我国三次采油污水处理技术研究进展

（大庆油田有限责任公司第四采油厂第五油矿北十四队，黑龙江  大庆  163511）

摘  要：我国正处于快速发展的重要时期，石油等能源开发力度也在不断增强，而第三次采油技术产生的污水，已经变成油田污水处理研究主要方向。为避免对生态环境造成影响，需要对三次采油污水处理技术展开深层的讨论。本文以此为切入点，并从除油滴、除聚合物等方面，对于我国研究进展详细分析，旨在为更多相关企业提供技术指导，推动我国第三次采油污水处理质量进一步提升。
      关键词：三次采油；采油技术；污水处理

前 言

在我国大多数油田开始进行三次采油的发展趋势下，如何高效处理三次采油产生的污水，是目前石油开采行业发展所要解决的重要内容。尽管我国在这方面具有较为深度的技术研究，但是仍有部分企业对于这方面工作认识不到位，无法有效处理三次采油污水。所以，需要对这项技术进行系统化研究，为保持自然生态贡献力量。

1 三次采油简述

当前石油开采可以被划分成三个阶段，就是三次采油。一次采油阶段，是自喷开采，油田在该阶段拥有丰富的储油，仅凭借地层能量即可实现自喷，开采相对简单；二次采油阶段，是人工采集，在油田原本拥有的地层能量全部释放后，需要通过人工注水、注气等方式，让油田能量获得有效补充，继续让地层拥有原本压力，维持原油开采作业；三次采油阶段，在展开二次采油的数十年后，地层压力逐渐降低，但是油藏砂岩间隙仍然拥有不连续油块，有深度开采价值。在采出液含水量较高时，则要将原本注水、注气方式进行替换，应用其他方法继续开采原油。我国大多数油田处于二次、三次采油，一次采油相对较少。而在开采油田时，则会产生许多采油污水。而且，为维持当前油层的压力，仍要向油层注水。如果一味注水、产生污水，对于水资源是一种严重浪费，采油污水变成采油作业关注的重要内容。尽管大多数采油污水可以通过处理技术，将其再次注入油层中。可是，在实际生产中仍有部分难以利用的污水。这就要求使用合适的污水处理工艺，对这部分污水进行有效处理，避免对自然环境造成污染。而我国对于原油需求量较大，所以在多年发展中，在三次采油方面积累丰富经验，采油污水处理技术更是得到飞速进步，直逼欧美等发达国家。

2  三次采油污水特点

对于三次采油污水进行成分分析，其成主要是石油烃类、大量无机盐、聚合物PAM、固体颗粒，以及可以在石油条件下存活的细菌。而聚合物PAM是污水主要成分，拥有500mg/L的最大质量浓度。而且，PAM是一种高分子物质，将其放置于自然环境中，难以通过生物渠道对其有效降解。而且，污水拥有较大黏度，PAM是造成污水黏稠的主要原因。如果在污水中提高PAM浓度，则会进一步增加污水黏度。因为污水中含有石油烃类，而其粒径相对较小，拥有超过90%的低于10微米油滴。但是，水驱采油污水的油滴粒径普遍为35微米。这造成使用常规油水方法时，因为污水油滴粒径过小，难以达到油滴聚并、浮升基本需求，为污水与油滴分离带来较大问题。而且，在进行三次采油时，应用PAM驱采，污水拥有许多表面活性剂，进而造成污水乳化程度提升，造成乳化油浓度增加，让污水处理更为困难。尤其是污水携带的PAM会集中于油水分界位置，和乳化油产生在强度、弹性质量都较强的复合膜，难以用常规方法对复合膜有效处理。

3  我国三次采油污水处理技术研究进展

应用常规的二级沉降、过滤的污水处理模式难以处理三次采油污水，还会因污水量提升，造成处理水质不满足标准、处理效果下降等多种问题。面对这种情况，我国在三次采油污水处理技术中投入大量研究，着重关注污水回注，现在应用在污水回注技术主要涉及到聚合物与油滴两方面内容。

3.1 除油滴技术

因为三次采油污水的油滴不仅粒径较小，而且乳化程度高，造成常规油水分离无法有效进行，需要花费更长时间才能对其有效分离。但是，仍采用如果混凝沉降，在沉降工序中需要花费更长时间，则要对现有沉降设备进一步扩建，不具备实用性。所以，我国研究人员针对现有沉降设备进行改进，并将创新技术应用到工作当中，有效提高污水与油滴分离效率。

3.1.1 改进沉降设备

在以往对污水沉降处理中，是将润湿聚结技术投入应用，从而提升油滴沉降效率。污水通过携带润湿聚结材料设备，利用材料具备的润湿能力，实现油滴被材料吸附，并利用聚结方式，提高油滴粒径，让原本微小油滴聚结为大油滴，可以更为便利分离、去除。我国研究人员通过改进沉降设备，将横向流聚结除油器投入应用，并增加DTH聚结除油器，配合二次过滤方案，对于聚合物驱的污水进行处理。在经过反复实践后，证明改进后设备处理水质，符合回注水质标准；也存在部分研究人员对于横向流聚结除油器进一步研究，通过分析设备的工作原理，将横向流聚结除油器以两台串联模式投入应用，进一步提高除油率，可以获得去除污水中90%油滴效果。而且，悬浮固体也可以获得30%的去除效果；部分研究人员则是对于聚结材料的种类与聚结性能进行研究。在多次研究后，发现聚结材料如果是波纹板状，在油滴去除方面拥有较强效果，而粒状材料的油滴去除效果相对较低。而且，具有亲油性能的材料相较于疏油性能的材料，拥有更强油滴去除效果。以此为依据，将波纹板状的聚丙烯板作为聚结反应器填料应用，并配合再横向流斜板沉降罐，增加二级过滤方案，可以将300mg/L油质量浓度的三级采油污水处理到符合注水标准。而且，在原本润混聚结技术和斜板除油技术应用的基础上，还创新研究压力组合技术，在实践应用取得良好效果。在第一阶段，将拥有较大间隙、呈交叉状的流斜板投入应用，并以从上到下进行配水作业，保证把浮油和泥砂有效去除。在第二阶段，则是通过网状的交叉流聚结设备，对残余元件油滴进行聚集，构成规格更大的油滴。在第三阶段，则使用拥有较小间隙的交叉状流斜板，对于聚结油滴和悬浮物进行出去。通过这三个处理阶段，可以让污水的油滴去除效果提升至95%。可是，这种润湿聚结技术在油滴去除方面拥有较强效果，可是却无法对乳化油产生的复合膜有效打破，仍需要进一步研究相关技术。

3.1.2 创新分离技术

作为三次采油污水处理的核心内容，油水分离技术也在技术革新中得到不断发展。过去应用的水力旋流法，通过油水密度存在差异，两者互不相容等性质，让携带油滴的污水可以在水力旋流器提供的高速旋转条件下，通过离心力完成油水分离。而我国在此研究基础上，对于油水分离进一步研究，创新静态K型液-液水力旋流器。在应用这种设备的同时，配合过滤处理方案，可以对2000 mg/L油质量浓度的污水有效处理，而聚合物质量浓度处于500 mg/L时，其处理水质也符合注水要求。可是，这种技术虽然不会占据太大空间，而且污水处理较快，但是在处理时，会因为离心力影响，造成湍流、剪切等二次作用，造成污水再次被乳化，进而降低油水分离品质；而另外一种气浮法，则可以对重质油、乳化油有效处理。研究人员通过射流气浮法，可以对拥有260 mg/L聚合物质量浓度的施污水有效处理，针对油质量浓度处于300 mg/L的污水，也可由通过过滤处理作业，获得符合注水标准的水质。但是，未来油田开采业将会继续发展，三次采油污水聚合物浓度也会相应提升。届时，气浮法是否依旧拥有较强处理效果，还需要通过实践对其展开进一步验证。

3.2 除聚合物技术

除聚合物技术，主要是对以往污水处理需要花费更长沉降时间，无法保证出水水质符合注水标准这种问题。对于污水处理，将携带聚合物的污水回注，是作为三次采油重要步骤。但是，作为聚合物代表的聚丙烯酰胺，其对回注油层会造成过大影响，我国研究人员对其展开详细研究。在经过多年实验研究后，发现聚丙烯酰胺可以对一些低渗透率油层产生堵塞，无法继续开发油田。所以，污水处理技术也增添了聚丙烯酰胺相关研究。我国当前对于聚丙烯酰胺去除方法集中在生物和化学两种方法。

3.2.1 利用生物降解

在过去很长一段时间的聚丙烯酰胺研究中，通过生物法降解，并不能实现高效降解，甚至得到了几乎不能降解的结论。但是我国生物研究领域在近些年得到快速发展，这让生物降解聚丙烯酰胺的相关研究也有进一步发展。作为目前有效降解聚丙烯酰胺的生物，硫酸盐还原菌培养温度需要在30摄氏度以下，以3.6x 104 mL 作为接种量。在经过一周的培养后，聚丙烯酰胺当前黏度仅有未处理前的80%[5]。部分研究人员对于硫酸盐还原菌展开更深层次的研究，之所以硫酸盐还原菌可以对聚丙烯酰胺有效降解，是硫酸盐还原菌会将聚丙烯酰胺当成碳源，并结合硫酸盐还原菌的不断发育和其自身的繁殖，通过消化聚丙烯酰胺，达到降解效果。虽然针对生物法对聚丙烯酰胺进行降解的研究成果不多，但是未来仍具有进一步开发的潜力。

3.2.2 通过化学氧化

借助化学氧化方法，对聚丙烯酰胺进行降解，主要研究方向是化学氧化、光催化氧化、光化学氧化这几种。研究人员将污水中的溶解氧当成氧化剂，并以再温度作为变量，分析溶解氧实际降解能力。在进行系统化研究后发现，聚丙烯酰胺可以在化学条件下实现降解，既有氧化作用，也有一定的水解效果，而聚丙烯酰胺降低黏度，则是通过氧化作用完成。对于化学降解深度研究后发现，聚丙烯酰胺携带部分过氧化物，而还原性物质则可以借助控制过氧化物降解生成的活化能，有效降解过氧化物降解。如果在化学处理过程中，提升处理温度，聚丙烯酰胺黏度也会降低损失。如果使用曝气处理，同样可以有效降低黏度。曝气过程中添加少量亚铁盐，聚丙烯酰胺黏度则会更快下降。而以污水回注视角分析，在对聚丙烯酰胺降解处理时，将硫酸盐和铁盐置于反应容器中，则在几者相互反应后，污水会增加硫酸根和铁离子含量。而在硫酸盐含量增加时，会提供给硫酸盐还原菌良好发育条件，导致注水装置结垢，影响后续应用。如果铁离子含量增加，则会让注水装置有一定的腐蚀风险。所以，化学氧化实际处理效果并不理想；而光化学氧化和光催化氧化，则可以在常温、常压条件下，对于有机污染物彻底去除，降低二次污染概率，目前已经投入到无法有效降解污染物处理中。可是，在实际应用中也有处理成本偏高的问题，难以大规模推广。

4 结论

我国正处于经济转型的重要时期，一些领域对于能源的需求会进一步提升，所以三次采油发展速度会逐渐加快，产生的三次采油污水会对自然环境造成严重负面影响。尽管我国在这方面具有较为深入的研究，但是相较于欧美等发达国家，在采油污水处理方面拥有较大发展空间，仍需要在未来对处理技术进一步创新，推动更高质量的污水处理。

参考文献

[1] 王泉,祝宏平,李洁冰,等.超声波降解油田含聚污水研究进展[J].声学技术,2018,37(2):5.

[2] 尚凯,李森,李璐,等.污水处理新技术研究进展[J].当代化工,2018,47(10):4.

[3] 张宏奇,娄玉华,王志华,等.含聚污水压力式深度过滤工艺模式构建及优化[J].石油化工高等学校学报,2019,032(004):85-92.

[4] 孙涛,王静,王茜,等.化学驱含油污水外排处理技术研究进展[J].油气田地面工程,2020,39(4):8.

[5] 郑宇.纺织印染废水处理技术研究进展[J].科技创新导报,2020,17(21):3.

[6] 李超,王丽萍.选矿废水处理技术的研究进展[J].矿产保护与利用,2020,40(1):7.

[7] 单朝晖,孙森,金志娜,曹佳旭,李学军,邱江源,马大文,樊玉新.新疆油田稠油采出水电化学深度除油除硅现场试验研究[J].油气田地面工程,2021,40(10):35-39.

[8] 乐昕朋.污水站个性化反冲洗技术研究与应用[J].油气田地面工程,2021,40(10):40-45.

[9] 张鹏,祁庆芳,程利,陈强,蒋玉卓,吕林林.基于CFD的原油集输管道携水流动特性分析[J].油气田地面工程,2021,40(10):6-10.

来源：化学工程与装备 - 官方网站 - 创刊于1972   2022年第5期   在线投稿  >>