油田采出水处理工艺
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油田采出水处理工艺
一、概念
油田采出水是指在采油过程中,由于注水和提高采油率等因素,使得地下水被推动、溶解并随同油一同涌出地面的一种水。
二、来源
地下水的自然涌出:在油田开采过程中,由于油井的钻探和油层的压力变化,会导致地下水被推动并与原油一同涌出地面。这些地下水包含了地下含水层中的水分,随着原油的开采而一起被采出。
注水开采法:为了提高油田的开采效率和采收率,常常采用注水开采法。这种方法是通过向油层中注入大量的水,增加油层的压力,使原油更容易被采出。注入的水通常是经过处理的清水或地下水,它们在油层中与原油混合,一同被采出地面,形成油田采出水。
油田生产过程中的排放水:在油田生产过程中,还会产生一些排放水,如洗井污水、设备清洗水等。这些水也含有一定量的原油和污染物,成为油田采出水的一部分。
三、特点
油田采出水具有一系列独特的特点,这些特点对于其处理和再利用具有重要的指导意义。以下是油田采出水的几个主要特点:
高含油量:油田采出水中通常含有一定量的原油和石油类化合物,这些物质的含量往往较高,导致水质呈现出明显的油污染特征。
高悬浮物含量:由于油田地质条件和开采工艺的不同,采出水中常含有大量的悬浮物,如泥沙、黏土颗粒、矿物杂质等。这些悬浮物不仅影响水质,还可能对处理设备和管道造成磨损和堵塞。
高盐度:油田采出水往往具有较高的盐度,包括溶解的无机盐类(如氯化钠、硫酸盐、碳酸盐等)和有机盐类。高盐度不仅增加了水处理的难度,还可能对生态环境造成不良影响。
高有机物浓度:油田采出水中含有多种有机物质,如烃类、酚类、醛类、酮类等。这些有机物的存在使得水质更加复杂,处理难度加大。
水质波动大:由于油田开采过程中油井产量、水质等因素的变化,油田采出水的水质也会发生波动。这种波动不仅影响水处理的稳定性,还可能对生态环境造成不可预测的影响。
腐蚀性强:油田采出水中可能含有硫化氢、二氧化碳等腐蚀性气体,以及某些具有腐蚀性的盐类和酸类物质。这些物质会对金属设备和管道造成腐蚀,缩短使用寿命。
难以生物降解:油田采出水中的某些有机物质具有难以生物降解的特性,如多环芳烃等。这些物质在环境中难以自然降解,可能对生态系统造成长期影响。
针对油田采出水的这些特点,需要采用适当的处理方法和技术手段,如物理法、化学法、生物法等,以降低其污染程度,实现资源化利用和达标排放。同时,还需要加强油田采出水的监测和管理,确保其不会对环境和生态系统造成不良影响。
四、成分
固体悬浮物:油田采出水中含有固体悬浮物,一般粒径为1~100微米。
原油:每立方采出水中通常含有1-2公斤的原油。
溶解物:主要包括可溶盐类物质,这体现了油田采出水矿化程度高的特点。
微生物:油田采出水中还含有微生物,如腐生菌(TGB)、硫酸盐还原菌(SRB)和铁细菌等。
有机物成分:包括絮凝剂、破乳剂和驱油剂等,这些有机物使油田采出水表现出有机物多样性的特性。
离子组分:油田采出水的离子组分非常复杂,除常见的离子外,还包含有气体成分、有机组分及微量元素。并且,水中离子的特点还有区域性,不同地方的硫酸盐或氯根差异很大。
此外,油田采出水中还加有表面活性剂等助剂,能改变水的表面张力和石油的亲水性,使油和水可慢慢聚集起来,便于抽至地面。
五、危害
油田采出水的危害主要表现在以下几个方面:
降低油藏采收率:油田采出水中的水分和杂质会降低油藏的采收率,使得开采难度增加,开采成本上升。
降低注水驱油效率:在注水开采法中,油田采出水若未经适当处理,其中的杂质和有害物质会堵塞注水管道和地层孔隙,降低注水驱油效率。
油井大量出水、出砂严重:油田采出水的大量涌出可能导致油井出砂更为严重,进一步影响油井的正常生产。
加重脱水泵站负担,增加污水处理量:油田采出水含有大量的水分和杂质,需要经过脱水泵站进行脱水处理,增加了脱水泵站的负担。同时,采出水中的污染物也需要进行污水处理,增加了污水处理量。
消耗地层能量,增加生产成本:油田采出水会消耗地层能量,使得油田开采更加困难,增加了生产成本。
危害采油设备:油田采出水中的有害物质会对采油设备造成腐蚀和堵塞,缩短设备的使用寿命,增加维修和更换成本。
对环境的污染:
浮油污染:油田采出水中的浮油会形成油膜,阻碍大气复氧,断绝水体氧的来源。
乳化油和溶解油污染:这些油类在分解过程中消耗水中溶解氧,使水体形成缺氧状态,水体中CO2浓度增高,pH值下降,影响鱼类和水生生物的生长。
土壤污染:油田采出水流入土壤后,会在土壤中形成油膜,阻碍土壤微生物的增殖,破坏土层团粒结构。
生物处理系统影响:进入生物处理系统的含油污水如果浓度过高(通常不能大于30mg/L),会影响活性污泥和生物膜的正常代谢过程。
综上所述,油田采出水不仅会对油田开采本身造成负面影响,还会对环境和生态系统造成严重的污染和破坏。因此,对油田采出水进行妥善处理和回用,对于保护环境、提高油田开采效率具有重要意义。
六、传统处理工艺
6.1 工艺流程
6.2 工艺缺点
1) 油水分离效果不明显:
由于有时加药时的浓度以及沉降时的温度都没有达到标准,导致油水分离效果不佳。对斜板罐无法实行定期清理,以及对明水的控制不符合标准,也会导致采出水中含油以及机杂,增加了后续处理的难度。
2) 设备腐蚀和堵塞问题:
硫化物、细菌在采出水中的含量较高,对污水处理的设备造成严重腐蚀,缩短了设备的使用寿命。碳酸钙沉淀如果不及时处理,会形成坚硬的石灰垢,长期堵塞管线,降低采出水的流量,影响设备的正常运行。
3) 处理效率不足:
随着后期采出水量增加,导致处理水量不及时,需要增大采出水系统的规模,增加了投资和运营成本。除油罐收油不及时,会导致筛管堵塞,进一步影响油水分离效果。过滤罐方面,滤料板结会导致过滤效果降低,影响水质达标。
4) 环境污染问题:
采出水经过处理会产生大量的污油泥,由于目前污泥回注点处理能力不足,无法快速处理污泥,存在环保安全隐患。如果处理后的水质不达标,直接排放到环境中,会对土壤和水体造成污染,影响生态环境。
5) 技术限制:
对于稠油采出水,由于其粘度较大,开采和处理都十分困难。虽然可以采用高压蒸汽法开采稠油,但后续采出水的处理难题主要在于采出水中含有大量油,增加了废水净化难度。对于低渗透油采出水,地层堵塞是一个主要问题。要想优化采出水技术,需要调整低渗透油的滤膜系数,这增加了技术难度和成本。
聚合物驱采废水中的高分子聚合物会使采出水的粘度加大,导致油与水两种物质很难顺利分离开来,进一步增加了处理难度。
七、新型处理工艺
7.1工艺流程
目前常用的预分水技术主要通过重力沉降、旋流、气浮、热化学等单一技术、以上两种或两种以上技术之间的组合实现,代表性的技术主要有仰角式油水分离技术、串联式水力旋流器分离技术、高效三相分离技术及低温破乳技术等,尚缺乏将柱状旋流分离器与水力旋流分离器相结合的系统研究,也缺乏一体化装置之间参数匹配的的设计方法。
科力迩公司以专利的CDFU旋流容器气浮除油器为核心,辅以不同精度的过滤器,设计出了两套井口采出液短流程处理回注工艺,器工艺流程图如下图所示,
· 方案一:采出液经两相分离器预处理后,水相排出含油污水进入两级HAC+两级CDFU进行除油、除悬浮物,污油进入污油收集罐,废气去火炬或天然气管网,出水进入两级活性滤料过滤器过滤,出水达到回注水标准后进入回注水罐,过滤器反洗水用回注水罐水,出水经污泥脱水设备压滤,泥饼袋装外运。方案一工艺流程图
· 方案二:采出液经两相分离器预处理后,水相排出含油污水进入两级HAC+两级CDFU进行除油、除悬浮物,污油进入污油收集罐,废气去火炬或天然气管网,出水进入循环水罐,循环水罐浓水进入CDFU,浮渣经污泥脱水设备压滤,泥饼袋装外运,CDFU出水回到循环水罐,循环水罐进入SIC膜过滤器进行过滤,出水达到回注水标准后进行回注。
方案二工艺流程图
7.2工艺特点
以上两套采出水处理工艺相较于常规工艺具有以下特点:
· 流程短,效率高,抗冲击性强,出水稳定达到水质要求;
· 无药剂,纯物理破乳分离技术,无老化油,无二次污染,环保效益好;
· 采用两级旋流分离器+两级旋流溶气气浮做前处理,抗冲击性强,保证了后续工艺稳定可靠运行;先进过滤技术,过滤精度高,效果好,抗冲击性强,滤料寿命长,确保水质稳定达标;
· 撬装化,占地面积小,适合对空间要求高如海上平台等场合;
· 全自动化、信息化运行,可远程监控,少人工,运维便捷且成本低。
7.3应用实例
中石油某联合站回注水处理撬如图所示,该套工艺A1级出水含油量≤5mg/L,悬浮物含量≤1mg/L,A2级出水含油量≤6mg/L,悬浮物含量≤2mg/L.
中石油某联合站回注水处理撬