渤海海上油田含聚污水处理技术分析与思考

郑 路

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

0 引言

聚合物驱是一种有效的提高采收率的3次采油技术，在为油田带来增油效果的同时，也产生了含聚污水的处理难题。含聚污水是一种复杂的油水体系，污水中除了含有石油烃类、悬浮物颗粒、细菌、无机盐等常规采油污水中含有的物质外，还含有大量残余聚合物，主要是HPAM(Hydrolyzed Polyacrylamide)，即阴离子型聚丙烯酰胺，相对分子量较高，是 2×106～5×106。由于其自身的黏稠性和吸附性，含聚污水具有黏度大、原油乳化程度较高、油水很难靠自然沉降分离等特点。处理难度大，采用传统“老三段”式的污水处理工艺难以达到外排或回注指标。

如果回注污水处理指标不达标，将可能造成近井地带渗流通道堵塞，油层渗透率降低，从而影响油藏开发效果。含聚污水的处理效果对注聚油田的高产稳产具有重要的意义，各油田都在积极探索和研究更加有效的含聚污水处理技术方案。

1 渤海海上油田含聚污水主要处理工艺

1.1 物理方法

物理方法主要包括重力除油技术、气浮方法、吸附过滤技术等。

（1）重力除油技术。主要原理是利用油和水的不相溶性以及油水密度差进行分离，重力除油技术可去除机械分散态和游离态油，处理效果稳定，管理方便，运行费用低。斜板除油、水力旋流、机械分离等均是利用重力除油原理。其中，斜板除油器在渤海海上油田具有较广泛的应用，通常作为生产水系统第一级油水分离设备。它是在浅池理论基础上发展出来的沉淀装置，通过在容器内部规律平行布置一定数量和角度的波纹板（也称斜管、六角蜂窝斜管、斜管填料），减少沉淀时间，提高沉降效率。斜板除油技术具有湿周大、水力半径小，层流状态好、颗粒沉降不受紊流干扰等特点。

斜板除油器基本工作过程是：含油污水混合液进入斜板除油器后，沿入口分配器散开向下流，进入斜板除油器凝聚段，借助比重差和在聚结板上凝聚进行油水分离。聚结板为交错排列的平行波纹板，可以提高油滴上升并聚集成较大油滴的速度，使其尽早形成稳定油层，从而提高油水分离效率。预分离后的油水混合物进入分离室，分离室设置有斜板，当混合液通过斜板时，比重较轻的油滴上浮，较重的水下降，由此形成了明显的油水界面，比重较轻的油层从油箱板顶部自然流入集油室，最后从油出口排出，水则从水出口排出。

（2）聚结气浮技术。根据进气方式的不同，可将气浮选机分为诱导式、射流式和溶气式3种基本形式。3种形式的气浮选机在我国海上平台均有应用。其中，诱导式气浮在早期应用较多，近20年来以溶气式气浮使用居多。溶气式气浮主体一般为微正压，独立设置带压溶气罐，在溶气罐内浮选气与生产水混合形成饱和液体，通过管道在浮选机底部迅速释放形成大量微气泡，通过气泡在上升过程中的吸附和携带作用去除生产水中的油滴和悬浮物。

渤海海上油田广泛采用将溶气气浮和聚结填料相结合的气浮技术。经预处理后的污水进入气浮选机箱体，在进水室和气水混合物中释放的微小气泡[气泡直径（30～50）μm]混合。这些微小气泡粘附在污水中的絮体上，形成比重小于水的气浮体。气浮体上升至水面凝聚成浮渣，通过刮渣机刮至收油槽。在进水室较重的固体颗粒在此沉淀，通过排渣阀排出，从而去除大量悬浮物和油。

污水进入气浮装置布水区，布水区设置有斜板，斜板组件保证在较短时间内水流处于完全的层流状态，固液分离彻底，效果稳定，受原水波动影响较小。并可使絮体在斜板内部上浮的过程中发生二次的絮凝反应，增大颗粒的尺寸，提高分离效率，从而进一步除油。聚结气浮可有效去除污水中的油和悬浮物，去处率>90%。

（3）吸附过滤技术。双介质过滤器属于吸附过滤，主要用于从污水中除去较小粒径的悬浮物和油，生产水由过滤器上部进入，在一定压力下通过滤料层。过滤器内装填2种粒状滤料，依据来水水质进行滤料级配，上层布以亲油粒状滤料进行除油以及粗过滤；下层设置较细滤料，进一步截留较细粒径的悬浮物，使滤料的深层过滤作用得到充分发挥；在过滤器进水管道上预留了助滤剂加药口，如有必要，可通过加注药剂实现微絮凝过滤，提高过滤器的去除效率，以满足不同注水水质要求。

由于生产水中的油滴和悬浮物被吸附在滤料表面微孔内，双介质过滤器运行一段时间后需要进行反冲洗操作，双介质滤器采用气液2段反洗，以达到防止滤料板结，清理滤料所吸附的油滴和杂质的目的。当油品性质较差时，过滤器的反冲洗频率会逐渐增加，反冲洗不能将滤料中的油滴和悬浮物清理完全，在反冲洗过程中，滤料会逐步缺失，过滤器的处理效果会变差，需要停机开罐，补充或更换滤料。因此，过滤器一般会设置备用。

1.2 化学方法

化学方法通过筛选药剂，在水处理流程中加注，从而提高污水处理效果。渤海海上油田污水处理工艺流程常用化学药剂有破乳剂、絮凝剂等。

（1）破乳剂。一种能破坏乳状液的表面活性剂，通过降低油水界面膜强度达到破乳效果，实现油水分离。破乳剂分为水溶性和油溶性2大类，污水处理流程加注的是水溶性破乳剂。

（2）絮凝剂。其主要作用机理是“聚并”理论，通过电荷中和作用使得污水中难以分离的粒子或颗粒相互靠近，处于不稳定状态，通过吸附桥架作用使粒子或颗粒产生凝聚，然后通过重力沉降和过滤去除。絮凝剂主要分为3大类：有机絮凝剂，如PAM，即聚丙烯酰胺(Polyacrylamide)；无机絮凝剂，如PAC，即聚合氯化铝(Polyaluminium Chloride)；复合絮凝剂，如PAC+PAM。

2 绥中36-1油田二期调整项目的含聚污水处理方案

绥中36-1油田位于渤海海域，储层发育较好，平均孔隙度为31%，平均渗透率为2000 mD，原油密度大、黏度高、胶质沥青质含量高、凝固点低，属重质稠油。油田采取“油田开发早期注聚”的开发理念，在水驱效果尚未结束前即实施注聚，以提高采收率。2003年9月开始试验使用部分水解聚丙烯酰胺疏水缔合型聚合物进行驱油，目前已全面注聚。

绥中36-1油田二期调整项目新建4座平台，包括1座生产水处理中心平台CEPO（Central Platform O），生产水系统日处理能力为84 000 m3，水处理流程分为7个系列，每个系列的处理能力为500 m3/h，经处理之后的生产污水全部回注地层，主要注水水质指标：水中含油＜15×10-6，悬浮物含量＜ 5×10-6，悬浮物粒径中值＜3 μm。

在项目设计阶段，针对含聚污水特性，对污水处理流程做了一系列优化调整。

2.1 串联气浮工艺

气浮串联工艺在陆地油田含聚污水的处理中已有成功应用，例如，孤岛油田，结合化学药剂的使用，过滤后的水质可达到一级出水指标。绥中36-1二期调整项目首次在渤海海上平台应用二级气浮串联污水处理工艺，其处理流程如图1所示。一级气浮的主要作用是对含聚污水进行脱油处理，以回收较高纯度的原油；二级气浮主要去除污水中的悬浮物，并进一步降低水中含油量，以使出口指标满足后续工艺流程的要求。两级气浮均投加合适的化学药剂，以便在除油、除悬浮物的同时抑制高黏固形物（即含聚污泥）的产出量。CEPO（Central Platform O）含聚污水处理流程的主要指标，见表1。

图1 CEPO平台的含聚污水处理流程

表1 CEPO平台污水处理流程主要指标

2.2 药剂筛选

CEPO平台含聚污水中存在大量阴离子型的部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）。如果使用污水处理中常用的阳离子型絮凝剂或混凝剂，则会与HPAM发生电性中和，使所需的加药量增大，造成不必要的浪费，而且会导致大量含聚污泥的析出，加重水处理系统的除泥负担。

为避免上述问题，二期调整项目在一级、二级气浮入口均投加破乳性絮凝剂，避免使用阳离子型药剂，以达到除油、除悬浮物的同时控制聚合物析出量的目的。根据两级串联气浮化学药剂投加试验，一级气浮絮凝剂投加量分别按照1，3，5，7 mg/L进行试验，二级气浮絮凝剂投加量分别按照3，5，7 mg/L进行试验，经比对各水样石油烃、悬浮物去除率，两级气浮在各自投加3 mg/L药剂的情况下，总去除率最高，以此药剂浓度作为一级气浮和二级气浮的指导注入浓度。

2.3 运行结果分析

CEPO平台采用2级气浮串联工艺，结合絮凝剂的筛选，项目投产后污水系统运行稳定，出泥量较小，污水处理指标达标。项目投产1 a后，跟踪CEPO生产水处理系统运行情况，由于投产初期油田产液量尚未达到设计峰值，生产水处理系统只有3个系列在运行。双介质滤器出口水质实测值见表2。

表2 双介质滤器进出口实测水质

从表2可知，双介质滤器出口悬浮物含量偏高。分析主要原因是其上游设备气浮出口的悬浮物含量高于工艺指标，从而造成双介质滤器出水悬浮物含量高于设计值。从气浮的运行情况来看，破乳型絮凝剂的处理效果弱于改性PAC+PAM复配型絮凝剂。

3 结论及建议

（1）鉴于海上平台的环境限制，清理含聚污水析出污泥的代价较高，气浮选机投加除油、除悬浮物，同时控制聚合物析出的絮凝剂的药剂筛选思路具有其合理性，但破乳型絮凝剂的处理效果要弱于改性PAC+PAM复配型絮凝剂，针对悬浮物的脱稳和聚合物的维稳还需开展更多的研究工作。

（2）原油处理系统与污水处理系统关系紧密，互相影响。针对含聚采出液特性，建议全盘考虑原油处理系统与污水处理系统的流程优化、设备优化，以及药剂筛选工作，采用系统性思维研究和解决含聚污水处理问题。

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