悬浮污泥过滤技术在海外油田采出水回注处理中的应用研究初探

悬浮污泥过滤技术在海外油田采出水回注处理中的应用研究初
探
郝红海;李金林
【摘要】悬浮污泥过滤技术集混凝沉降和过滤于一体.分析了大庆油田和胜利油田采出水处理站悬浮污泥过滤技术的应用效果和存在的问题.介绍了悬浮污泥过滤技术在伊拉克油田采出水处理中的应用现状,分析了影响净化效果的主要因素,并与传统油田采出水处理工艺进行了比较.
【期刊名称】《工业用水与废水》
【年(卷),期】2014(045)001
【总页数】4页(P40-42,55)
【关键词】悬浮污泥过滤技术;回注处理;影响因素;技术经济分析
【作者】郝红海;李金林
【作者单位】中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司,北京100085;中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司,北京100085
【正文语种】中文
【中图分类】X741.031
近期，中石油与伊朗、伊拉克先后签署了多项油田开发和服务合同，中石油在海外的开发建设迎来了前所未有的快速增长期。

随着海外油田的开发进展，各个油田含
水上升较快，因此采出水处理得到了更高的重视，对于采出水处理要求也越来越高，如何确保油田污水处理效果，降低海外油田水处理设施的一次性投资及运行费用成为研究重点。

油田采出水处理采用的工艺技术主要是沉降、浮选、过滤的常规处理工艺流程［1］。

一般分3个处理阶段：第1阶段为沉降分离除油，主要去除大颗粒悬浮物、浮油和分散油；第2阶段为浮选除油，主要去除采出水中的乳化油；第3阶段为
压力过滤，主要去除悬浮物［2］。

但是两伊地区的油田采出水腐蚀成分较高，含有较高浓度硫化氢（50～650 mg／L）及盐分（130 000～290 000 mg／L），
污水处理难度较大，现有污水处理工艺难以满足油田回注水水质的需要，且常规工艺路线在实际运行过程中，都在不同程度上存在着如下的问题：①处理后水质指标不能有效地达到外排水或油田回注水指标要求；②工程投资较高，占地面积较大；
③运行费用较高，动力消耗较大，流程较为复杂等。

通过对胜利油田、大庆油田采出水处理现状的调研，与生产厂商进行详细地技术交流，并且结合海外油田采出水的特性，经过经济对比，推荐选用悬浮污泥过滤（SSF）工艺，将其应用到两伊地区的油田污水处理系统中，对简化油田采出水处理工艺流程，降低地面工程建设投资及运行费用具有一定的经济价值。

1 SSF工艺与应用调查
SSF法的污水净化工艺由物化工艺和SSF污水净化器两大部分组成，是一套纯物
理化学法处理含油污水的装置系统，装置示意如图1所示。

SSF污水处理系统首
先采用物理化学方法，投加药剂将污水中部分溶解状态的污染物和胶体颗粒（包括乳化油）吸附出来，形成微小悬浮颗粒，从污水中分离出来；然后采用絮凝剂和助凝剂将污水中的各种胶粒和悬浮颗粒凝聚成大块密实的絮体；再依靠同向凝聚和过滤等原理，在SSF污水净化器内使絮体和水快速分离，形成悬浮泥层，这层致密
的过滤层能够有效地去除水中的悬浮物和含油颗粒。

污水经过罐体内自我形成的悬
浮泥层净化之后达标。

当悬浮泥层达到一定量后，依靠点涡流动形成的向心力、过滤水力形成的牵引力和自身的重力，被快速引入污泥浓缩室沉降分离，当污泥浓缩室蓄满时可定期排出［3］。

图1 SSF装置示意Fig.1 Structure of SSF device
2 悬浮污泥过滤技术的应用
SSF技术在国内外已成功应用于印染污水、除尘污水、矿井污水等悬浮物含量极高的污水的净化和回用；该工艺在大庆油田［4］、胜利油田应用也较为普遍，以下为部分调研情况和分析。

2.1 现河采油厂牛20注水站
胜利油田现河采油厂牛20注水站为改造项目，原来运行清水，后从王岗窝污水站输至含油污水。

SSF处理装置于2006年投产，建设规模为1 000 m3／d，处理后的含油污水要求达到SY／T 5329—94《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》标准注水。

来水中油的质量浓度为20～30 mg／L，悬浮物的质量浓度为20～30 mg／L，总铁的质量浓度为16～17 mg／L；出水油和悬浮物的质量浓度都小于1 mg／L。

主要处理流程：王岗窝污水站来水→调节缓冲罐（利用现有注水罐，1座）→提升泵（新建）→SSF处理装置（新建，含一级双滤料过滤器）→缓冲罐→过滤泵→二级金属膜精细过滤器（各1座）→注水罐（现有，1座）→注水泵→注水井口。

SSF处理装置罐直径为3.2 m，反应时间为40 min，底进高出，逆向过滤；排泥1次／d，2～3 min／次。

SSF处理装置后配套了1座无阀过滤器，采用锰砂和无烟煤组成的双滤料，在去除悬浮物的同时去除Fe2+。

加药位置及加药量：提升泵前加脱氧剂10 mg／L，絮凝剂20～30 mg／L；提升泵后加助凝剂1 mg／L。

2.2 东辛采油厂102联合站
胜利油田东辛采油厂102联合站为改造项目，SSF处理装置改造完成并投运，建设规模为20 000 m3／d，原油相对于水的密度比为 0.83～0.90，处理后的含油污水注水，要求达到SY／T 5329—94标准。

来水中油的质量浓度为100～200 mg／L，悬浮物的质量浓度为200～300 mg／L；出水中油的质量浓度小于8 mg ／L，悬浮物的质量浓度小于3 mg／L。

处理流程同上。

加药位置及加药量：提升泵前加絮凝剂40～50 mg／L；提升泵后加助凝剂 1 mg ／L。

2.3 海拉尔油田乌东联合站
大庆油田海拉尔采油厂乌东联合站污水处理建设规模为600 m3／d。

SSF处理装置于2010年10月投产试运行，来水中油的质量浓度为150～300 mg／L，悬浮物的质量浓度为200～300 mg／L，出水中油的质量浓度小于5 mg／L，悬浮物的质量浓度小于3 mg／L，悬浮物颗粒粒径中值小于2 μm。

主要处理流程：除油缓冲罐→悬浮污泥过滤→重力式石英砂过滤。

现场监测结果表明，SSF出水13个悬浮物数据中，9个数据低于2 mg／L，占比高达69.2%；11个数据低于3 mg／L，合格率为84.6%；其中2个数据高于3 mg／L，原因是由于装置超负荷运行，超过额定处理量的30%～40%。

在其后的运行中，降低处理量至25 m3／h以下，适当提高加药量以后，发现只要处理量不超过额定处理量的10%～15%，仍然可以获得满意效果。

从污水站运行阶段看出，SSF处理效果较好，尤其是在进水悬浮物的质量浓度高达200～300 mg／L的前提下，运行效果更优。

从调研情况看，注水站的含油污水出水水质较好，SSF技术适用于现河采油厂和东辛采油厂的采出水水质，运行效果比较理想，值得推广使用；但加药是其处理效果的关键，调研期间发现加药种类和投加量发生变化时，悬浮污泥层比较松散，出水就会不达标。

调研过程中还发现，SSF装置的进口悬浮物浓度较高时，可较快地形
成致密的悬浮污泥层，而进水悬浮物浓度较低时，需加大絮凝剂的投加量才可以形成致密的悬浮污泥层。

3 SSF工艺在伊拉克H油田的应用
伊拉克H油田采用SSF工艺，其设计指标：进口ρ（油）≤100 mg／L、ρ（SS）≤100 mg／L，出口ρ（油）≤10 mg／L、ρ（SS）≤10 mg／L，处理后含油污
水进入注水系统进行回注。

3.1 工艺流程
SSF工艺流程如图2所示。

图2 SSF工艺流程Fig.2 Process flow of SSF
根据伊拉克H油田总体开发方案和总体部署，采出水处理系统分为2期进行建设，一期设计规模约为 4000 m3／d，设计处理量为 180 m3／h。

原水设计参数：ρ（油）≤1 000 mg／L、ρ（SS）≤500 mg／L。

脱出的采出水先进入1座1 500 m3缓冲罐进行调节，均质均量，由于油田投产
初期油区来水流量极不稳定，且含油量、含气量较大，需设缓冲罐进行缓冲调节，一期调节时间为6.6h，二期时再增加1座相同容积的缓冲罐，调节时间降为4.2 h；经缓冲罐重力沉降后ρ（油）≤200 mg／L、ρ（悬浮物）≤200 mg／L。

除油罐
为1 000 m3，在其进水管线上投加反相破乳剂。

浮油及分散油在除油罐中可去除80%以上，停留时间为4.4 h，二期时为2.8 h，出水ρ（油）≤50 mg／L、ρ
（悬浮物）≤100 mg／L。

除油罐出水重力流入SSF装置，在其前安装药剂混合罐，药剂混合罐进口投加净
水剂和絮凝剂，出口投加助凝剂。

含油污水在SSF净化器内完成反应、絮凝、沉淀、过滤和污泥浓缩全过程，出水可达到ρ（油）≤10 mg／L、ρ（SS）≤10 mg ／L，净化后出水进入注水站的注水罐后进行回注。

3.2 影响净化效果的主要因素
（1）正常排泥对SSF净化效果的影响。

SSF技术主要利用投加的药剂形成污泥层，达到净化水质的目的。

设计考虑将SSF产生的污泥定时排入污泥池，每运行12～24 h，污泥浓缩室存满后排1次泥，排泥时间为15～30 min，SSF在满负荷运行时的排泥量为30～60 m3／次（污泥含水率约为97%）。

（2）药剂的影响。

致密的悬浮污泥层是由污水中的污泥及混凝药剂形成的絮体本身组成，且絮凝剂、助凝剂的投加量也将直接影响絮体的形成和大小，从而影响过滤效果。

因此需在现场进行药剂筛选，并通过现场试验进一步确定药剂的投加量。

3.3 与传统工艺的比较
与传统的浮选-过滤三段式流程相比，SSF具有如下优势：
（1）1台SSF装置可替代浮选机、过滤吸水罐、过滤提升泵、一级过滤器、反洗泵等设备，经过经济对比，仅设备费可节省15%～20%。

（2）由于伊拉克H油田的采出水盐分高、氯离子浓度高，腐蚀性较强，对于设备之间的连接管线、阀门的材质要求较高，采用SSF工艺时，管线、工艺阀门减少，降低了发生腐蚀的风险。

（3）伊拉克地区属于高风险地区，施工周期成为施工单位需要重点考虑的因素，采用SSF工艺时，设备较少，可缩短施工周期。

4 技术经济分析
工程总投资为人民币2.17亿元（折合3 500万美元）。

运行费用包括动力费、药剂费、工资、折旧费、大修费、其它费用等。

动力消耗为0.018 kW·h／m3，由于采用油田自发电，且燃料为油田自产天然气，此部分费用可忽略不计；处理单位水量的药剂费为0.58元／m3，按照每年运行330 d计，则年药剂费为76.6万元；定员为10人，伊拉克现场人均工资为20 000元／月，则总工资为240万元／a。

该项目的直接工程费为人民币1.426亿元（折合2 300万美元），折旧费按其2.1%
计，为300万元／a；大修费用按 1.5%计，为214万元／a；其它费用按以上各费用之和的5%计，为41.5万元／a。

综上所述，年运行费用为872万元，制水成本为 6.0 元／m3（折合 0.96 美元／m3）。

5 结论
SSF工艺在伊拉克H油田采出水处理中首次应用，处理后油、悬浮物等指标可满足油田注水水质要求，不仅简化了油田地面工程工艺，降低了工程建设投资，而且运行费用较低。

该技术处理油田采出水，具有处理效果好、投资低、运行费用低、占地面积小和适应范围广等优点，为解决油田回注污水水质问题提供了一条新的技术途径。

参考文献：
［1］魏修水，颜春者，张传江，等.悬浮污泥过滤法用于污水精细处理的试验研究［J］.石油机械，2005，33（6）：10-13.
［2］唐红军，张伟东，魏喜利，等.悬浮污泥过滤技术用于油田含油污水处理的试验［J］.油气田地面工程，2005，24（4）：35-35.
［3］于海力.一种油田污水处理新方法——悬浮污泥过滤污水净化处理技术［J］.自然灾害学报，2005，14（1）：161-164.
［4］冯进来，张雷，戴春雷，等.微絮凝-悬浮污泥过滤工艺在油田污水处理中的应用［J］.工业水处理，2010，30（4）：49-52.。