陇东地区油田采油污水水质特征及其危害性评价

朱秀兰，郭文杰，冉彦龙，丁宝宝

陇东地区油田采油污水水质特征及其危害性评价

朱秀兰1，郭文杰2，冉彦龙3，丁宝宝1

（1. 陇东学院 能源工程学院，甘肃 庆阳 745000； 2. 长庆油田分公司第二采油厂，甘肃 庆阳 745000；3. 甘肃能源集团有限责任公司，甘肃 庆阳 745000）

陇东地区油田长时间注水开发，采油污水量逐年增加。采油污水组分及性质复杂，含有一定的原油、大量的固体悬浮物和其他污染物，油水分离困难、易结垢堵塞地层及腐蚀损坏设备。污水处理设备长时间运行后，处理系统负荷增大，运行稳定性变差，存在污泥、结垢及腐蚀等问题，需要及时做好清洗、排泥、水质检测工作，以达到提升水质处理效果的目的。

采油污水； 水质特征； 污水危害性； 污水处理

陇东地区油气储存资源量占鄂尔多斯盆地总量的40%，是长庆油田增储上产的主力油藏区块。以油田稳产、高产为核心，陇东地区油田开展实施“注上水、注好水、注够水”精细化注水工作。随着开采时间的延长，多数油田区块已经全面进入中高含水期、产量递减阶段，油井含水率大幅度增加，导致采油污水产量也随之增加。采油污水成分十分复杂，通常含油浓度较高、含有大量的固体悬浮物和其他污染物，它是一种量大而面广的污染源，而且造成资源及能量浪费。本文通过室内实验及矿场监测分析陇东地区采油污水水质特征，探究采油污水对油田开发及环境保护的危害性，提出合理的作业措施，对油田绿色可持续开发、保护生态环境具有重要意义。

1 油田采油污水现状

1.1 采油污水来源

采油污水属于油田开采伴生物，通常是指从储层中与原油共同采出，在油气集输系统进行采出液处理工艺后的含油污水。它是一种成分非常复杂且含有多种杂质的水，其不仅携带有原油，而且还溶解有地层中的各种盐、气体和多种悬浮固体。除此之外，在原油集输过程中，进行采出液处理工艺（破乳、脱水等）时，掺进一些化学药剂如破乳剂等，还含有少量钻井污水和站内其他类型含油污水等次要成分。由于采油污水中有机物含量较高且环境适宜，导致细菌含量也较高。综上所述，采油污水是一种含有石油烃、无机盐离子、硫化物、细菌、固体颗粒以及阻垢剂、絮凝剂、缓蚀剂和杀菌剂等化学药剂的混合水[1]。

1.2 采油污水特征

釆油污水的性质不仅取决于储层岩性及油水流体性质，而且还与转油脱水的运行条件有关[2]，通常情况下，采油污水具备以下特征：

1）水温高，40~60 ℃之间。

2）矿化度高，通常在2 000~5 000 mg·L-1之间。

采油污水主要成分为地层水，而地层水中含有Na+、K+、Ca2+、Mg2+等形成的大量金属盐类。例如，长庆油田的采出水矿化度通常在50 000 mg·L-1左右。

3）pH值较高，一般为7.5~8.5之间。

4）油含量高，采油污水中原油的质量浓度一般为1 000 mg·L-1，高的可达20 00~5 000 mg·L-1。在油田开发过程中，油水共同流经储层、完井段防砂管、井筒、井口、井下及井口油嘴、阀门、输油管道等，随着流动截面变化，油水承受较强的机械剪切力，导致部分原油分散于水中。随着油藏条件和处理方式的不同，污水中的含油量通常为每升几十到几百毫克[3]。原油分散形式主要有：溶解油（粒径＜1 nm）、乳化油（粒径0.001~10 μm）、分散油（10~100 μm）及浮油（粒径＞100 μm）；其中溶解油、乳化油、分散油及浮油分别占污水中原油的0.2%~0.5%、10%左右、90%左右。因此，采油污水中的原油主要为分散油及浮油。

5）成分复杂，非均相。除含油量高外，还含有其他杂质，如所溶气体、悬浮物、泥沙等。所溶气体包括强氧化剂O2、酸性气体H2S和CO2。泥沙粒径范围一般在0.05~100 μm之间，其中黏土、粉砂、细砂粒径范围分别为0.05~4 μm、4~60 μm、 60~100 μm。细菌含量高，通常为硫酸盐还原菌和腐生菌、铁细菌等，含量可高达106个·mL-1。有机物含量高，如胶质、沥青质、石蜡等形成的微晶以及挥发酚等。

6）残存一定数量的絮凝剂等化学添加剂。

2 陇东地区采油污水水质分析

根据石油行业标准《SY/T5329—2012碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》以及 《SY/T5523—2016油田水分析方法》进行测定，采取室内实验与矿场监测相结合的方法，应用化学分析法和仪器分析法，以陇东地区CX4转的采油污水（三相分离器出口水样）为研究对象，分析油田采油污水的组成及性质，测定常规无机盐离子质量浓度、硫酸还原菌、腐生菌和铁细菌的含量、悬浮物质量浓度及含油量等。

根据上述室内实验及现场检测结果（表1、表2），总结陇东地区CX4转采油污水水质特征如下：

1）采油污水中溶解有地层中各种矿物质盐类，矿化度6 721.64 mg·L-1，水型为NaHCO3，水质pH值8.75，呈弱碱性，其中含有大量无机离子，如Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl－、HCO3－等。污水中阳离子以Na+、K+占主导，Cl－、HCO3－离子含量较高。由此可以看出，采油污水矿化相对较高，且具有一定成垢、腐蚀性的特点。

2）采油污水中的含油量为177.58 mg·L-1，主要为多种烃类化合物以及硫化合物、氧化合物、氮化合物等，其中最主要的是石油烃类高分子难降解有机物[4]。

3）采油污水中悬浮固体质量浓度92.7 mg·L-1，悬浮物粒径中值为0.39 μm。

4）矿场原油集输系统溶解氧含量较低，而采油污水中营养物质丰富，在厌氧环境条件下，污水中大量繁殖能将硫还原为腐蚀性硫化物的硫酸盐还原菌等有害细菌[4]。采油污水中的细菌总含量在 2×104个·mL-1，与回注水水质指标相比，严重超标。

5）在原油集输过程中，须要添加阻垢剂、絮凝剂、缓蚀剂等化学药剂，其可生化性较差，BOD/CODCr＜0.2。

表1 采油污水常规检测项分析结果

表2 采油污水非常规检测项分析结果

3 采油污水危害性

3.1 处理前采油污水危害性

油田各类污水主要为采油污水，采油污水量及其危害性不容忽视。若采油污水不经有效处理直接回注入地层，除了影响石油开采以外，将导致生产设备损害、储层堵塞，破坏生态环境。到目前为止，陇东地区油田部分油井的产水率已达到85%，污水处理已逐渐进入开发的最后阶段。

针对陇东地区采油污水水质分析结果，其危害性有以下几点：

1）采油污水富含各类离子，主要矿物盐离子为Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl－、HCO3－等。采油污水的导电能力强，导致电化学活动活跃，促进电化学反应快速进行，加剧对设备及管线的腐蚀。

2）Cl－含量很高，氯化物盐类一般呈溶解态，但由于Cl－体积小，活性大，易穿透金属表面的保护膜，与金属发生活性反应，腐蚀金属。除此之外，油田污水中含有气体、硫化物等，若不有效处理，在强氧化剂O2的作用下生成沉淀物，硫化物转化为弱酸，使得污水腐蚀性增强，对污水处理及回注系统造成安全隐患。

3）HCO3－含量很高，高矿化度水在回注的过程中比较容易结垢，与地层水混合后的适应性较差，在管道及设备内结垢趋势明显增强，极易发生注水井堵塞现象，管线设备结垢后对整体水质影响严重。

4）当处理后的采出地层水与地表水等外来水源混合注水时，采出水中原油与外来水源中的杂质一旦接触，吸附形成乳化块[5]，堵塞储层。

5）由于采油污水中富含有机质、矿物质，细菌生存繁殖的适宜水温40~70 ℃（采出水温40~60 ℃），适宜的污泥也是硫酸盐还原菌、腐生菌繁殖的场所。回注水中的有机质诱发污水中微生物大量繁殖，尤其是硫酸盐还原菌在厌氧条件下使硫酸盐还原硫化物产生硫化氢，水质逐渐变为酸性，不仅腐蚀管线，而且硫化氢与铁作用形成FeS沉淀并产生黏液，加剧垢的形成，产生的生物黏泥严重堵塞地层。

6）采出水量大，油田多数进入中高含水期，以庆阳西一联合站为例，主要承担了西峰采油一区及三区原油污水处理工作，处理的采出水量高达 1 300 m3·d-1左右，污水量极大。

综上所述，陇东地区油田采油污水中无机盐离子矿化度较高，含有一定悬浮物，滋生大量有害细菌，且油田采油污水为连续排放。若未经处理或处理不合格，将产生一系列化学反应（水垢、污垢等），严重损坏设备及管道，导致清洁和维护管道的费用增加，最终造成油田停运或严重的环境污染。因此，在采油污水回注地层前，必须对采油污水进行有效处理，使水质满足《SY/T5329—2012碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》《Q/SYCQ3675—2016长庆油田采出水回注标准》，达到经济、安全、环保的要求。

3.2 处理后采油污水危害性

陇东地区采油污水处理后，“污水”变“清流”，但污水处理设备在长时间运行后，处理系统负荷增大，运行稳定性变差，连续正常运行困难。目前，设备内部的污泥沉积和结垢问题严重，导致回注水处理系统内环境变差，极大地影响油田回注水水质。由于污泥和管垢的存在，水流通面积减小、细菌繁殖加快、设备和管线腐蚀加快；污水处理系统工作效率降低，水质污染严重；大量采出水无效回注，造成水资源浪费；系统流程长，回注费用高。因此，必须对CX4转采出水处理系统进行提升和改造。

4 结 论

1）根据陇东地区油田采油污水水质组成及性质进行分析，矿化度6 663.65 mg·L-1，水型为NaHCO3，含油量为175.84 mg·L-1，主要为石油类高分子难降解有机物，悬浮固体质量浓度为93.5 mg·L-1，粒径中值为0.38 μm，细菌总量在2×104个·mL-1。

2）由于Cl－、HCO3－含量及细菌含量较高，采油污水处理过程中污泥、管垢与腐蚀性问题严重。因此，采油污水处理技术的重点是有效除油、过滤。

3）增建污泥污水池，用于沉降除油罐、过滤装置的排泥及反洗，将站内采出水系统、集输系统排污分开，及时做好清理、水质检测工作，提升水质处理效果。

［1］张志辉，酆婧轩，郑天龙，等.混凝-微气泡气浮法预处理油田采出废液[J].水处理技术，2014，40（5）：103-107.

［2］范洪富，马军.离子液体处理含油污水实验研究[J]. 燃料化学学报，2011，39（1）：33-36.

［3］朱丽娜.油田注水水质劣化因素与处理技术研究[D].大庆：东北石油大学，2013.

［4］黄开.磁加载沉淀-磁过滤工艺处理采油废水的研究与应用[C].环境工程：2019年全国学术年会论文集（中册），2019.

［5］刘能杰，王锋，王志军，等.长庆油田含油污水处理关键技术分析[J].辽宁化工，2017，46（2）：149-151.

Evaluation on Water Quality Characteristics and Harmfulness of Oil Production Wastewater in Longdong Area

1,2,3,1

（1．College of Energy Engineering, Longdong University, Qingyang Gansu 745000, China;2．PetroChina Changqing Oilfield Company No.2 Oil Production Plant, Qingyang Gansu 745000, China;3．Gansu Energy Group Co., Ltd., Qingyang Gansu 745000, China）

With the development of water injection for a long time in the oilfield, the amount of oil production wastewater increased year by year in the Longdong area. The components and properties of oil production wastewater are complex, containing oil, a large amount of suspended solids and other pollutants. It is difficult to separate oil and water, the formation is easily blocked by scaling and the equipment is damaged by corrosion. After long-term operation of sewage treatment equipments, the load of the treatment system increases, the running stability becomes worse, and there are problems,such as sludge, scaling and corrosion. Cleaning, sludge discharge and water quality inspection work need to be completed in time to achieve the purpose of improving water quality treatment effect.

Oil production sewage; Water quality characteristics; Sewage hazard; Sewage treatment

甘肃省工业绿色低碳转型升级课题（项目编号：GGLD-2019-60）；2020年甘肃省创新驱动助力工程申报项目（项目编号：ZLGC202003-4）；陇东学院青年科技创新项目（项目编号：XYZK1906）；陇东学院教育教学研究项目（项目编号：2019-42）。

2020-06-12。

朱秀兰（1987-），女，天津市人，讲师，硕士，2011年毕业于西南石油大学油气田开发工程专业，研究方向：油气藏开发及提高采收率。

X741

A

1004-0935（2020）11-1430-04