杏北油田含油污水水质提升面临形势及对策分析

大庆油田有限责任公司第四采油厂规划设计研究所

杏北油田经过54年的开发建设，污水系统建成了满足水驱、聚驱、三元复合驱和深度处理的站库及管网系统，随着多元开发方式的推进，污水处理出现了一些影响水质稳定达标的问题，为此，“十三五”期间围绕“分质处理、平衡水量、均衡负荷、节点管理”的思路，制定了多项水质改善措施，取得了显著效果。即将进入“十四五”，面对污水系统出现的新形势、新问题，分析制定了下步水质治理措施及技术攻关方向。

1 杏北油田污水系统现状

杏北油田1966年开发建设，1969年开始含油污水普通处理满足基础和一次加密等高渗透层井网回注需求。随着油田1991年过渡带开发和二三次加密井网的开发，建设发展了适应低渗透油层水质需求的深度污水处理站，随着2001年聚驱开发和2006年三元复合驱开发，建设形成聚驱和三元污水处理站库及管网系统。

杏北油田已建在运各类含油污水处理站33座，总设计能力为69×104m3/d。为满足油田采出原水处理和滤后水调运需求，杏北油田建设原水、普通滤后水、聚驱三元滤后水和深度滤后水管道140条，通过建立灵活连通性的管网以保证污水的均衡处理和供注需求。

2 水质改善措施及效果

进入“十三五”后，杏北油田三采区块由13个扩大至20个，随着油田多元化开发方式的扩大推进，出现了几个方面问题：部分开发区块实际产液能力和含聚浓度远高于规划阶段预测数值，导致部分三采油井产液进入水驱系统处理，水聚驱脱水系统分开运行困难，进而导致下游污水成分复杂，站库工艺不能适应水质处理需求[1]；部分三采区块由于超前投产注水需求，站外存在水驱连通供水情况；随着三采规模的扩大和深度污水需求的增多，出现明显的“三采产水过剩、深度水源不足”的水量平衡矛盾；不同开发方式、不同开发区块建设的污水站，由于需求变化或产水量变化等因素影响，导致站库间负荷不均衡，部分站库超负荷运行。

为此，“十三五”期间围绕杏北油田水质情况，树立系统化思维模式，合理调整产注关系，确立“分质处理、平衡水量、均衡负荷、节点管理”的水质治理思路，制定有效治理措施，为水质改善奠定了基础。

2.1 分质处理

2.1.1 基本思路

完善站库工艺，严格集输和脱水系统分水质处理外输，控制水驱污水站来水含聚浓度，优化污水调配，避免高含剂污水进入下游深度污水站，保证不同水质与站库处理工艺相匹配。

2.1.2 措施

不同开发方式含油污水成分不同，据此进行工艺改造。将水驱新9#污水站“横向流聚结除油+过滤”工艺改造为“两级沉降+过滤”主体工艺；将9#普通聚驱污水站“两级沉降+过滤”工艺进行参数调整，延长沉降时间，增加气浮和提温反冲洗工艺；将10#三元污水站“沉降+高效除油+两级过滤”工艺改造为“曝气沉降+气浮沉降+两级过滤”工艺，延长沉降时间，配套增加提温反冲洗工艺。改造后，处理水质明显改善，能够实现稳定达标，改造前后水质达标率对比如表1所示。

表1 3座站库工艺改造前后处理水质达标率对比Tab.1 Comparison of treated water quality standard rate of three stations before and after process transformation

对集输、脱水、调水三个环节存在的水驱、三采混合处理和输送的问题，进行管网调整优化，达到“控含聚、提水质”的目的。前端集输系统将A区东部和B区西部聚驱采出液混入水驱集输系统的5座计量间集输方向调整到聚驱转油站；中间脱水系统将12#和10#脱水站水驱、三采实行一段、二段分开运行，放水分开外输；后端污水实行分质调水，根据不同污水站工艺对含聚浓度的适应性，严格控制B区西部高含聚污水直接或间接进入水驱普通污水站和深度污水站，保证工艺与水质匹配，处理污水达标。

通过以上调整，水驱系统污水站平均含聚质量浓度由264 mg/L降至140 mg/L。

2.2 平衡水量

2.2.1 基本思路

针对系统普通水源过剩、深度水源不足的情况，在需求上及时将后续水驱三采井网注入水质调整为普通水[2]，减少深度水用量；在供给上优先调用未含聚或低含聚的三采污水进行深度处理，增加深度处理水源。

2.2.2 措施

增加三采水回注量：注入端将A区东部及C区西部等10个后续水驱区块，通过高压端就近挂接干线、低压端调整供水方向等方式[3]，将注入井水质由深度污水调整为普通污水，累计增加三采产水回注量5.4×104m3/d。这样，既减少了区域内深度水需求量，又增加了高含聚污水的回注量，促进了区域水量平衡。

挖掘深度水源：采出端以含聚质量浓度150 mg/L为界[4]，将低于该浓度界限的三采采出水作为深度水源处理，调用三元受效前期的D区中部1.30×104m3/d低含聚水，调用后续水驱阶段的A区东部0.5×104m3/d低含聚采出水。“十三五”期间阶段平均补充深度水源水量2.9×104m3/d。

通过以上措施的实施，确保了杏北油田不同水质含油污水的产、注平衡，6.18×104m3/d的高含聚水全部回注普通注水井网。

2.3 均衡负荷

2.3.1 基本思路

结合油田开发水质需求，优化普通污水站和深度污水站站间管网连通性，利用调水管网提高站间剩余能力的互用，平衡站库负荷，改善污水处理效果。

2.3.2 措施

针对18#等4座深度污水站和1#等2座普通污水站高负荷问题，优化调整调水管道6条，将污水处理负荷和注水需求转移至就近污水站处理。调整后，6座污水站运行负荷率平均降低24.3%，调整前后负荷率对比如表2所示。

表2 高负荷率污水站优化管网连通前后负荷率对比Tab.2 Comparison of load rate before and after optimizing pipe network connection of high load rate sewage station

2.4 节点管理

2.4.1 基本思路

从上游脱水到下游处理回注过程，各环节严格控制节点指标，实施“16311”管理模式，治理措施在实施中遵循自上而下的原则，确保标本兼治。

2.4.2 措施

在来水环节控含油、控含聚，保障来水水质。改造腐蚀老化脱水器，强化油水界面控制；优选高效破乳剂配方，优化节点加药浓度；严格执行沉降罐收油，加强外输水质监管，严格按照水驱含油≤300 mg/L、聚驱含油≤500 mg/L、三元复合驱含油≤1 000 mg/L的放水含油外输指标管理控制，减缓沉降、过滤环节处理负担。

在处理环节优化参数、完善工艺，保证外输水质。在污水处理难度较大的1#、12#和三元6#污水站（见剂中低质期），运行沉降罐气浮工艺[5]，3座污水站沉降罐气浮投运平均除油率提高32.9%。在过滤罐自动反冲洗基础上，根据来水含聚不同、来水水量不同、滤料污染程度不同，研究攻克过滤罐个性化反冲洗技术，根据单罐情况个性化设置反冲洗时间、反冲洗强度、搅拌桨启桨时间等参数，实现“一站一方案、一罐一参数”个性化反冲洗，与笼统自动反冲洗相比，过滤罐除油、除悬率分别提高3.64%、6.75%。

3 存在的问题及对策

“十三五”以来，杏北油田地面工程始终坚持“十六字”水质治理思路，抓住影响水质问题关键，明确措施和控制指标，扎实做好每一项工作，切实解决每一个问题，有效保障了水质稳定、连续达标，为改善油田开发效果奠定了坚实基础。随着油田化学开发尤其是三元开发规模的进一步扩大，污水处理面临新的形势及问题，需要制定与时俱进的治理对策。

3.1 当前面临的新问题

随着油田化学开发尤其是三元开发规模的进一步扩大以及年限的延长，污水处理仍面临水质达标困难的问题，主要有以下4个方面原因导致。

3.1.1 受效区块三元污水达标困难

E区东部三元复合驱于2014年开始注剂[6]，目前仍处于见剂高峰期，采出液含聚质量浓度为709 mg/L，表面活性剂质量浓度为90 mg/L以上，具体变化曲线如图1所示，区域内建设的三元6#污水站外输污水含油、含悬指标超过双“20”的水质标准。F区东部三元复合驱于2017年开始注剂，随着Ⅲ块、Ⅰ块、Ⅱ块和Ⅳ块陆续投注化学剂，区域三元采出液见剂浓度上升较快，含聚质量浓度上升至300 mg/L以上，表面活性剂质量浓度达到21 mg/L，具体变化曲线如图2所示，区域内26#三元污水站处理水质含油达标，但含悬达标困难。

图1 E区东部三元采出液含剂及水质变化曲线Fig.1 Change curve of agent content and water quality of ASP produced liquid in the east of E Area

图2 F区东部三元采出液含剂及水质变化曲线Fig.2 Change curve of agent content and water quality of ASP produced liquid in the east of F Area

3.1.2 受三元影响部分水驱及深度站达标困难

E区东部和F区东部2个三元受效区块，三元采出液自身处理达标困难，同时，对相关联的部分水驱污水站造成较大影响。

E区东部三元复合驱区块，区域内采出液进入1#脱水站处理。受放水不达标及电脱水器跳闸影响，水驱、三元游离水和电脱水器未能分质运行，2 000～3 000 m3/d三元污水进入水驱污水处理系统，导致1#普通污水站含聚浓度和表面活性剂浓度升高，进而导致下游相关5座深度污水站水质受到影响。杏一联含聚合物、含表面活性剂变化情况如图3所示。

F区东部三元复合驱区块，区域内三元污水自2015年以来作为低含聚污水补充至26#深度污水站作为水源，由于开发安排E区东部Ⅰ块三元和G区中部聚驱注剂时间延长，2019年杏北油田出现高含剂污水过剩，有1.34×104m3/d难以平衡，导致F区东部含剂升高的三元污水仍作为深度水源无法调出，深度站出现含悬浮物不达标情况（表3）。

图3 1#水驱普通污水站含剂变化曲线Fig.3 Change curve of agent content in No.1 water flooding common sewage station

表3 F区东部三元及深度污水站水质情况Tab.3 Water quality of ASP and deep sewage station in the east of F Area

3.1.3 外来生产废液对部分污水站冲击较大

杏北油田生产废液主要包括作业回收污水、干线冲洗水、洗井水、污泥处理废水和三元清垢废液等。其中，3#站300 m3/d污泥处理废液直接进入该站普通污水站一次沉降罐，E区东部三元洗井和三元集输管道清垢[7]的400 m3/d废液进入6#污水站废水回收池，然后进入该站污水站一次沉降罐。2座站废水成分复杂，主要矿物成分如表4所示。这些废液均未经预处理，直接进入系统，造成污水站污水无法稳定达标。

表4 处理废液主要矿物成分Tab.4 Main mineral composition of waste liquid%

3.1.4 部分站库管网、设备设施老化问题突出

随着杏北油田污水系统建设和运行年限的延长，污水管道和容器等设备设施受土壤和处理介质的腐蚀作用[8]，穿孔泄漏频繁，造成污水系统运行不稳定，进而影响水质的稳定达标。

站间调水管道仅2019年穿孔就达到42次，其中6条滤后水管道穿孔较为严重，合计28次；部分站库过滤罐罐壁和内部构件均有不同程度的腐蚀，多处出现穿孔，影响常规反冲洗，造成出水水质无法稳定达标。

3.2 治理对策

坚持“分质处理、平衡水量、均衡负荷、节点管理”的水质治理思路，实行动态调整。

3.2.1 持续优化三元污水技术措施

对于E区东部三元复合驱区块，在坚持三元6#污水站收油、热洗、气水联合反洗等常规管理措施基础上，针对污水中成垢的Ca、Mg、Si离子过饱和影响处理效果问题[9]，探索上游投加水质稳定剂试验。按照3～4 m3/d的量投加WS1003水质稳定剂应对Ca、Mg离子，按照7.5～8.5 m3/d的量投加30%NaOH水质稳定剂应对Si离子[10]。对于F区东部三元复合驱区块，一方面要利用现有的工艺和其他区块成熟经验，实施过滤罐在线除垢清洗，恢复滤罐再生效果，优化过滤罐提温反冲洗参数[11]，利用55～65 ℃热水先闷罐60～150 min，再进行反冲洗，提高清洗效果；另一方面要降低污水站处理负荷，将22#深度污水站3 000 m3/d反冲洗水调至3#污水站处理，并投运该站气水反冲洗工艺，预计可缩短水洗时间6 min，减少反冲洗水量2 300 m3/d，预计该站负荷率将由92%降至77%。

3.2.2 降低三元对水驱系统的影响

实施分质处理和运行，重点针对1#脱水站三元、水驱没有分质运行对下游影响较大的问题，系统考虑，抓好节点。源头上控制放水含油≤1 000 mg/L、控制外输油含水≤50%、控制管道除垢井数≤6 d-1，优选适合分开处理药剂、分质前进行游离水清淤、运行温度≥38 ℃、脱水温度≥52 ℃、电脱定期清淤维护、异常运行事故保运流程，保障分质后平稳运行。

实施水量平衡调整，结合E区东部I块和G区中部2020年1—4月份陆续进入后续水驱的时机，将两个区块注入水质由深度污水调整为普通污水，优化F区东部三元污水回注方向，由26#深度污水站调至24#注水站和21#注水站回注普通注水井网，可调出1.05×104m3/d三元污水，预计26#深度污水站含聚质量浓度可降低110 mg/L。

3.2.3 优化废液处理流程

生产废液进入污水系统导致水质污染严重，主要是由于其成分复杂、黏度大、油水乳化程度高等特点，为此，实施处理流程优化。

对于3#污水站受污泥处理废液影响的问题，根据站内整体工艺建设情况，将废水处理流程由直接进入污水站一次沉降罐调整为分段运行，上层污油进入老化油系统[12]，中下部废水进入脱水站沉降罐进行初步分离预处理，流程优化如图4所示。

图4 3#站废液处理流程调整示意图Fig.4 Adjustment diagram of waste liquid treatment process in No.3 station

3.2.4 加强污水系统重点设备设施改造

随着运行年限的延长和处理介质的腐蚀，管道容器等设施老化穿孔问题不可避免。一方面要结合投资和腐蚀老化情况，有序安排管道、滤罐等腐蚀老化污水系统设施改造，另一方面要结合土壤和介质腐蚀性，优化设施材质及内外防腐形式，对于容器还要结合不同部位腐蚀情况，优化分部位的防腐措施。

对于需要停产施工的项目，施工前要进行充分论证，制定可操作施工衔接措施，施工后强化恢复性治理，尤其是污水站分段改造的项目，由于施工阶段变相增加了运行负荷，施工完成后需要进行物理化学清洗措施，保障水质改善效果。

4 认识与建议

（1）水质治理要常抓不懈，坚持系统与节点相结合，坚持技术与管理相结合，坚持“分质处理、平衡水量、均衡负荷、节点管理”的治理思路。

（2）分质处理是前提。在工艺完善基础上，要严格水质处理技术界限，坚持各环节分质运行，保证工艺能力与处理水质的匹配。

（3）水量平衡是基础。三采开发具有阶段性和区域性，要动态调整水源及水质，保证不同区域不同水质的产注平衡。

（4）负荷均衡是保障。区域站间调水管网较为灵活，日常运行上要加强站间能力相互利用，实现站库工艺能力作用最大化。

（5）节点管理是关键。加强技术与管理的结合，按照上下游关系有序安排治理措施，坚持收油、清淤等日常管理措施执行，才能保障水质稳定连续达标。

（6）对于三元复合驱采出液见剂高峰期达标处理难度大，以及三元复合驱洗井水和集输管道清垢废液对污水系统造成影响的问题，建议在充分调查分析基础上，集中力量开展试验研究，改善生产运行效果。