油田污水处理质量控制技术

许延军

延长油田股份有限公司 计划部 （陕西 延安 719000）

油田污水处理质量控制技术

许延军

延长油田股份有限公司 计划部 （陕西 延安 719000）

介绍了中国油田污水的排放现状、主要特征及处理难点，分析了油田污水处理质量控制技术的现状，阐述了污水回注水的水质标准，提出了油田污水回注过程中质量控制方法和建议。结果表明，实施该方法能够保障油田污水回注过程中水质稳定，环境适应性好，地层污染少，能有效提高油田开发效果。

油田污水 污水处理 质量控制

在油气田勘探开发过程中，随着原油和天然气的采出，通常会产生大量的含油污水，这部分污水统称为油气田采出水(Produced Water)。油田含油污水种类广泛，根据油气田所处的位置，采出水又可细分为陆上(Offshore)油气田污水和海上(Onshore)油气田污水；根据油品性质的不同，油田污水又可分为稠油污水、稀油污水和高凝油污水等；根据生产工艺的不同，油田污水又分为原油脱出水、钻井污水及站内其它类型的含油污水。依据油田生产、环境等因素，油田污水的处理可以有多种方式。当油田需要注水时，油田污水经处理后回注地层，此时要对水中的悬浮物、油等多项指标进行严格控制，防止其对地层产生伤害[1]。然而石油生产单位大部分集中在干旱地区，水资源严重缺乏，如何将采油过程中产生的污水变废为宝，具有十分重要的现实意义。

油田污水的特点

油田污水水质成分较为复杂，污水中的污染成分来源于采油生产的各个生产工序。其中既有原油，又有从地层中携带出来的各种盐类、气体和悬浮固体。在油气集中输送过程中，又掺进了一些化学药剂，同时污水中还含有一些微生物。由于我国各油田地质条件、开发方式、油层改造措施、注水水质、集输工艺等的不同，因此各油田采油污水的性质差异很大，使得采油污水的成分更加复杂。一般来说，有以下特点：

（1）含油量高。一般采油污水含有1 000～2 000 mg/L的原油，有些含油量甚至可达5 000mg/L以上。根据含油颗粒大小的不同，油类在水中的存在形式可分为浮油、分散油、乳化油和溶解油。采油污水原油中，一般90%左右的油类是以粒径＞100μm的浮油和10～100μm的分散油形式存在，另外10%主要是0.1～10μm的乳化油，＜0.1μm的溶解油含量很低。

（2）含有悬浮固体颗粒。颗粒粒径一般为1～100 μm，主要包括黏土颗粒、粉砂和细砂等。

（3）高含盐量。一般油田采油污水无机盐含量很高，每升高达几千到几万甚至十几万毫克，各油田甚至各区块、油层都不同。无机盐离子主要包括：Ca2+，Mg2+，K+，Na+，Fe2+，Cl-，HCO3-，CO32-等。

（4）含细菌。主要是腐生菌和硫酸盐还原菌。

（5）部分油田污水含表面活性剂。主要存在于我国三次采油聚合物驱油田。

总体而言，采油污水水质具有以下几方面特点：含油量远大于各油田污水回注所要求的水质标准；悬浮物含量高，颗粒细小；富含有机物；含有大量离子，其中既有成垢离子，又有腐蚀性的离子；色度高；含有微生物。目前注入油层的水大部分来自从开采原油中脱出的污水，大体已经占了全国注水总量的80%左右。如果油层注入了未经处理的污水，油层也会受到伤害。这种伤害主要体现在大量繁殖的细菌、机械杂质以及铁的沉淀物堵塞油层，引起注水压力上升，注水量下降，影响水驱替原油的效率。因此，必须对注入油层的水进行净化处理[2]。

油田污水处理技术现状

由于污水是从油层采出的，所以油田回注污水处理的主要目的是除油和除悬浮物。国内外含油污水处理工艺是基本相同的，主要分为除油和过滤两级处理，处理污水进行回注。概括地讲可分为两个阶段，第一段为除油阶段，该阶段是利用油、水密度差及药剂的破乳和絮凝作用将油和水分离开来；第二段为过滤阶段，该阶段是利用滤料的吸附、拦截作用，将污水中悬浮固体、油和其他杂质吸附于滤料的表面或不让其通过滤料层。除油阶段要根据含油污水中原油的密度、凝固点等性质的不同而采用相应的处理方法。目前国内外除油阶段主要采用的技术方法有：重力式隔油罐技术、压力沉降除油技术、气浮选除油技术、水力旋流除油技术等。应根据注水地层的地质特性，确定处理深度标准、选择净化工艺和设备[3]。

1 工艺流程

油田的水处理工艺，其流程一般为 “隔油-过滤”和“隔油-浮选（或旋流除油）-过滤”，即通常称为“老三套”，其工艺主要是除去废水中的油和悬浮物。在很长一段时间内，此工艺流程被广泛地应用于各油田的采出水处理中，而且效果良好，处理后的水质一般都能达到污水回注的要求。

2 技术分类

根据对油田污水处理程度和水质要求的不同，通常将污水处理技术分为一级处理、二级处理和三级处理。一般来说一级处理属于预处理，二级处理能除去90%左右可降解有机物和90%～95%的固体悬浮物。然而对于重金属毒物和生物难以降解有机物高碳化合物以及在生化处理过程中出现氮、磷难以完全除去，还需进行三级处理。各级处理技术主要包括重力分离、粗粒化、浮选法、过滤、膜分离以及生物法等十几种方法。一二级处理主要是利用过滤、沉降、浮选方法把污水中的悬浮物除去。去除废水中的矿物质和大部分固体悬浮物、油类等。主要方法包括重力分离、离心分离、过滤、粗粒化、中和、生物处理等方法。这些技术在国内外都比较成熟。

3 油田污水处理的一般工艺

油田污水成分比较复杂，油分含量及油在水中存在形式也不相同，且多数情况下常与其他废水相混合，因此单一方法处理往往效果不佳。同时，因各种方法都有其局限性，在实际应用中通常是两三种方法联合使用，使出水水质达到排放标准。另外，各油田的生产方式、环境要求以及处理水的用途不同，使油田污水处理工艺差别较大。在这些工艺流程中，常见的一级处理有重力分离、浮选及离心分离，主要除去浮油及油湿固体；二级处理有过滤、粗粒化、化学处理等，主要是破乳和去除分散油；深度处理有超滤、活性炭吸附、生化处理等，主要是去除溶解油。

油田水处理评价标准

由于油田含油污水处理以后主要用于回注，处理的主要目标污染物为油类物质和悬浮物。在去除油类物质的过程中，悬浮物能得到不同程度的去除，因此在油田含油污水的处理中，油水分离技术和过滤技术构成常规处理流程的主体，同时辅以防垢、缓蚀、杀菌等化学处理措施，来满足当污水中油含量在1 000mg/L以下、悬浮固体在300mg/L左右时，处理后水能达到中、高渗透率油层所需的注水水质要求[4,5]，见表1。

表1 碎屑岩油藏注水水质推荐标准

在油田注水过程中，注入水质的好坏直接影响油田的开发效果，各油田在实践过程中采用以上行业标准推荐指标为基准。油藏储层物性的复杂性和不确定性是导致不同油田水质标准不一致的主要原因，不能笼统使用一种水质标准评价注入水水质对不同类型油层的适应程度，不同油田要结合各油田自身特点推出适合的水质标准。另外，每个油田从开发初期到中、后期，始终执行一个注水水质标准是否合理，值得研究。因为随着油田开发时间的延长，原油含水率上升，注水量也要增加。有的油田承受不了就限制水的处理成本，不加药或少加药，故水质难以达标。超标水继续注入油层，也相当于放宽了水质标准[6]。这种超标水注入地层，究竟对不同油层有多大伤害，应跟踪研究，认真总结，以便制定出可操作性强且经济有效的注入水质标准。

油田污水处理过程中的质量控制

油田污水处理是一个复杂的系统工程，从某种程度上讲其管理难度要比采油的“油系统”还要复杂，因此质量控制尤为关键。质量控制是为了通过监视质量形成过程，消除质量环上所有阶段引起不合格或不满意效果的因素，以达到质量要求，获取经济效益而采用的各种质量作业技术和活动。质量控制的主要功能就是通过一系列作业技术和活动将各种质量变异和波动减少到最小程度。它贯穿于质量产生、形成和实现的全过程。质量控制的具体实施主要是影响产品质量的各环节、各因素制定相应的计划和程序，对发现的问题和不合格情况进行及时处理，并采取有效的纠正措施。“作业技术”是控制手段和方法的总称，“活动”则是人们对这些作业技术有计划、有组织的系统运用，是一种科学的质量管理方法。前者偏重于方法、工具，后者偏重于活动过程。质量控制的目的在于以预防为主，确保达到规定要求，实现经济效益[9]。除了控制产品差异，质量控制部门还参与管理决策活动以确定质量水平。在油田回注污水处理质量控制中，宜从药剂、设备、人员、生产指标和环境等方面进行分析，加强质量控制，实现污水处理合格[10]。

1 现场应用化学药剂的质量控制

污水处理的化学药剂种类较多，化学药剂的质量控制可以从采购、监督抽查、优选供应商等方面进行控制。其中，入库检验是物资采购过程的关键环节，监督抽查是对物资采购过程的跟踪检查，质量检验是主要措施。优选供应商，从源头抓质量，是最大限度地保障进入油田物资质量的重要手段之一。

对现场应用单位而言，应该对化学品购入检查、取样检验、产品质量要求等做出严格的入库检验规定，购入检查包括产品检斤、外观检查、包装验收等，严格按化学品采购标准验收（数量、包装、标志、外观质量、产品合格证等）规定，进行外观质量检验。其中，使用性能抽检是指药剂到达生产现场后，按相关化学药剂质量验收细则，以随机抽样的方式进行质量验收，准确填写化学药剂性能检验记录的各项数据。产品质量要求是指在现场进行药剂处理污水试验，达到规定的水质处理质量要求。

2 设备管理质量控制

污水处理设备主要包括过滤罐、沉降罐、过滤泵、加药泵、加药罐等，对压力容器，应建立设备档案，收集技术资料，定期检验，定期清理维护；对泵类设备，其质检、保养和使用要严格按照使用说明书和维护保养规范来进行操作，泵前要有过滤装置。

3 人员的质量控制

污水处理涉及到多个岗位之间的配合，除了严格执行操作标准、管理规定、信息沟通制度等，人员的素质和技能提高是控制污水处理质量的关键。因此，必须加强人员的培训。对于新进员工，要端正态度，掌握良好的基础技能，做到能够发现问题，这是提高生产效率的基础。对于在职员工，除了要加强基础技术训练，熟悉岗位流程和设备操作，还要提高正确的判断能力和认真工作的热情。对于管理岗位员工，主要是建立对质量的共同理解，分享质量的经验教训，注重专业技术的更新和补充，学习新方法，掌握新技术，提高技术技能和人际技能。对于领导，除应熟悉专业技术外，还要掌握管理技能，提高人际技能和概念技能。

4 指标的质量控制

污水处理的最终目的是满足指标要求，减少水质的波动。现代质量工程的主流是减小、抑制和控制产品实现过程中的波动。波动是导致质量问题的根本原因，如何减小和控制产品实现过程中的波动，已成为当代质量工程领域的核心内容。针对油田注水标准要求严格的特点[11]，立足现有流程，进行质量控制，制定相应的操作要求，对常出现的水质超标问题，制定出事故对策。针对不同流程制定出控制内容、技术要求、检验方式、检测周期和质量管理级别，对污水处理过程中的各个因素进行控制，从管 “结果”变为管“因素”，把不合格品消失在它的形成过程之中，并对各个控制段和控制点的指标及时进行检验，做到不断的质量改进。

5 环境质量控制

从世界范围讲,一项为长远解决石油工业污染问题的环境控制技术正在兴起和发展,同时也正在石油工业中引起一场变革。这门技术的特点是着重从钻井、采油和油田地面工程内部环节来解决工程与环境的相互影响,通过控制污染机理来预防环境污染、改善环境质量。这一技术与传统的废物治理技术在思考方法和技术路线上有着显著的本质区别[12]。

由于油田的采油废水不能全部回注地层，一部分需外排，且外排量越来越大。采油废水是高污染物质，排到环境中去，既污染环境，也不符合国家环保标准。因此，各油田应针对各自油田采油废水的特点，进行污水处理的研究。为保护环境，将油田污水注入到油藏储层中去，而不将油田污水外排到自然环境中去的一种注水方式。环保注水的特点是:处理水量大、工艺简单、投资少、运行费用低，周期短、清洁、安全，达到油田污水治理和保护环境的双重目的。实践证明环保注水是油田污水环保治理的好途径[13]。

污水回注在油田的持续高产稳产、保护生态环境等方面发挥了重要作用。加强质量控制，提高污水处理质量，是长期困扰油田污水处理企业的一个难题。这需要有质量管理的思想、方法、技术和手段，而提高质量的一个主要管理手段就是进行有效的过程监控。

结论

（1）未经处理的污水，注入油层中，会导致大量繁殖的细菌、机械杂质以及铁的沉淀物堵塞油层，引起注水压力上升，注水量下降，影响水驱替原油的效率。因此，必须对注入油层的水进行净化处理。

（2）针对具体油藏，要根据实际情况研究油井产出污水回注对地层的损害机理，制定合理、科学的注水水质标准和注水工艺措施，这是实现油井产出污水最大可能地回注的一条重要途径。

（3）为使注入水符合地层岩石和流体的配伍要求，需要对油层中结垢、防堵和解垢进行系统研究，保障注入水在理化性质上与地层岩石、流体的相容性。这一研究包括岩石的矿物组分，注入水和地层水质全分析，井下岩心的静态试验和动态试验，并研究相互的配套工艺技术，切实了解油田产出污水回注地层的结垢机理，掌握对防垢和解垢的处理技术，保证使油井产出污水按配注要求注入。

（4）在油田污水处理中，对药剂、设备、人员、指标和环境等方面进行质量控制。加强生产过程的质量控制，必须严格执行质量标准和工艺规范，强化质量控制点的管理监督，完善质量检测设备，提高检测人员素质，才能增强生产过程的质量保证能力，确保最终污水处理的质量合格。

[1]赵雪峰,苗宝林,季寞.影响油田污水处理水质因素分析及改善措施[J].油气田地面工程,2005,24(9):20-21.

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[4]SY/T 5329-1994碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法[S].

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An introduction is given to the discharging situation,the major characteristics and disposing difficulties of oilfield sewage in China.Then,the current situation of the quality technology about sewage treatment in oilfields is analyzed,followed by the explanation of quality standards of re-injected water from treated sewage.Next,some methods and advices about quality control in the process of disposed water reinjection in oilfields are presented.At last,it is shown that the use of these methods can ensure the water quality stability in the produced water re-injection,the good environment adaptability,less pollution in earth of oilfields,and thus effectively improve the effect of oilfield development.

oilfield sewage;sewage treatment;quality control

黄永场

2010-05-20