.1采出水在油藏勘探开发初期，通常情况下原始地层能量可将部分油、气、水驱向井底，并举升至地面，以自喷方式开采，称为一次采油，一次采油采出液含水率很低。但是如果油藏圈闭良好，边水补充不足，原始地层能量迅速递减，一次采油的方式就难以维持。为了增加采收率，需要向地层补充能量，实施二次采油。二次采油有注水开发和注气开发等方式，全国大部分油田的开发井都采用的是注水开发方式，即注入高压水驱动原油使其从油井中开采出来。经过一段时间的注水后，注入水将随着原油一起被带出，称为采出水。稠油油田开发则是从油井向地层注入高压水蒸汽，注入一段时间后，水蒸气将稠油减粘，原油与水蒸气冷凝水混合在一起从油井中采出，这种水也成为采出水。随着开发时间的延长，采出原油含水率不断上升。东部各油田的采油含水率已经超过了85%，大庆油田的采油含水率更是高达90%以上。近些年来，我国大部分油田相继进入了三次采油阶段，主要采用的三次采油技术是聚合物驱和三元复合驱，目前在大庆、大港和胜利得到了大面积的推广。与一般采油污水相比，三次采油污水具有以下特点:(1)组成上除含有石油烃类、固体颗粒、无机盐和细菌等常规采油污水含有的物质外，还含有大量残余的聚合物PAM，质量浓度高时可达到500mg/L以上，PAM是一种难生物降解的高分子物质,污水中PAM的相对分子质量为2×106~5×106；(2)污水的黏度大,污水的黏度主要由PAM引起，并随其浓度的增加而增大，45℃下,当PAM质量浓度从80mg/L增大到520mg/L时，污水黏度从0.8mPa·s增加到3.5mPa·s，水驱采油污水的黏度一般为0.6mPa·s；（3)污水中油滴的初始粒径小,油滴粒径中值为3～5μm,粒径小于10μm的占90%以上，水驱采油污水中油滴的初始粒径中值为34.57μm，油滴粒径小不利于其聚并和浮升,油水分离难度增大；(4)污水乳化程度高，污水中的PAM集中在油水界面上，与乳化剂一起形成强度较大、弹性良好的复合膜，破乳困难。从上述特点可以看出三次采油污水是一种黏度较大、乳化程度较高、难生物降解的有机污水。此外，油井开采过程中，完井、洗井、酸化压裂等施工过程中也会产生大量的含油污水。原油从油井采出后会被输送至油气集输联合站，进行油水分离之后外输，合格的原油含水率仅为0.5%以下，脱出的含油污水则经过污水处理站，处理之后返排作为油田回注水重新注入地层或者达标排放。1.2钻井污水钻井污水是钻井过程中产生的污水，成分也十分复杂，主要包括钻井液、洗井液等。随着钻井工艺的不断进步和钻井区域的不断扩大，钻井废水的排放量也越来越大，据统计,钻井过程中,每钻进1m将产生约2~3m³的污水。钻井废水主要来源于:①废钻井液的散落；②储油罐、机械设备的油料散落；③岩屑冲洗、钻井设备冲洗；④钻井过程中的酸化和固井作业产生的大量废水；⑤钻井事故(特别是井喷)产生的大量废水；⑥天然降雨以及生活废水排入废液池等。钻井污水的污染物主要是钻井泥浆、油类及泥砂,包括钻屑、石油、粘度控制剂(如粘土)、加重剂、粘土稳定剂、腐蚀剂、防腐剂、杀菌剂、润滑剂、地层亲和剂、消泡剂等，钻井污水中还含有重金属。泥砂一般都能在废液池中很快沉降下来，在废水中较稳定存在的则是由粘土、钻屑、加重材料、化学添加剂、无机盐、油组成的多相稳定悬浮液，pH值较高，污染环境的有害成分为油类、盐类、杀菌剂、某些化学添加剂、重金属(如汞、铜、铬、镉、锌、铅等)、高分子有机化合物生物降解之后产生的低分子有机化合物和碱性物质。1.3其他类型含油污水其它类型污水主要包括油污泥堆放场所的渗滤水、洗涤设备的污水、油田地表径流雨水、生活污水以及事故性泄露和排放引起的污染水体等。1.4狭义的油田含油污水随着石油工业的飞速发展，油田原油含水率也在不断上升，油田采出水的量远远超过了钻井污水和其他作业污水的产生量，成为油田含油污水的主要来源，因此，狭义的油田含油污水主要指油田采出水。2油田污水处理和利用的意义2.1我国油田污水概况我国油田分布广阔，遍及东北、华北、中南、西南、华中及东南沿海各地。目前，大部分油田已进入石油开采的中期和后期，采出原油的含水率已达70%~80%，有的油田甚至高达90%，油水分离后产生大量的含油污水。含油污水如果不经处理而直接排放，不仅会造成土壤、水源的污染，有时甚至会引起污油着火事故，威胁人民的生命安全，造成国家的经济损失，同时也会危害油田自身的利益。因此，如何开发出适合我国油田实际情况、高效经济的油田含油污水处理及回用技术，达到节能、降耗、保护环境、重复利用水资源的目的，成为油田水处理站改造和建立的重要问题。2.2油田污水的处理意义油田采油污水是一种量大而面广的污染源。据统计大庆油田每天采出的含油污水达到142.5×104m3，全国每年大约有十几亿方油田采油污水需要处理，这些污水在处理达标以后，大部分要作为开采注入水回注地层，一小部分向自然环境中排放。在石油的二次开采中，注水开发是主要的开发方式。目前我国各油田绝大部分开发井都采用注水开发。伴随着油田注水开发生产的进行，出现了两大问题，一是注入水的水源问题；二是注入水和油田采出水的处理及排放问题。注水开发初期的注水水源是通过开采浅层地下水或地表水来解决的，但大量开采浅层地下水会引起局部地层水位下降，而地表水资源又很有限。因此，采油污水处理后用于油田回注水为各大油田所采用。但是如果污水未达到回注水的要求（主要是含油量、悬浮物超标），仍然回注到地下，这将导致堵塞地层出油通道，降低注水效率和石油开采量；因此污水处理是否达标将直接影响注水采油的效率。另外，随着原油含水量的逐渐上升，油田采出水水量越来越大，由于注水井的布局及注入量的不均衡、现有技术设备的处理局限等因素，一部分油田污水不能够做为回注水使用，而需排到环境中去。因此，必须考虑污水的达标排放问题。如果这些污水不经处理或处理后未达标而排放，将会造成环境污染、破坏水体、土壤、影响生态平衡，造成重大的经济损失。如果油田处理回注率为100%，即不管原油含水率多高，从油层中采出的污水和地面处理、钻井、作业排出的污水全部处理回注，那么注水量中需要补充由于采油造成地层亏空的水量便可以了,这样不仅可以节省大量清水资源和取水设施的建设成本。而且，使得油田污水资源变废为宝，实现可持续发展，提高油田注水开发的总体经济效益。因此，油田污水的处理回用对于保护、节约水资源，保护生态平衡促进可持续发展，具有重大的意义。2.3油田含油污水处理后的出路从国内外油田生产情况来看，油田含油污水经处理后的出路一般有三种：（1）回注：代替清水资源直接回注地层或配制聚合物后回注地层。（2）回用：处理后作为热采锅炉的给水。（3）外排：处理后达到国家污水排放标准，直接排放。油田污水的处理依据油田生产、环境等因素可以有多种方式。当油田需要注水时，油田污水经处理后回注地层，此时要对水中的悬浮物、油等多项指标进行严格控制，防止其对地层产生伤害。如果是作为蒸汽发生器或锅炉的给水，则要严格控制水中的钙、镁等易结垢的离子含量、总矿化度以及水中的油含量等。如果处理后排放，则根据当地环境要求，将污水处理到排放标准。3水质标准3.1油田开发对注水水质的要求陆上油田的开采方式主要为注水开发方式，通过向地层注水来弥补因采油而造成的地下亏空，并起到驱油的目的。油田注水所服务的对象是由致密岩石组成的油层，因此要求一定的注水水质加以保证，这样才能达到注得上、注得进、注得够的目的。目前陆上油田开发的地渗透油藏在35%左右，而且每年新探明的石油地质储量中低渗透油层所占的比重也越来越大，这些低渗透油层的孔喉半径通常在2~4um以下，渗透率在（10~50）×10-3um2，污水回注必须有相应配套的污水处理工艺，以确保处理后的水质达到相应低渗透油层的注水水质标准要求。注水水质必须根据注入层物性指标进行优选确定，通常要求：在运行条件下注入水不应结垢；注入水对水处理设备、注水设备和输水管线腐蚀性要小；注入水不应携带超标悬浮物，有机淤泥和油；注入水注入油层后不能使粘土发生膨胀和移动，与油层流体配伍性良好。如果油田含油污水与其他供给水（如浅层地下水、地面净化污水和地面江河湖泊水等）混注时，必须具备完全的可能性，否则必须进行必要的处理改性后方可混注，考虑到油藏孔隙结构和吼道直径，要严格限制水中固体颗粒的粒径。3.2注水水质标准由于各油田或区块油藏孔隙结构和吼道直径不同，相应的渗透率也不同，因此注水水质标准也不相同，全国主要油田都制定了本油田的注水水质标准，尽管各油田标准差异较大，但都要符合注水水质基本要求。石油天然气行业标准《碎屑岩油藏注水水质推荐指标》SY/T5329-94水质主控指标如表3-1所示，由于净化水主要用于回注油层，所以污水处理工艺必须使净化水达到有关注水水质标准。表3-1推荐水质主要控制指标除了对注水水质的主要控制指标外，SY/T5329-94还对注水水质的辅助性指标作出了指导性规定，辅助性指标主要包括溶解氧、硫化氢、侵蚀性二氧化碳、铁、pH值等。（1）溶解氧水中含溶解氧时刻加剧腐蚀，当腐蚀率不达标时，应首先检测溶解氧浓度，一般情况要求，油田污水溶解氧浓度小于0.05mg/l，特殊情况不能超过0.1mg/l，清水中的溶解氧含量要小于0.5mg/l。（2）硫化氢如果采出水中不含硫化氢，或发现污水处理和注水系统硫化物含量增加，说明系统细菌增生严重。硫化物含量过高的污水，可引起水中悬浮物增加，通常清水中不应含硫化物，油田污水中硫化物含量应小于2mg/l。（3）二氧化碳水中侵蚀性二氧化碳含量等于零时，稳定；大于零时，可溶解碳酸钙垢，并对设施有腐蚀作用；小于零时，有碳酸盐沉淀析出。一般要求侵蚀性二氧化碳含量小于1.0mg/l。（4）pH值水的pH值应控制在7±0.5为宜。（5）铁当水中含亚铁离子时，由于铁细菌作用可将二价铁离子转化为三价铁离子，生成氢氧化铁沉淀；此外，当水中含硫化物时，可生成硫化铁沉淀。3.3污水综合排放标准标准将污染物根据其性质和控制方式分为第一类污染物和第二类污染物。分别如表3-2和3-3所示。表3-2第一类污染物最高允许排放浓度表3-3第二类污染物最高允许排放浓度4油田污水水质通常，对油田污水的水质分析指标一般包括：物理性质（温度、悬浮固体、含油量），主要离子（钙离子、钡离子、总矿化度），溶解气体（溶解氧、硫化氢、游离二氧化碳），细菌（细菌总数、硫酸盐还原菌），pH值等。由于油田污水种类多，地层差异较大及钻井工艺不同等原因，不仅各油田污水处理站水质差异大，而且油田污水的水质变化也很大，总体来水，油田污水水质较复杂。表4-1列出了国内部分油田污水站的原水水质。表4-1国内部分油田污水站原水水质分析表5油田污水处理现状5.1油田污水处理技术发展现状油田污水处理就是采用各种方法将污水中的有害物质除去或降低至达标水平，使污水得以利用。因此，污水的利用目的不同，其处理要求也就不同，将污水作为注水水源和作为配制聚合物的水源的处理要求也是不一样的。目前，油田污水现行的处理技术，主要以达到能够将污水回注为目的，而并没有考虑作为配制聚合物的要求，因此，一些效果较好的油田污水处理技术，它虽然满足污水回注要求，但并不满足污水配制聚合物要求，仍可能会导致配制聚合物严重降粘，为此，要解决油田污水配制聚合物的问题，必须充分认识油田污水处理现状。对于含油污水的处理方法和技术，国内外研究机构一直在不懈的进行深入研究，其目标是既要除去污水中的油类、有机物（COD）、悬浮物、硫化物、细菌等。在20世纪70年代，各国广泛采用气浮法去除污水中悬浮态乳化油，同时结合生物法降粘有机物。日本学者研究出用电絮凝剂处理含油污水、用超声波分离乳化液、用亲油材料吸附油。近几年发展用膜法处理含油污水，滤膜被制成板式、管式、卷式和空心纤维式。美国还研究出动力膜，将渗透膜做在多孔材料上，应用于水处理中。其处理手段大体以物理方法分离，以化学方法去除，以生物法降粘。含油