石油开采废水来源及处理工艺

一、废水来源及特点

1.采油废水

我国大部分油田都是采用注水的方式开发的，每生产1t原油约需注水2~3t,特别是到了油田生产后期，原油含水可高达90%以上。

采油废水随原油进人原油集输系统的脱水转油站进行脱水、脱盐处理，这些被“脱出来”的废水进入废水处理站，形成油田特有的含油废水，又称“采出水”或“产出水”。

(1)含油量高;一般采油废水含原油1000~2000mg/L,有些含油达5000mg/L。采油废水中含有浮油、分散油、乳化油和溶解油，其中90%左右的油类以粒径>100um的浮油和10~100pm的分散油形式存在，另外10%主要是0.1~10pm的乳化油，粒径<0.1pm的溶解油含量很低。 

(2)含悬浮固体颗粒：颗粒粒径一般为1~100um,主要包括黏土颗粒、粉砂和细砂等。 

(3)含盐量高采油废水无机盐含量一般从几千到十几万毫克/升，根据油田、区块不同区别较大。 

(4)含细菌采油废水中主要含腐生菌和硫酸盐还原菌。 

(5)水温高和pH值高：采油废水还具有高水温(40~80℃)和高pH值的特点。

下表列出油田采出水中的主要杂质组分和性质。

 

2.钻井废水

在钻井过程中，由于起下钻作业时泥浆的流失、泥浆循环系统的渗漏、冲洗地面设备及钻井工具上的泥浆和油污而形成的废水，称为钻井废水。 

钻井工程常用的泥浆是黏土、水、处理剂按一定比例配制而成的。其中处理剂通过黏土水解而起作用，使泥浆性能大幅度提高，以保证钻井速度，提高井眼的质量。浅层钻井时多采用低固相、无固相泥浆，有害物质较少，污染程度较低。钻井深度越深，对泥浆要求越高，加入的化学处理剂品种和数量增多，甚至还需混入一定比例的原油或废油，其污染程度增大，因而经污染产生的钻井废水可以看作是泥浆高倍稀释的产物。

 

由于钻井废水和钻井泥浆的使用有密切的关系，因此不同的油气田、不同的钻探区、不同的井深，在钻井过程中所产生的废水性质也不尽相同。一般来说，浅层清水钻井时，钻井废水中仅含油量超标；使用PAM泥浆时，废水中的悬浮物、酚、铬、油超标；使用普通泥浆，含油量超标，悬浮物、酚、铬个别超标；钻探深井时，油、酚、铬、悬浮物超标率增大。因此可以得知，钻井废水中的主要有害物质为悬浮物、油、铬和酚。 

3.洗井废水

注水井是向油层注水的专用井。为防止注入水中的悬浮固体物堵塞地层，在注水管端头装有配水器滤网，经过一段时间的运行，由于滤网截留的悬浮固体增加，致使管路压力逐渐增高，注入的水量也相应降低。当达不到计划注水量时，注水井就要进行反冲洗，以清除滤网上沉积的固体和生物膜，从而产生了洗井废水。 

4.采气废水

采气废水是指伴随采气带出的地层水或气田水，采气废水主要含有凝析油、盐分、固体悬浮物、硫化氢及一些添加剂(有机物)。其中采气废水中的Cr^-含量可达几万毫克/升，此外还含有硫及锂、钾、溴、锌、镉、砷等金属元素。

二、废水处理思路

对一般工业而言，废水治理的原则首先是回收其中的资源及能源，提高物料利用率，减少污染量。 

石油废水回用率最高的是油田废水。回用的主要方式为利用处理后的废水作为回注水， 经过治理的油田废水具有矿化度和黏度均较高、含有表面活性剂、水温高、渗透性好等特性，据统计，若以这种废水回注油层，原油的采收率要比注淡水时提高5%~8%,同时还可减少废水的排放，达到了节约资源，减少污染的目的。

1.回注水的要求

对于回注到地层的废水，要符合以下几项基本要求。

 （1）、化学组分稳定

经过处理的用于回注的水在贮存和输送过程中不应该由于化学反应而生成固体悬浮物。多数油层废水由于含有大量碳酸氢根(HCO3)和以碳酸氢盐形式存在的亚铁盐Fe(HCO3)2,使得化学稳定性变得较差。若这类废水与空气中的氧接触， 反应后生成的氢氧化铁沉淀物会使回注废水的渗透率降低。因此，保证废水的化学稳定是十分必要的。 

（2）、高洗油能力

回注到产油层的废水必须具有一定的洗油能力，以便使注水时的采收率不低于储量的60%。经处理后的采油废水中含有表面活性剂，表面活性剂少量存在时即能被吸附到液-气、 液-液、液-固界面上，并能显著降低该界面的表面张力，在回注过程中，含有表面活性剂的水在与原油相接触的界面上表面张力降低，并能相当有效地润湿产油层的岩石，即在毛细管力和附着力的作用下，水能将岩石缝隙的原油较充分地冲刷出来。由于水中表面活性剂大部分吸附在岩石表面，因此，当采用边内注水时，水中表面活性剂的含量不宜太多，这样，毛细管表面的活性剂浓度就能增大，采收率也随之提高。因此可以看出，油层废水和回注废水中所含的表面活性剂对提高产油层的采收率有很大影响。

（3）、保证注水井的吸收能力

为了使注水井保持一定的吸收能力，就必须严格控制回注水中机械杂质和油的含量。制定回注水的机械杂质含量的标准时，既要考虑产油层的地质物理特点(主要是渗透率和孔隙度)，也要注意到注水井在油田分布的特点(即外边注水井或边内注水井)。此外，注水压力以及回注水与岩石的相容性也是影响注水井吸收能力的因素。 

（4）、腐蚀性低

据统计，各油田每年都因注水系统的管道和设备腐蚀而蒙受巨大损失。这种损失不仅包括由于金属腐蚀导致的损失，而且还包括由于注水含腐蚀物质使得注水井吸收能力下降所遭受的损失。

（5）、用于废水净化和治理的费用最少

各油田要根据各自产油层的具体情况制定注水水质标准。虽然注入岩层的废水净化强度越高，注水井的吸收能力越好，但净化水不一定对每个地区都适用。对于渗透率较高的产油层，没有必要建造复杂而昂贵的净化设施。因此，要在保证回注水质量的前提下，尽量减少废水治理费用。 

2.废水回注的方式

（1）、按废水与清水混合与否分类：按照废水与清水混合与否，将回注方式分为单注和混注。 

A.单注;单注即是净化废水不与其他水混合，单独注入地层。该方式的优点是水质较稳定，基本上无细菌结膜现象，结垢轻微，回注系统运行正常。缺点是来水量与回注水量不易平衡，废水不能保证全部回注，常常需要外排，易造成环境污染。 

B.混注:混注是指将净化废水与其他水(地下水或地面水)混合后注入地层。该方式的优点是流程灵活，废水可全部利用，对腐蚀性的废水还可减少对设备和管道的腐蚀。缺点是有些油田废水与清水具有不兼容性，因此易产生结垢和细菌结膜现象，影响设备的正常运行。

（2）、按废水与清水混合位置分类

按照废水与清水混合位置，将混注方式分为泵后混合、泵前吸水管内混合以及泵前清水罐内混合等数种。 

a泵后混合由于这种方式是采用净化废水与清水在水泵后混合，因此在注水站内不会造成结膜、结垢现象。但采用这种方式时，废水不能全部回注。 

b泵前吸水管内混合采用这种方式时，虽然结膜程度很轻，但易造成注水泵内结垢。 

c泵前清水罐内混合采用这种方式时，虽然注水泵的结垢现象轻微，但是结膜现象严重，其结果会使注水泵过滤器发生堵塞。 

除了以上介绍的几种方式之外，有的油田还在废水进入废水处理站时将废水与清水混合，以减小污染物浓度、降低废水的腐蚀性。有的油田还在废水未经脱水处理前就将清水与废水混合，这样有助于原油脱盐与稠油输送。 

综上所述，废水回注方式各有利弊。单注固然效果好，但废水不能全部回注；混注虽然可以解决废水回注问题，但易带来其他困难影响回注。从目前各油田的实际情况看，绝大多数回注站采用的是混注方式。

三、废水处理工艺推荐

1.普通油田采油废水处理

普通油田是指所处地域的地下水或地表水性质属于普通水范畴的油田。一般油田废水以含油废水为主，因此废水处理的主要目标是除油。

如废水处理到回注水质标准，一般分为以下两种情况:对于含油浓度较高的废水，多采用三段法的治理方式；对于含油浓度较低的废水，应用二段法即可达到回含水原油洗井水注要求。如废水需达到排放标准时，除必不可少的物理化学方法(混凝、沉淀、过滤等)外，一般需要增加生物处理作为二级处理。

2.高矿化度油田采油废水处理 

对于高矿化度油田废水，其净化工艺与普通油田废水相同，从转油站脱水站来的废水首先进入一次除油罐。经自然除油的废水与净化剂及絮凝剂反应后进人二次除油罐(混凝除油罐)，出水经压力过滤罐过滤后进人回注站。但必须设置废水处理回用的水源稳定塘，同时应投加各种稳定剂。各种水质稳定剂品种及用量必须通过试验决定。

油田常用的稳定剂为吸附型有机胺类缓蚀剂、有机磷酸盐类防垢剂、有机杀菌剂等。杀菌剂应选用两种以上交替使用，以免产生抗药性。 

要根据化学药剂的性能和水质的需要选择适当的加药部位，以发挥药剂的效能。药剂投加量应随水质、水量变化进行调整。 

此外，天然气密闭系统也是治理高矿化度废水必不可少的系统。油田常用天然气作为填充隔离气体，以隔绝空气(也有采用氮气的)。天然气密闭系统既要达到隔氧效果好、调压质量高的目的，更要保证安全可靠。天然气密闭系统的调压方式，可以用低压气柜调节；当天然气源充足时，也可采用自力式调压阀作补气调压，以电动隔膜压力调节器(需防爆)作排气调压。

3.石油钻井废水处理 

通常，钻井废水中的悬浮微粒与黏土的组合体多带负电荷，由于双电层作用，钻井废水具有一定的稳定性，不易将各种组分分离。因此，对于钻井废水主要采用化学混凝法进行处理。

钻井废水首先进入废水调节池调整废水的pH值，使之保持在7.5~8之间，调整后的废水进人多级旋流反应器中，与混凝剂发生反应。经过电中和的脱稳作用，逐渐形成絮凝体。在反应中要根据情况适量加入助凝剂，以促进较大颗粒矾花的形成。多级旋流反应器的废水治理量以6~8m{3/h为宜。经多级旋流反应器治理的废水进人斜板沉淀池进一步沉淀， 在池中如发现沉渣上移至斜板区时，要立即停机，用调整废水pH值和添加混凝剂的办法使其恢复正常。经斜板沉淀池治理后的上清液，基本上已达到废水外排标准，可以外排，亦可以进入集水槽作工业用水。从斜板沉淀池下部排出的渣液进入渣液浓缩罐，经一段时间的浓缩，其上清液进人斜板沉淀池的外排系统或回用系统；浓缩液则进人污泥脱水器，形成含水量约80%的半干渣，其主要成分是岩石微粒和黏土，可成形堆放。

4.采气废水处理 

采气废水可直接导致采气产量降低或不稳，因此，采气废水的处置成为气田发展面临的关键问题之一。早期采用的采气废水回注地层的方法由于地理条件(地层空间、渗透性、汲水指数等)及井口压力等条件限制和浅层回注对地下水的污染问题，逐渐被处理排放的技术路线所取代。 

某采气厂的采气废水水质如表1-4-8[1]所列，气矿采气废水量Q为2~5m3/h。 

由于原水水质的可生化性较差，无法直接进行生化处理，并且对预处理要求较高，因此采用电絮凝法进行预处理，可去除部分油类、悬浮物和COD，然后再进行生化处理，二级生化处理采用SBR法。工艺流程如下图所示。 

项目运行后出水水质结果如上表所列，油类、悬浮物及COD的去除率均达到90%以上，达到GB8978-1996中二级排放标准。