油田采出水处理技术与进展

1、18环境工程2000年2月第18卷第1期油田采出水处理技术与进展陈进富(石油大学环境工程研究开发中心,北京102200)摘要在简要总结国内主要油田的采出水治理技术的基础上,着重介绍了国外近年来油田采出水治理的一些新工艺、新设备、新技术,提出油田外排采出水的治理应采用生化技术,国内应注意高效一体化的采出水治理设备和稠油污水处理药剂的研究。关键词油田采出水采出水处理生化技术1引言图11。该工艺主要由API和CPI油水分离器、IGF(Inducedgasflotation)气浮等构筑物组成。气浮后可以注水是一种常用的油田开发技术,但注水的结果也直接导致油井出水含量的增加。在一些油田的开采后期,原油含

2、水率甚至达到90%以上。经过原油脱水工艺处理后,水中尚含有油、可溶性有机物、固体颗粒、无机离子、细菌等,它们的存在使采出水CODCr、油、悬浮物等含量偏高,既不能满足排放水质获得用于回注地层的净化水。这种含油污水处理工艺简单,是目前含油污水处理的典型工艺流程,但对乳化严重的采出水和稠油污水处理效果不佳。这种处理工指标,此,2国内油田采出水治理技术现状图1油田采出水处理典型工艺流程在美国得州西部的PermianBasin油田采用了一种新的油田采出水处理工艺2,其流程见图2。其特点是将水力旋流器引入流程,替代传统的隔油与浮选单元。该技术可以将硬度为2000mg/L、硫化物为500mg/L、TDS为

3、10000mg/L、油含量为200mg/L的油田采出水经过处理后主要用于回注。由于各油田采出水的物理化学性质差异较大,要求的注水水质标准也不一样,因此各油田采出水处理工艺流程也不尽相同。但是归纳起来多数采用三段处理工艺即除油-混凝沉降(或气浮)-过滤。若再辅以阻垢、缓蚀、杀菌处理后即可用于回注。但由于多种原因,采出水尚无法完全回注地层,采出水的外排量正逐年增加。1995年1997年采出水的回注率分别为94121%、94160%、91144%,而同期外排量分别为2688万t、2696万t、3959万t,外排采出水的达标率采出水转变为蒸汽锅炉用水。其结果见表1。表1PermianBasin油田采出

4、水处理结果项目pH采出水01510净化水00温度/总硬度(CaCO3)/总碱度(CaCO3)/油/mgL-1硫化物/mgL-1二氧化碳/mgL-1SS/mgL-1DS/mgL-1仅为50%左右,主要表现在外排采出水的CODCr严重偏高,特别是对于稠油污水、聚合物采出水、高含盐采出水,其达标排放率更低。3国外油田采出水治理技术进展近几年来,国外油田采出水治理技术改进主要体现在治理设备、工艺流程、药剂等几个方面,开发了一些新的采出水治理设备和药剂,采用了许多新的采出水治理工艺流程。311采出水治理工艺流程硫酸盐/mgL-1Na+/mgL-1Cl-/mgL-1Fe/mgL-1Si/mgL-1科威特北

5、部油田处理采出水的工艺流程见环境工程2000年2月第18卷第1期采出水至蒸汽锅炉()阳离子交换二级过滤采出水乳化剂回注水19图2PermianBasin油田采出水处理工艺流程图4北海Ula油田采出水回注的处理工艺流程Mobil石油公司处理印度尼西亚Arun油田采出可见,随着环保要求的提高和油田回注水水质的严格化,近年来国外油田采出水的治理技术已得到改进和提高。采出水的治理工艺已由原来的隔油-混凝-过滤技术改变为隔油-混凝气浮-生化-过滤技术。气浮和生化技术的采用已成为近年来先进的采出水处理工艺的一种标志。312采出水治理新设备及新技术水的工艺流程3见图3。采用化学破乳除油、气浮、生化联合组成的

6、工艺替代了过去的混凝-过滤或混凝-气浮-过滤工艺。表2是该油田采出水,处理水的组成和印度尼西亚的油田污水排放标准。处理水加破乳剂图3Arun油田采出水处理工艺流程近年来,国外对采出水(主要是含油污水)的处理已开发了一些新的设备,如新型密闭式浮选箱、水力旋流器、各种组合式油水分离器等。这些装置的成功开发,对提高含油废水的处理效果、对改进设备的处理效能以及实现处理设备功能的一体化都大有裨益。(1)净化采出水装置7实际上该装置是一种密表2Arun油田采出水、处理水的组成和印度尼西亚的油田污水排放标准项目氨氮/mgL-1BOD5/mgLCODCr-1采出水20120030002000118329055

7、处理水排放标准5150300106-914000404个浮选室,每个浮选m的气体1001000,上层的浮油收集于储油箱,浮选气体采用油田拌生的天然气。据称,使用该气浮装置处理采出水可使其操作、维护以及相应的化学药剂费用降低。(2)浮选柱8这种浮选装置采用侧部布气技烃类/mgL-1Fe离子/mgL-1pH酚/mgL-1TDS/mgL-1T/北海Ula油田采出水回注的处理工艺流程4采用了3个油水分离器和6个水力旋流器串联,处理后的水质可达到回注水的要求。其中油含量为200500mg/L(主要以O/W型乳状液形式存在)降至2030mg/L以下,工艺流程见图4。GAC-FBR(活性炭生物流化床反应器)

8、是一种术,可用于分离含油废水中的细小悬浮物的油滴。当采用并流流动时,废水和气体在浮选柱内分别以011272154cm/s、0.02542.54cm/s的流速流动,且水流量为气流量的1030倍时可获得理想的采出水处理效果。(3)油水混合物分离简易装置9它是由油水混处理近海油田采出水的新工艺流程5。该技术主要是为满足日益严格的废水排放标准,特别是零排放标准,目前该技术已进行了中试放大试验。在美国的墨西哥海湾油田采出水排放标准规定油含量日最高不超过42mg/L,月平均不超过29mg/L,采用该技术能完全达到,甚至可达到更严格的排放指标即日最高油含量不超过10mg/L。这种流程由油水分离器、絮凝、气浮

9、、GAC-FBR、电渗析等单元组成。另外还有可供选择的废水处理工艺6。这些流程主要由油水分离器、溶气气浮、化学氧化(UV/O3或UV/H2O2等)、金属离子去除系统(氢氧化物或硫化物沉淀)、过滤、离子交换、蒸发等单元组成。合物进口、折流挡板、油流出口和净化水出口几部分组成的,具有结构简单,油水分离速度快等优点,但对油水密度差异小的含油废水其处理效果不甚理想。(4)旋流分离器10该旋流器能实现油-水-固三相的分离。与除油和除砂旋流器相比,三相旋流器具有体积小、效率高、投资和操作费用较低等特点,是一种集除油和除砂为一体的新型分离设备,适于海上和陆上油田采出水的处理。(5)油水分离旋流器11其安装在

10、油田生产井内,能在井下实现油水的高效分离并将水回注到地层,当采出水含量达70%以下时,这种井下安装的同20环境工程2000年2月第18卷第1期步油水分离设备是非常有效的。(6)蒸馏技术利用水中溶解的烃类物质与水的沸点差异来处理油田采出水。这种技术的关键是填料蒸馏塔。由于许多有机物可与水形成共沸物,因此在填料塔内,沸点比水低和比水高的有机物均能进入蒸汽相,且控制蒸发水量为进水量的5%20%即可实现油水的高效分离。高效多功能一体化的油田采出水治理设备已成为研究热点,新的含油污水处理技术亦有不少文献报道。实现油-水、可溶性有机物-水、悬浮物-水之间的强化传质技术和有机物强化化学转化技术依然是今后采出

11、水治理研究的重要方向。4油田采出水处理药剂参考文献1KuwaitOilCompany.SPEpaper38797,presentedatthe1997SPEAnnualTechnicalConference,SanAntonioTexas,USA(58Octo2ber1997)WithPoorQualityOilfieldWater.SPEpaper38799,presentedatthe1997SPEAnnualTechnicalConference,SanAntonioTexas,USA(58October1997)3MadianE.Setal.TreatingofProducedWate

12、rforSurfaceDis2chargeattheArunGasCondensateFieled.SPEpaper28946,pre2sentedattheSPEInternationalSymposiumonOilfieldChemistry,SanAntonioTexas,USA(1417)February1995)4HjelmasT.Aetal.ProducedWaterReinjection:ExperiencesFromPerformanceMeasurementsonUlainthenorthSea.PresentedattheinternationalconferenceonH

13、ealth,Safety&Environment,NewOr2leansLouisiana,USA(912)June1996)为了处理采出水中的溶解有机物、油及固体悬浮物,近年来也研制出了一些新的水处理药剂。有使用低分子量的有机胺,特别是季铵盐处理采出水中的溶解有机物12。有利用聚合物改性搬土或一些其它有机粘土吸附采出水中的溶解有机物135LawrenceA.Wetal.RegionalAssessmentofProducedWaterTreatmentandDisposalPracticesandResearchNeeds.PresentedattheEPAEnvironmentalConf

14、er2(1995)。此外,近年6,化含油废水、已成为水处理药剂研究的一个方向。生物破乳剂、生物絮凝剂也是一个值得研究的方向。5问题与建议etal.ProducedWaterTreatmentTechnologies:ACaseStudy.PresentedattheSecondInternationalConferenceonHealth,Safaty&EnvironmentinOil&GasExploration&Produc2tion.JakartaIndonesia(2527January1994)try.USP5543043(1996)8HubredG.Letal.FlotationM

15、ethoodandApparatus.USP5643459(1997)目前,国内油田采出水一般采用隔油-混凝-过滤即所谓的“老三套”进行处理,其外排污水的CODCr一般难以达标。根据近年来国外油田采出水处理技术的发展状况,为了适应日益严格的废水排放要求,认为将生化法引入采出水的治理流程将是未来的发展方向。传统的活性污泥法用于处理油田采出水应该是一种成熟的技术,将得到较好的应用。生物膜、生物流化床技术将得到进一步完善并可能应用于这一领域。但由于各油田采出水的性质差异较大,无机盐和氯离子等的含量较高,污水的可生化性较低,因此,生化技术应用于油田采出水的治理可能会遇到新的难题。国内目前尚未见将生化技

16、术用于油田采出水治理的工业化报道,应加强这方面的基础研究。高效多功能一体化采出水治理设备的开发应予强调和重视。优质的采出水处理药剂,特别是稠油污水的处理药剂也是国内应该积极开发的产品。9ingDifferentSpecificGravities,SuchasOilandWater.USP5637234(1997)10SeureauJ.Jetal.AThree2PhaseSeparatorfortheRemovalofOilandSolidFromProducedWater.PresentedattheSPE69thAnnualTechnicalConferenceandExhibition,N

17、ewOrleansLAUSA(2528September1994)11KjosT.MethodforCycloneSeparationofOilandWaterandMeansforSpearatingofOilandWater.WO94/13930iesfortheRemovalofSolubleOrganicsinOilFieldProducedWater,USP5354477(1994)13DoyleD.Hetal.FieldTestofProducedWaterTreatmentwith作者简介陈进富,男,35岁,工学博士,讲师,从事水污染及大气污染治理的教学、科研工作,已发表论文20

18、余篇。1999-02-01收稿ENVIRONMENTALENGINEERINGVol118,No11,Ferbury,20003Keywordstwo2stepneutralization,flocculationsedimentationandflocculationaidedbyfiringresidueTREATMENTTECHNIQUEOFOILFIELDPRODUCEDWATERANDITSPROGRESSKeywordsoilfieldproducedwater,producedwatertreatmentandbiologicaltechnologyRESEARCHONPROCE

19、SSOPERATIONAFTERCONVERSIONOFA/OSYSTEMTOO/OOFRE2FORMINGANDENLARGINGPROJECTOFPHASE2FORWASTEWATERTREATMENTOFOILREFINERYUNDERMAOMINGPETROCHEMICALCOMPANYZhangDongmeietal(21)AbstractAlltheindexesofthewaterqualityoftheeffluentcanmeetthenationalandlocalemissionstan2dardsaftertheconversionofA/OsystemtoO/Opro

20、cessoftreatmentoilrefineryunderMaoMingPetrochemicalCompany.Theexperienceinthe&givenbytwomonthsindustrialcommissioning,whichhaslaidaoftheprojectofphase2.Keywordsoil,processreformandengineeringresultTREATMENTOFPOLYSTYRENEINDUSTRIALWASTEWATERBYCOAGULATION2ACIDIFICA2TIONHYDROLIZATION2BIOLOGICALCONTACTOXIDATIONPROCESSKeyword