油田采出水的特性及处理技术

油田采出水的特性及处理技术
邓述波1　周抚生1　余刚1　蒋展鹏1　陈忠喜2　张瑞泉2　马文铁2
(1.清华大学环境科学与工程系,北京　100084;21大庆油田建设设计院,黑龙江大庆　163712)
[摘要]总结了油田采出水的特性及现场采用的水处理工艺流程,比较不同处理方法的适用范围及优缺点。

指出目前油田现场采出水处理存在的问题,特别是对大庆油田聚合物驱和三元复合驱采出水进行了深入分析,阐明了污水处理难度大的原因是聚合物增加污水粘度,表面活性剂使污水严重乳化,并指出处理该污水的有效途径。

[关键词]油田采出水;油田污水;三次采油
[中图分类号]TE35716　[文献标识码]A [文章编号]1005-829X (2000)07-0010-03
Speciality of oil 2field produced water and its treatment technology
DEN G Shu 2bo 1,ZHOU Fu 2sheng 1,YU G ang 1,J IAN G Zhan 2peng 1,
CHEN Zhong 2xi 2,ZHAN G Rui 2quan 2,MA Wen 2tie 2
(1.Depart ment of Envi ronmental Science and Engi neeri ng ,Qi nghua U niversity ,Beiji ng 100084,Chi na ;
2.Daqi ng Oilf iel d Const ruction Design and Research Instit ute ,Daqi ng 163712,Chi na )
Abstract :The article summarizes the speciality of oil 2field produced water and wastewater treatment craft flow in oil 2fields and compares applied scopes ,advantages and disadvantages of different treatment methods.It also points out problems of oil 2field produced water in oil 2fields ,and especially analyzes the produced water of polymer flooding and three compounds flooding in Daqing Oilfeld.The causes for the difficulties treatment are that the polymer increases wastewater ’s viscodity and surfactant strengthen emulsification ,and at the end the article points out the effective approaches to this wastewater treatment.Key words :oil 2field produced water ;oil 2field wastewater ;tertiary recovery
随着油田的不断开采,采油技术不断发展。

先后经历了一次、二次、三次采油。

一次采油靠天然能量为动力;二次采油以人工注水方式来保持地层压力;三次采油是通过改变注入水的特性来提高采油率〔1〕,目前油田主要进行二次、三次采油。

从地下采出的含水原油称“采出液”,经电脱水,分离出来的水称为“油田采出水”,也称“油田污水”。

在油田生产中,大部分油田采出水经处理后回注地层,有少量外排。

不同地层、不同采油方法的油田采出水的性质不同,而不同采出水要求使用不同的处理方法。

本文介绍油田采出水的性质,并论述不同处理方法,重点分析大庆油田采出水的特性及解决途径。

1　油田采出水的性质 由于采油方法、原油特性、地质等条件不同,油田采出水的水质各异,但又有共性。

表1为油田采出水的特征。

由于原油特性、采油方式等不同,油田采出水各具有特殊性。

如,由于原油粘度大或凝固点低,生产过程中需加热,导致采出水温较高。

如大庆油田采出水的温度为40～45℃。

稠油油田采用蒸汽驱
表1　油田采出水的特征
指标特征
危害
含油量含油量高,一般在1000mg/L 以上
回注堵塞地层,外排造成污染
悬浮物悬浮物含量高,颗粒细小,沉降缓慢
容易造成地层堵塞矿化度矿化度高,一般在1000mg/L 以上,最高可达14×104mg/L
加速腐蚀,给废水生化处理造成困难
结垢离子含有Ca 2+、Mg 2+、HCO -3、Ba 2+、Cr 2+等容易在管道、容器中结垢有机物含有原油和采油过程中的各种化学药剂,COD 高
有利于微生物繁殖,造成腐蚀和堵塞
微生物
常见有铁细菌、腐生菌、硫酸盐还原菌等
容易腐蚀管线,堵塞地层
采油,采出水的温度也较高。

如辽河油田的采出水温度高达60～80℃;聚合物驱由于高分子聚丙烯酰胺的存在,粘性增大,油水分离缓慢;三元复合驱不仅含有聚丙烯酰胺,还含有碱和表面活性剂,采出水粘性大,乳化严重,油水很难靠自然沉降分离;泡沫
—
1—2000年7月第20卷第7期 工业水处理Industrial Water Treatment
J ul.,2000
Vol.20No.7
驱在三元复合驱的基础上加入天然气,采出水的性质更加复杂,处理难度更大。

有些油田由于特殊的地质条件,采出水中含有大量的S2-、Cl-等离子。

2　油田污水的处理方法
211　目前油田采出水处理方法
目前,油田采出水经处理后主要用于回注,其主要处理指标是含油量和悬浮物。

根据高、中、低渗透油田的注水要求以及污水特性的不同,不同的油田采用不同的处理工艺。

如大庆油田采用大罐自然沉降—过滤流程;辽河油田采用斜板—浮选—过滤流程;大港油田采用聚结分离—浮选—过滤流程;新疆东河油田采用旋流器—过滤流程〔2〕。

归纳起来,这些工艺主要由沉降分离除油段和过滤段组成,其流程一般为:采出水→沉降分离→过滤除油→出水。

沉降分离除油段的处理方法有重力沉降法、混凝沉降法、斜板沉降法、压力沉降法、气体浮选法及旋流器法等,有时也采用几种方法组合。

一般情况下,经过沉降分离除油污水的含油量降为200mg/L以下,然后经过能除去微小悬浮物和乳化油的过滤段。

过滤段的过滤设备主要为石英砂过滤器和核桃壳过滤器,过滤器的滤料有单层、双层和多层,过滤方式有单向和双向之分。

根据注水要求的不同,可采用一种或多种过滤设备组合的过滤流程。

212　油田污水处理方法比较
尽管处理油田污水的方法有多种,但各有利弊,油田应根据采出水的特性、地层渗透率等实际情况,采用经济有效的处理方法〔3〕。

表2为油田常用的水处理方法比较。

3　油田采出水处理面临的问题及原因分析
目前,国内外油田进行大规模生产的主要是水驱。

随着油田的发展,三次采油开始得到应用,特别是聚合物驱得到广泛应用。

我国已在大庆、大港、胜利、玉门等油田使用聚合物驱油技术,目前大庆油田已大面积推广聚合物驱采油技术,聚合物驱产油量已达700～800万t/a。

由于聚合物的存在,聚合物驱采出水的粘度增大,乳化油更加稳定,造成油水分离的难度增大。

大庆油田采出水中聚合物的浓度最高已达到400～500mg/L,粘度达0.8～1.2 mPa·s,现场仍采用水驱同样的工艺流程,即两次大罐沉降—压力罐过滤流程。

由于油水分离缓慢,造成此工艺处理构筑物庞大,占地面积大,设备投资高,过滤器滤速降低,容易发生堵塞。

三元复合驱采油技术已在大庆油田进行试生产,采出水粘度大,乳化严重,使用常规的水处理方法很难奏效,目前还没有经济有效的处理方法。

随着三次采油面积的扩表2　油田常用水处理方法比较方法适用范围优点缺点
重力沉降法油珠粒径大,乳化
程度小,处理量大
处理效果稳
定,运行费用
低
沉降时间长,设
备庞大,一次投
资高
混凝沉降法
油的密度小于0.9
g/cm3,悬浮物含
量高(200mg/L),
油珠粒径小于10
μm且处理量较大
(10000m3/d以
上)
反应快,沉降
时间短,处理
效果好
运行费用较大,
沉降物体积较
大
粗粒化法分散油、乳化油
设备小,操作
简单
存在表面活性
剂时,效果差
浮选法
油的密度大于0.9
g/cm3,分散油含
量高,乳化程度小
处理时间短,
效果好
占地面积大,浮
油难处理
旋流器法
油水密度差大于
0.05g/cm3,且油
珠粒径在20～30
μm的分散油,悬
浮物含量低
除油速度快,
设备体积小
缓冲能力差,积
泥区体积小,不
能长时间积累
污泥
大,采出水中聚合物、表面活性剂含量会不断增加,届时采出水的处理难度会进一步加大,因而必须采取有效方法处理油田采出水,以保证油田的正常生产。

油珠在水中上浮遵循Stokes公式:
u=
g(ρw-ρo)d2o
18μ
式中,u为上升速度,m/s;g为重力加速度,9.8 m/s2;ρw为污水密度,kg/m3;ρo为原油密度, kg/m3;d o为油珠粒径,m;μ为污水动力粘度, Pa·s。

从公式可以看出,油珠粒径、密度和污水的密度、粘度都是影响上升速度的因素,但对于采出水而言,油珠的粒径和污水的粘度是重要影响条件。

聚合物驱和三元驱采出水难以处理的原因在于,聚合物使采出水的粘度增加,表面活性剂使油珠严重乳化,微小油珠很难凝聚,即油珠粒径小,导致油珠上升速度慢。

聚合物驱和三元复合驱采出水的粘度主要是由聚合物引起的。

大庆油田注入水中添加的HPAM (阴离子聚丙烯酰胺)相对分子质量高达1200万,含量为1000mg/L,致使注水粘度达到20～30 mPa·s。

经过地质作用,HPAM被水解〔4〕,采出水的粘度降为0.8～1.2mPa·s。

三元复合驱采出水含有大量碱,HPAM的分子链由于静电斥力会得到充分伸展,导致采出水的粘度会进一步增加。

随着聚
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工业水处理2000-07,20(7) 油田采出水的特性及处理技术
合物驱和三元复合驱采油技术的推广,油田采出水中聚合物的含量会不断增加,粘度也会随之增加。

由于聚合物、碱、表面活性剂的同时存在,三元复合驱采出水不仅粘度大,而且乳化程度高,较聚合物驱采出水更加难以处理。

大庆油田三元复合驱注水中表面活性剂的浓度为3000mg/L ,大量的表面活性剂会在油水界面发生单层、多层吸附,改变油珠表面的疏水性能,使油珠间自发凝聚的趋势减弱。

大量的表面活性剂也会使油水界面的水化膜变厚,阻碍油珠相互靠近。

针对目前油田三次采油的现状,应开发与之配套的采出水处理工艺以满足生产需要。

根据采出水的特性,应从两方面入手,一是开发小型高效水处理设备,如旋流器、聚结器等,加速油水分离速度;二是开发高效水处理药剂,降低采出水的粘度,破坏油水稳定体系,达到油珠凝聚,加速分离的目的。

随着油田的不断开发,泡沫驱、微生物驱等采油
技术会逐渐得到应用,届时采出水的性质也会发生
很大变化,处理难度也会加大。

针对这些污水,应从污水的基本性质出发,研究污水难处理的根本原因,应用有效技术处理采出水,满足生产需要。

[参考文献]
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[3]袁惠民1含油废水处理方法[J ]1化工环保,1998,18:146～149[4]孔柏岭,罗九明1高温油藏条件下聚丙烯酰胺水解反应研究
[J ]1石油勘探与开发,1998,25(6):67～69
[作者简介]邓述波(1971-　
),男,1999年毕业于东北大学,现为清华大学环境科学与工程系和大庆石油管理局联合培养的博士后,目前主要从事油田含油污水处理的研究,也从事各种絮凝剂的开发和应用。

[收稿日期]2000-01-04
(上接第9页)
小沉降速度见表2。

假设失效混床阳树脂只包含Na 型和H 型,阴树脂只包含Cl 型和OH 型,由表2根据(2)式计算不同混床阳、阴树脂沉降比范围n 见表3。

由表3可以看出,符合标准的阳、阴树脂,其沉
降比n 从40以上到1以下不等,只有当沉降比n
达到3～4倍以上时,阳、阴树脂才能较好分离〔2〕。

n 小于3,树脂分离效果差,特别是n 小于1时完全
不可能正常分离。

因此,选择和评价混床用树脂时,在符合标准的前提下,应对其粒度分布进行全面测
表2　不同性能树脂最大和最小沉降速度u t m/s
树脂
牌号001×7MB 201×7MB D001MB
D001TR
D201MB (TR )Na H OH Cl Na H Na H OH Cl 沉降最大0.2470.1870.0840.0440.2380.2040.2380.2040.0400.040速度
最小
0.069
0.047
0.005
0.006
0.054
0.035
0.069
0.044
0.006
0.006
表3　混床树脂沉降比范围
混床树脂型号阳树脂
001×7MB D001MB D001TR 阴树脂201×7MB D201MB D201TR 沉降比范围n
49.40～0.56
40.00～0.88
40.00～1.11
定,进而从图1～5查出或由(1)式计算其沉降速度,
考察阳、阴树脂沉降比,保证混床树脂分离效果。

3　结论
(1)阳、阴树脂沉降速度均随湿真密度、粒度增加而增加,同种阳树脂Na 型沉降速度高于H 型,同种阴树脂Cl 型与OH 型沉降速度接近。

(2)符合标准的混床用阳、阴树脂随性能不同,沉降比差别很大,为确保混床树脂分离效果,应对其粒度分布和沉降比进行考察。

[参考文献]
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[2]Greg Bachman.Predicting mixed bed separation [C ]155th Annual
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[3]中华人民共和国电力工业部1火力发电厂水处理用离子交换树
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[4]天津大学化工原理教研室编1化工原理[M ]1天津:天津科学技
术出版社,19871
[作者简介]郝树宏(1974-　
),男,1997年毕业于太原工业大学应用化学系,硕士,助理工程师。

[收稿日期]2000-02-25
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2
1—专论与综述 工业水处理2000-07,20(7)。