油田采油污水回注处理工艺

　　目前部分油田进入开发中后期，采出油中的含水量高达70%～90%，日产含油污水量巨大，若直接排放，会造成大面积土壤和水源的污染，有时甚至会引起污油着火事故，进而威胁人民生命安全、造成国家经济损失。因此，需对采油废水进行处理。通常有三种处理方法：一是处理后用于回注，要求必须对水中的油、悬浮物及其颗粒粒径进行控制;二是稠油污水，处理后用于热采锅炉的给水，要满足热采锅炉给水的水质;三是多余污水处理后排放，按照中国综合污水排放标准，除对含油及悬浮物等指标进行控制外，还要对COD等排放指标进行控制。其中回注处理是首选，可有效减少环境污染、节省水资源、适应油田开采过程中注水量日益增长的需求，为油田带来显著经济效益，实现可持续发展。

　　以X油田含油污水为研究对象，从行业标准规定的回注水水质控制指标出发，优选了气浮-过滤水处理工艺，配套建立了隔油池、气浮池、压力过滤罐等工艺设计方法，使处理后出水含油及SS(固体悬浮物浓度/Suspendedsolid)满足回注要求。

　　一、回注水处理流程选择

　　1.1 水处理指标

　　随着采出原油含水率的不断提高，注水量成倍增长，对注水的水质要求严格，如表1所示。要求水质稳定，与油层水相混不产生沉淀；水注入油层后不使粘土矿物产生水化膨胀或悬浊；水中不得携带大量悬浮物，以防堵塞注水井渗滤端面及渗流孔道；对注水设施腐蚀性小；当采用两种水源进行混合注水时，应首先进行室内实验，证实两种水的配伍性好，对油层无伤害才可注入。

　　此外，SY/T5329-94还对注水水质的辅助性指标作出指导性规定，包括溶解氧、硫化氢、侵蚀性二氧化碳、铁、pH值等。根据一些油田多年注水实际经验，除油和过滤悬浮固体是关键。

　　1.2 工艺优选

　　X油田拟处理采油污水量为800m3/d，原水固体悬浮物浓度为200mg/L，石油类浓度为75mg/L，根据该油田的原水处理标准，要求回注水指标满足A1级标准，即处理后含油量应小于等于5mg/L、悬浮固体含量应小于等于1mg/L，为此须采用精细过滤器来控制悬浮物的量。目前的处理方法有物理法、物理化学法、化学法和生物法。考虑X油田处理水量不大，而且水中含油量和悬浮物含量很小，综合考虑占地面积、运行费用、处理效率等多方面因素，本设计拟采用气浮选―过滤工艺，运用油水密度差和气浮法对水中的悬浮物和油类进行有效的粗滤，再根据纤维过滤器的去除效率，可以使含油量和悬浮物的量达到精细过滤的进水要求，对水中的SS和油类进行精细过滤，使回注水达到处理要求。

　　1.3 工艺流程

　　采用气浮选过滤工艺，首先由密度差自然除油，再经气浮法对水中的悬浮物和油类进行粗滤，而后经纤维过滤器、精细过滤器最终达到回注水指标要求，工艺流程图如图1所示。

　　二、回注水处理工艺设计

　　2.1 除油

　　选用自然除油处理，具有基建投资少，生产费用低，去除悬浮杂质量多，为下游处理装置提供较稳定的水量和水质的特点。自然沉降装置包括平流隔油池、斜板沉降池、竖流式沉降罐、平流式沉降罐、辐流式沉降罐、调储沉降罐。根据处理回注水的水量及设备的经济成本，特选择工艺简单，处油效率高的平流隔油池。

　　隔油池设计参数由公式(1)～公式(3)计算而得，设计分格数为2个，有效池长为8.9m，池总高度为2.5m，刮板间距4m，高度150mm，移动速度0.01m/s；SS去除率40%，石油类去除率80%；污泥含水率P1=97%。

　　分格数：

　　式中：n为隔油池分格数(个)；Q为日处理采油污水量(m3/d)；n为隔油池流体水平流速(一般采用2～5mm/s)，拟设计为2.5mm/s；B为隔油池每格宽度，拟设计为2m；h2为隔油池工作水深，拟设计为1.4m。

　　有效池长：

　　式中：L为隔油池有效池长，m;T为停留时间(一般采用1.5-2h)，拟设计为1.5h。

　　尺寸比例校核：单格的长宽比(L/B)不小于4，深宽比(h2/B)不小于0.4。

　　池总高度：

　　式中：H为隔油池总高度(m);h1为隔油池超高(一般不小于0.4m)，拟设计为0.5m;h3为集油厚度，拟设计为0.25m;h4为污泥区高度，拟设计为0.35m。

　　2.2 气浮

　　气浮法有溶气气浮法、叶轮式浮选以及喷嘴式气浮式，设计选择溶气气浮法中的部分回流加压溶气流程。溶气气浮法是目前除油效率高而且最常用的气浮处理方法，该法是使空气在加压的条件下溶解于水，然后通过将压力降至常压而使过饱和溶解的空气以细微气泡形式释放出来，回流式溶气气浮选系统是部分净化的水回流到溶气罐加压溶气，然后与原水混合进入气浮罐。

　　溶气浮选工艺主要设备为：压力容器装置、溶解气释放装置和气浮分离装置。

　　气浮选工艺设计参数由公式(4)～公式(5)计算而得，溶气罐直径设计为0.46m，气浮池有效水深设计为4.2m。

　　溶气罐直径：

　　式中：d为溶气罐直径(一般小于0.6m)，m;R为回流比，设计为20%;ae为释气量，设计为40L/m3;∂为水温校正系数，取1.2;η为溶气效率，设计为90%;P为溶气压力，设计为0.4MPa;KT为溶解度系数(根据水温查表)，设计水温为40℃，查表知系数为1.79×10-2;I为压力容器罐的过流密度，设计为400m3/(m2•h)。

　　气浮池有效水深：

　　式中：H为气浮池有效水深(m);μs为气浮分离室流速，设计为2mm/s;t为气浮分离室停留时间，设计为35min。

　　根据计算数据和水质处理的要求，选择JQF―40型高效加气浮选器，其工作原理是采用高效溶气装置，将空气(或其他净化过的气体)快速溶入净化过的水(回流水)中，作为工作介质，通过释放器骤然减压，快速释放，产生大量微细气泡粘附于经过混凝反应后废水中的“矾花”上，从而达到迅速上浮、与水分离、回收油品、净化水质的目的。其主要参数见表2。

　　2.3 过滤

　　过滤是设计中的关键，要使悬浮物和含油量最低，就要求选择精度高的过滤器。设计选用GQL改性纤维球过滤系统，改性后的纤维球滤料不仅具有纤维球可压缩性、可以形成理想空隙分布等特点，同时与含油污水接触时，先与水分子进行接触，在纤维滤料表面形成一层水的保护膜，反冲洗时很容易被水冲洗下来，因此改性后的纤维球滤料最适用于含油污水处理。改性纤维球过滤系统除油、除悬浮物效果好，除油效率比双滤料高。采用A型，出水可满足中、高渗透层要求，采用B型，出水可以满足低渗透层要求。适合于油田注水精细过滤、锅炉回用水深度处理、外排水除油、去除悬浮物、含油废水深度处理等。由于出水水质要求要达到推荐注水水质主要控制指标的A1级标准，此次设计就用该过滤器的二级精滤来代替精细过滤器，目的是在处理过程中更容易管理、操作和维修。同时也使得水质更容易达标。设计采用2个处理滤罐，一台备用，当一台需要反冲时，开启备用滤罐，反冲完毕后待用，在一台滤罐检修(包括更换滤料)反冲洗不启动备用罐，此共设滤罐两座，布置成对称双行排列。配管设地面高管架，便于检查，就地维修。过滤系统主要技术参数见表3。

　　过滤工艺设计参数由公式(6)、公式(7)计算而得，设计滤罐直径为1.5m，滤罐高度为2.7m。

　　滤罐直径：

　　式中：D为滤罐直径(m);Q为日处理采油污水量(考虑5%的自用水量)，m3/d;v滤为滤罐的过滤速度，取20m/h;T为滤罐实际每日过滤时间，(过滤工作时间是12h，冲洗时周期为12h，式中只考虑反冲洗停用的时间，不考虑初滤水的排放)。

　　滤罐高度：

　　式中：H为滤罐高度(m);H1为集水区高度，一般取0.5m;H2为垫层高度，设计0.1m;H3为滤料层高度，一般取0.8m;H4为净空高度，取0.5m;H5为预盖高度，取0.5m;H6为滤罐保护高度，0.3m，一般取0.2～0.3m。

　　2.4 控制

　　控制方式分为手动和自动控制两种，两种方式可以切换，操作灵活。自动控制主要涵盖以下几个方面的内容：①废水处理系统主要设备的运行状态可在主控柜模拟盘上显示。如废水调节反应池内的工作液与溢流报警液位等。②当废水处理系统处于自动状态时，废水输水泵和自动启动(当废水储水罐液位达到上限后)，将废水输入到填料塔;当废水储水罐液位降至下限时，废水输水泵可自动关闭。当输水泵启动后，需要操作人员手动调节流量。③当废水输水泵启动后，处理池进入自动加药调节控制程序。④混凝阶段通过计量泵自动添加PAC、FeCl3搬土等药液。废水处理系统在手动控制状态下，操作人员可在操作现场通过现场操作开关实现上述自动控制全部操作程序。

　　2.5 其他

　　(1)建筑物的位置。采出水处理站主厂房由污水泵房、加药间、配电间、值班室等组成。加药间设各种药剂的溶液池以及加药泵，并存有3个月以上用量的混凝剂;配电间设有低压配电柜。

　　(2)采暖与通风。采出水处理站的建筑物是否需要采暖，应根据油田所在地气候条件确定。通风方式应尽可能采用自然通风，自然通风一般是在屋顶设筒形风帽，风筒长度一般为1.2m，风筒内设有蝶阀，当自然通风达不到卫生和生产要求时，应采用机械通风或自然与机械联合通风。

　　(3)缓冲池。可以在工艺流程末端设计一座缓冲池，以便可以在池中投加化学药品，使水质不产生金属腐蚀，结垢和微生物繁殖等危害。包括隔绝空气中氧气进入采出水，或脱除采出水有害气体的流程，防止不相容水混合流程，投加水质稳定剂等，能更好地提供回注条件。

　　(4)加药。投药设备包括投加和计量两个部分，一般有重力和压力投加两种方式，常用的计量设备有转子流量计、电磁流量计、苗嘴、计量泵等。加药间及药库设计参数由公式(8)、公式(9)计算而得，设计溶液池的容积为13.35m3，溶解池的容积为4m3。

　　溶液池的容积：

　　式中：W1为溶液池容积(m3);a为混凝剂最大投加量，设计为50mg/L;W1为溶液池容积(m3);c为溶液浓度(按固体质量计，一般取5%～20%)，设计为15%;n为每日调制次数(一般为2～6次，手工一般不多于3次)，设计为2次。

　　溶解池的容积：

　　式中：W2为溶解池容积(m3)。

　　针对X油田拟处理采油污水量为800m3/d，原水固体悬浮物浓度为200mg/L，石油类浓度为75mg/L，优选建立了气浮选-过滤工艺、进行了相应的流程设计，配套完善了各设备的参数设计，最终完成了采油废水处理目标，并满足回注水指标A1级标准。

　　三、结语

　　(1)优选建立了一种气浮选-过滤水处理工艺，配套建立了隔油池、气浮池、压力过滤罐等工艺设计方法。

　　(2)气浮选-过滤水处理工艺满足X油田污水处理要求，处理后含油量小于5mg/L、悬浮固体含量应小于1mg/L。

　　(3)该水处理方法具有增加水处理量、减少回注井数，降低成本、减轻回注系统腐蚀、环保的优势。(来源：(中国石化西南油气分公司采气一厂)