宝浪油田宝北区块污水除铁技术应用研究

黄家骥，王富来，文守成

（1. 长江大学石油工程学院，湖北武汉 430100；2. 中国石化集团河南油田新疆勘探开发中心，新疆焉耆 841100）

宝浪油田宝北区块污水除铁技术应用研究

黄家骥1，王富来2，文守成1

（1. 长江大学石油工程学院，湖北武汉 430100；2. 中国石化集团河南油田新疆勘探开发中心，新疆焉耆 841100）

摘 要：宝浪油田产出水水质复杂，含铁量高，同时由于含有腐蚀性极强的硫化氢组分，水体腐蚀性强，且污水处理温度低等特点，污水处理后难以达到回注或直接排放标准。为此研究了一种处理高含铁污水的处理工艺。改进后的工艺在25℃、氧化剂125 mg/L时高含铁污水处理后水质指标提高较大，除Fe、除S效果较佳，污水腐蚀性控制较好。采用该工艺通过持续开展污水水质综合治理，宝浪油田注水系统腐蚀速率得到有效控制，沿程水质均达到A3标准。目前仍运行良好。关键词：高含铁油田污水；混凝；氧化除铁

Study of the Technique for Treatment of Produced Water with High Iron-Content in Baolang Oilfield

HUANG Jiaji1, WANG Fulai2, WEN Shoucheng1

（1. Petroleum Engineering College of Yangtze University, Wuhan Hubei 430100, China; 2. Xinjiang Exploration and Development Center, Henan Oilfield of SINOPEC, Yanqi Xinjiang 841100, China）

Abstract:The produced water from Baolang oilfield is very complex, with high iron-content, bearing with H2S which is very corrosive, and the treatment temperature on produced water is low. Therefore, it is very difficult to reach the water quality standard for reinjection of produced water and direct discharge of produced water. To solve this problem, a new technique for treatment of the produced water with high iron content from Baolang Oilfield has been studied. Through treatment with this technique, the water quality has been improved greatly at the temperature of 25℃ and oxidizing agent of 125 mg/L, with obvious effects of iron removal and sulfur removal and a better control on corrosion of produced water. By sustainable and comprehensive treatment of produced water with this technique, the corrosion rate of injected water has been controlled effectively in Baolang oilfield, and the water quality has reached A3 standard. This technique has been used up to now with excellent operation result.

Keywords:produced water with high iron-content; chemical coagulation; oxidized removal of iron

宝浪油田油井产出水水质复杂，矿化度高达32 180 mg/L、游离CO2及HCO3-质量浓度780 mg/L、二价硫离子质量浓度6.2 mg/L、二价铁离子质量浓度105 mg/L、Cl-质量浓度19 140 mg/L、pH值低，只有6.5。污水处理温度25 ℃，污水腐蚀速率高达0.443 2 mm/a；具有腐蚀性很强、处理温度低等特点。

本文针对宝浪油田污水特性，采用一种新工艺技术——“氧化除铁技术”处理油田污水，可有效去除Fe2+、H2S、降低烧碱投加量，有效控制腐蚀，从而保持水质稳定；并在室内实验的基础上进行了现场试验。试验结果表明，氧化除铁技术完全适用于宝浪油田高含铁污水的处理。

1　实验

1.1 主要仪器和药剂

仪器：2100Q便携式浊度仪；DBJ-621型六

联搅拌机；752N型分光光度计；测铁、硫、氧比色管；细菌测试瓶；砂柱过滤器；恒温箱。药剂：强氧化剂H2O2；烧碱；混凝剂PAC，自制，含Al2O3质量分数15.6%，碱化度66%；絮凝剂PAMA，相对分子质量120×104。水质分析方法采用SY/T5329—1994《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》。

1.2 实验原理

过氧化氢与亚铁离子结合形成的Fenton试剂，具有极强的氧化能力[1]。该工艺首先用强氧化剂将油田污水中的Fe2+、S2-及有机物杂质等有害成分进行氧化，使其中有害离子变为可利于沉降的有用成分，降低低温含油污水后续处理的难度；同时利用碱性调整剂缓慢释放出的OH-打破水中由于HCO3-和CO32-的存在而形成的缓冲区，污水的pH提至7.3以上，上述反应实际是Fe2+的氧化及沉积；反应方程式如下：

Fe2++2OH-→Fe(OH)2↓

R.O+O2+H+→R.OH+2[O]

R.OH+ OH-→R.O+H2O

2Fe2++[O]+4H2O→2Fe(OH)3↓+2H+

4Fe(OH)2+2[O]+2H2O→4Fe(OH)3↓

Fe2+氧化沉积产物为絮状，该物质能破坏水体原有的胶体微粒的平稳状态，使胶体间静电斥力消失，胶粒间发生聚结；投加的混凝剂迅速水解成多核羟基配合物，发挥其电中和、吸附和络合作用，达到脱色、除浊、脱稳、除铁硫及有机物杂质的效果，形成小絮体；在絮凝剂的吸附、卷扫、网捕、架桥作用下使新形成的絮体达到密、实、重的效果，加速沉降，提高透光率。该工艺最佳的处理条件为pH值7.4、处理温度20 ℃；pH值和温度过高、过氧化氢过量等均会增大污水腐蚀性。具体改进工艺后的加药工艺流程，如图1所示。

1.3 实验方法

实验步骤如下：现场取污水站处理前污水（污水站来水水质见表1），准确量取1 000 mL水样置于1 000 mL烧杯中；在150 r/min速度搅拌下分别按实验要求加入各种污水处理药剂；150 r/min速度继续搅拌1 min，再以35 r/min速度搅拌3 min；静置15 min；分别取上层清水，经砂滤后置于烧杯中分析各项指标。

图1　氧化除铁处理污水工艺流程图

表1　试验用污水站来水性质

2　实验结果与讨论

2.1 氧化剂用量对水质的影响

氧化剂用量对净化污水中的Fe2+、S2-、悬浮物的影响见图2。由图2可以看出，氧化剂过氧过氢的最佳用量为160～200 mg/L，宝浪油田高含铁污水在氧化剂作用下，可以有效降低污水中的Fe2+、S2-等离子，从而使Fe2+具有更多的发生电中和、降低电位、压缩双电层的电荷[2]，可以降低混凝剂的用量。另外S单质和被氧化后的有机物可以成为絮体成长的晶核．从而延长了絮体成

长的时间，除S、降低有机杂质的效果会增加。S2-的降低能较好地抑制注水水质的恶化，从而能够控制由其引起的局部腐蚀。

图2　氧化剂用量对污水净化水质的影响

2.2 烧碱用量对水质的影响

烧碱用量对净化污水中的Fe、S、悬浮物的影响见图3。由图3可以看出，在氧化剂加量200 mg/L的情况下，宝浪油田高含铁污水，随烧碱投加量的增加，总铁、二价铁有大幅度下降，悬浮物也随之下降，但烧碱存在一个最佳加药点，加药量高各项指标有所升高，污水pH值也升高，烧碱投加量在200 mg/L时，污水pH值为7.3，此时污水腐蚀性也最低[3]，在此基础上进行现场试验。

图3　烧碱用量对污水净化水质的影响

2.3 氧化除铁现场试验结果分析

现场试验中为防止氧化剂过量引起污水系统腐蚀性增加，我们采取欠量投加氧化剂方法，让污水中存在少量二价铁离子，并且污水pH值控制在7.5以下，经过5个月的现场试验，联合站到注水井沿程水质得到了极大改善，取得了良好的效果，试验前后水质对比情况见表2、表3。

表2　试验前后净化罐水质对比

表3　试验前后注水站水质对比

试验前后测得净化罐出口和注水站污水含油、含氧量均为零，氧化除铁后，随着铁离子含量下降，注水中悬浮物含量、细菌、腐蚀速率等指标均优于氧化除铁前，主要控制指标达SY/T5329—1994《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》的A3级标准。

为了确定氧化除铁技术对污水处理系统的腐蚀程度，分别在沉降罐、净化罐、注水站、单井等处进行了挂片试验，并对除铁前腐蚀监测数据进行对比，数据见表4、图4。表4数据表明，各节点污水腐蚀速率对比除铁前有较大幅度的下降，除铁后均低于0.076 mm/a，含氧量检测均为零，表明氧化剂欠量投加，有效的控制了污水腐蚀性，氧化剂无残留，不会对随后流程的水质带来负面影响。

表4　挂片的腐蚀速率

图4　除铁前后腐蚀速率对比图

2.4 现场实验结果

2011年12月进入现场实验，目前仍运行良好。图5显示了水质治理前后注水井水质变化。通过一年的现场投加试验运行，我们认为，为了确保水质达标稳定，污水腐蚀性不反弹，在药剂投加及水质检测方面做好以下几点：

（1）必须保证过氧化氢欠量投加；（2）污水pH值控制在7.3±0.1；（3）污水处理沿程检测污水含氧量并将含氧量控制在0.05 mg/L以内；（4）污水处理药剂投加做好个人防护工作。目前通过持续开展污水水质综合治理，宝浪油田注水系统腐蚀速率得到有效控制，沿程水质均达到A3标准。

图5　水质治理前后注水井水质变化曲线

3　结论

（1）氧化除铁技术能有效地去除污水中的铁、硫等还原性物质，杀灭细菌，有效解决了沿程水质连续变差问题，提高注水水质。

（2）氧化剂欠量投加，并且和烧碱联合投加，即有效除铁，又提高污水pH值，可有效降低污水腐蚀速率。

（3）氧化除铁技术处理工艺简单，是一种可行的油田含铁污水处理的辅助手段。

参考文献：

[1]杨志刚，张宁生．絮凝沉降-Fenton氧化-吸附法处理采油污水实验研究[J]．西安石油大学学报（自然科学版），2005，20（1）：50-53．

[2]朱成华．宝浪油田污水系统高氧化除铁室内实验研究[J]．油田地面工程，2011，30（8）：18-20．

[3]牛耀玉．宝浪油田污水腐蚀性研究[J]．全面腐蚀控制，2006，20（6）：14-17．

作者简介：第一黄家骥，男，1992年生，长江大学石油工程学院在读本科生，石油工程专业。E-mail：fygswangfulai@126.com。

收稿日期：2014-11-18；改回日期：2015-01-05

文章编号：1008-2336（2015）01-0070-04

中图分类号：TE357.6+1

文献标识码：A DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2015.01.070