油田采出水处理技术

目前,我国大部分油田已进入石油开发的中期和后期,采出油中的含水量为70%~80%,有的油田甚至已高达90%,日产含油污水量非常大.如果不经处理直接排放,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;反之,如果对采油废水进行处理,并用于回注,则不仅可满足油田开采过程中注水量日益增长的要求,同时也可以节省水资源、减少环境污染,为油田带来经济效益,有利于油田的可持续发展。
1、采油废水的特点
采油废水又称油田采出水,是油田在采油的过程中随原油一同采出的地层水.由于地层不同、采油过程不同,采出水的成分十分复杂,一般不能直接排放或回注.采出原油经脱水处理后,水中一般含有一定量的油、硫化物、有机酚、氰、细菌、固体颗粒以及所投加的破乳剂、絮乳剂和杀菌剂等化学药剂,给采油废水的处理带来极大困难.尽管各油田采出水水质各异,但总体看来一般都具有以下特点:富含有机物,化学需氧量高;高矿化度加速了腐蚀速度,同时也给废水生化处理造成困难;含油量高,远大于各种出路所要求的水质标准;含大量微生物,细菌大量繁殖不仅腐蚀管线,而且还造成地层严重堵塞;含有大量结垢离子,采出水中含有HCO3-、Ca2+、Mg2+、Ba2+、Cr2+等结垢离子;悬浮物含量高,颗粒细小,容易造成地层堵塞。
2、目前国内外采油废水处理技术与方法
2.1 物理法
(1)重力分离技术
利用油水密度差和油水不相溶性进行油水分离.包括自然除油法、斜板除油法、浮上分离法、机械分离法、离心分离法、水力旋流法.该技术可除去采出水中的浮油、分散油和油-湿固体,效果稳定、运行费用低且管理方便,但设备占地面积大.
(2)粗粒化技术
含油污水通过装有粗粒化材料的装置,在润湿聚结、碰撞聚结、截流、附着作用下油珠由小变大的过程.该法用于处理分散油、乳化油,设备小、操作简单但滤料易堵塞,有表面活性剂时效果较差.
(3)过滤技术
一般作为采油污水的二级处理或深度处理,除去水中分散油和乳化油.常见的颗粒介质过滤
技术有多层滤料过滤技术、双向过滤技术、移动床过滤技术等.该技术出水水质好、设备投资小、操作方便但反冲洗操作要求高.
2.2　化学法
借助混凝剂对胶体粒子的静电中和、吸附架桥等作用使胶体粒子脱稳,发生絮凝沉降等作用除去污水中的悬浮物和可溶性污染物质.常见的方法有混凝沉降法、混凝浮选法、分级混凝处理法、二次混凝处理法、稀释处理法、中和混凝处理法以及酸碱处理法,其中混凝剂的选择是关键.
2.3　物理化学法
(1)气浮分离技术
含油污水中的油珠和悬浮物质粘附在气泡上上浮,与水分离而除去.气浮技术主要用于处理油田采油污水和含油类及各种机械杂质的钻井污水,效果好,但气浮药剂贵.
(2)电泳法
水包油型乳液中的乳状油滴带ζ负电位,在外加电压作用下移向正极,从而分离出油滴,该法不加化学药剂,除去采出水中的乳化油有利于消除排放处理水对环境的影响.
(3)电解法
此法去除乳化油效果良好,且没有二次污染.电解法主要有电解气浮法和电解絮凝法.前者利用电解水产生的氧气和氢气形成微气泡,进行气浮.由于气泡微小,能够去除较小的油珠和悬浮粒子,废水处理后可用于回注.后者则采用消耗性电极,外加电压使电极氧化而释放出金属离子.释放出的金属离子的水解产物具有混凝作用,要求被处理的废水有足够的导电性,以使电解池能进行正常工作,并防止电极钝化.
(4)吸附法
利用亲油性材料来吸附水中的油.活性炭是常用的吸附材料,此外,煤炭、吸油毡、陶粒、石英砂、木屑、硼泥等也可作为吸附剂.
2.4　生化处理技术
(1)生物降解技术
通过生物体的代谢作用降解、转化污水中的油.可采用活性泥法、滴滤法、曝气法或接触氧化法、水生植物法、水生植物-化学絮凝法、地层渗透法等生化方法.
(2)微生物絮凝技术
利用生物有机高分子絮凝物质替代化学絮凝剂处理含油污水,适于油气田勘探开发流动作业.
(3)高效生物降解技术
利用生物技术培育出对石油具有特殊降解能力的优势菌种,用细胞固定技术将其固定在合适
的载体上,吃掉采油污水中的烃.该技术能避免二次污染,降低处理费用,净化效果比化学处理好.
2.5　膜分离技术
膜分离技术就是利用膜的选择透过性进行分离和提纯的技术.近年来,越来越多的膜分离技术开始用于油田采出水处理.当废水中油粒子粒径为μm量级时,可用机械方法进行前处理.膜法处理可根据废水中油粒子的大小,合理地确定膜截留分子量,且处理过程中一般无相的变化,常温下操作,有高效、节能、污染小的特点,但也存在投资大、膜污染后难清洗、运行费用高等缺点。
3、油田采出水处理中存在的主要问题
随着常规油藏的逐渐老化,稠油油藏、低渗透油藏的注水开发和开采,以及聚合物驱油技术的应用,国内油田采出水处理问题日益突出起来。
　　(1) 随着常规油藏的逐渐老化,油田含水率急剧上升,油田采出水量迅速增大,目前国内许多油田仍采用老三段(即大罐收油—斜管沉降—过滤技术)进行水处理,由于其处理精度和速度很难适应目前的状况,造成水处理效果很差。而且,由于各油田的水质不同,同一种水处理工艺和技术处理的效果也不可能完全相同。因此,研制开发出适合本油田的最佳的水处理技术是摆在各油田面前的头等大事。
　　(2) 对于稠油油田采出水处理,通常有三条出路:处理达标后外排;作为热采高压锅炉给水;处理达标后回注地层或回灌废地层。目前,将采出水处理后回注的处理工艺一般为:重力分离气浮分离精细过滤。为节约能源,通常将稠油油田采出水进行深度处理后作为热采锅炉给水。为达到锅炉给水指标,用重力分离、气浮分离技术和粒料过滤器除油及悬浮物以及用软化法降低硬度,虽可基本上达到给水水质指标,但可靠性差。目前,国外现已开始利用热力软化法、反渗透法处理采出水。美国还利用冷冻/蒸发技术(FTE/SM)用于水处理,工艺简单,效果较好。
　　(3) 对于低渗透油田采出水处理,因低渗透油田对水质要求更严格,通常只有利用精细过滤和膜分离技术才可达到其要求,从而使流程变长。而且由于过滤器价格昂贵、寿命短、需反复清洗,所以开发出价廉、寿命长、效率高的精细过滤器对于低渗透油田的开采十分重要。
(4) 随着油田开发进入中晚期,聚合物驱油技术将作为一项比较成熟的和有重大实用价值的技术而越来越受青睐。但由于聚合物驱采出水中含有相当数量的聚合物分子,分离出来的污水粘度大,形成的乳化油较稳定,使油水分离更加困难。因此,如何处理聚合物驱采出水,使其既能达到水质标准,又能充分利用其中的聚合物分子,将是未来聚合物驱采出水回注处理技术的关键。
4、未来采油废水处理的研究趋势
(1)化学法.开发高效无污染水处理剂或用已有的药剂复配出性能优越的增效复配药剂。
(2)物理法.重点是旋流法,改进水力旋流器结构,解决旋流分离效率低、处理量小的问题,开发各种高效旋流器,进行动态旋流器、多相分离旋流器以及低剪切增压技术的研究.过滤法,进行过滤材料的表面改性及抗油污染方面的研究,如纤维球过滤器、纤维束过滤器及其他精密过滤器的应用研究。
(3)生化处理法开发复合菌种,在同一生化反应器中可同时降解污水中的各种有机物.研制高效生化反应器如固定床生化反应器、流化床生化反应器及复合床生化反应器。
(4)膜分离法.开发具有抗污染、破乳特性的膜材料及相关功能膜,降低膜成本,加强陶瓷膜等无机膜的应用研究,研制高效、动态、抗污染膜组件。
(5)新工艺研究.针对不同油田的特点,对处理后水质要求的不同,对各单元过程进行性能匹配和优化研究,开发出多种组合工艺及多功能集成的一体化设备.集高效、经济、简单易用等特点于一体的小型采油废水处理装置将在区块采油开发中发挥重要作用,是今后一段时间的研究热点。