油田采出水回注处理技术现状及展望

油田采出水回注处理技术现状及展望

魏玉栋

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摘要:在对油田采出水水质特点及回注水水质标准分析的基础上，针对油田采出水水量大、成分复杂、水质水量波动大等特点，综述了目前国内外应用广泛、油水分离效果较好的回注处理工艺，包括重力分离法、气浮法、水力旋流技术、粗粒化技术、过滤法、混凝沉淀法、化学氧化法、生物处理法和膜分离技术等，并对比分析了各种处理方法在工程应用中的优缺点。同时介绍了2种国内研发的采出水处理新装备，分别是应用于海上油田的小型化管道式油水分离器和应用于陆地油田高含水期的一体化预分水装置。最后展望了油田采出水处理技术装备的发展趋势，低成本、高效率、小型化、自动化是今后采出水处理技术及设备发展的方向。

关键词:油田采出水;回注;处理技术

油田采出水是指将从地下开采出的含水原油(即采出液)经油、气、水分离工艺后，所得到的油田污水，通常包括油藏中原有的地层水和开发油藏所需的回注水。随着油田的不断开采及油田开发技术的不断提高，油田采出液的含水率逐年升高，目前我国大部分油田都已进入开发中后期，采出液含水率高达90%以上。另一方面，为了保证原油产量，需要不断加大开采力度，造成采出水的产量逐年升高。据统计，2011年我国油田回注水处理总量达22.6×108m3。采出水在地层的高温高压环境下，溶解了多种无机离子和有机类物质，以及大量的悬浮类物质、油脂和多种细菌，通常需要多级处理甚至深度处理才能达到排放标准。另一方面，为了维持地层压力以满足油气田开发需要，通常要向地层注入大量回注水。因此，将采出水处理后作为回注水使用，是解决采出水的有效途径。本文中总结了目前国内外常用的油田采出水回注处理技术，分析对比了各工艺特点，以期对油田采出水回注应用提供借鉴参考。

1油田采出水水质特点及回注标准

1.1水质特点及处理难点

油田采出水因各油田地质条件、开采时期及现场条件等因素的影响，具有废水量大、成分复杂、水质水量波动大的特点。相比于其他工业废水，水质具有以下明显的特点。(1)含油量高采出液经过初步的油水分离后，采出水中的含油量高达1000～2000mg/L，同时，残余油以悬浮油(＞100μm)、分散油(10～100μm)、乳化油(0.1～10μm)和溶解油(＜0.1μm)等多种形式存在，处理困难。(2)悬浮物含量高采出水中含有多种固体颗粒，如黏土、石蜡、多种细菌、泥砂、非溶解性有机质等，容易造成集输管线和注水系统的结垢及腐蚀，对地层孔隙具有较大的伤害，是回注处理过程中需要重点去除的对象。(3)矿化度高

因地层条件、油井周期的不同，采出水中的矿化度从几千到几十万不等，含有多种离子，如K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Fe2+、Cl－、SO2－4、S2－、CO2－3、HCO－3等。这些离子的存在对地面设备和管道具有较强的腐蚀能力，容易形成盐垢，也对后续的采出水处理工艺提出了挑战，如膜技术和生物处理技术等。(4)温度高受地层温度和地面油水分离工艺的影响，采出水的温度通常为40～70℃，生化处理受限。另外，地下的厌氧环境和高温也造成了采出水中硫酸盐还原菌、腐生菌和铁细菌等具有腐蚀性的细菌大量繁殖。聚驱油田采出水中含有大量的聚合物，也进一步增加了采出水的处理难度。1.2回注标准各油田根据注水地层渗透条件，在《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》(SY/T5329—2012)［2］的基础上，分别制定适合各自矿区的注水标准。推荐的注水水质主要指标如表1所示。

当主要指标达不到要求时，可进行辅助性项目的检测，辅助指标包括溶解氧含量、硫化氢含量和侵蚀性二氧化碳含量。其中，对于清水和污水，溶解氧含量的控制要求分别为≤0.5mg/L和≤0.1mg/L，硫化氢含量的控制要求分别为0mg/L和≤2.0mg/L，侵蚀性二氧化碳含量的控制要求均为－1.0～1.0mg/L。

2目前常用的采出水回注处理技术

2.1重力分离法

重力分离法是利用油水比重存在差异且互不相溶的特性，实施油水分离，主要的除油处理对象是悬浮油和分散油，对乳化油去除能力有限，一般用于采出水的预处理。经重力分离后，出水含油量通常高于500mg/L。现在各大油田最常用的重力分离设备是除油罐，从外形上可分为立式和卧式，根据罐内流向可分为平流式和下流式，为了加强分离效果，还会采取在罐内增加斜板或者斜管、设置粗粒化填料、增加罐内工作压力等措施。重力分离设备具有原理简单、操作方便、处理能力大、出水效果稳定、运行费用低等优点，但是也存在着前期投资高、占地面积大的缺点。

2.2气浮法

气浮法是以高分散细小气泡作为载体，促进含油污水中的小油滴和悬浮物相互黏附，生成密度低于水的气液固三相混合物，依靠浮力实现油水分离。气浮法可以去除废水中的分散油、部分乳化油和部分固体悬浮物，通常和重力法相结合作为预处理工艺。根据产生气泡的方式，有诱导气浮、溶气气浮、电解凝聚气浮、生物气浮和化学气浮等，其中溶气气浮应用最为广泛。为了达到更好的去除效果，一般会加入高效浮选剂。气浮法的优点是处理效果好，但也存在着能耗高、操作控制要求高、需要处理后续浮渣等缺点。另外，气浮法存在的最大问题是如果使用空气作为气源，将不可避免地提高污水中的溶解氧浓度，而溶解氧对注水系统具有较强的腐蚀作用，特别对于产出水中含有大量Fe2+的油田，溶解氧也会将其氧化生成具有色度的Fe3+，并进一步生成Fe(OH)3，捕捉细小悬浮物，生成絮状体，造成地层堵塞。为了解决这一问题，常用的办法是投加脱氧剂和使用氮气作为气源。投加脱氧剂增加了工艺复杂度，对操作控制要求高;使用氮气会增加运行成本，在实际运行过程中，也不能完全避免空气进入气浮池。

2.3水力旋流技术

水力旋流技术是将含油废水沿锥形圆筒的侧壁，高速射入容器内，在离心力和重力的双重作用下，实现油水的快速分离。水力旋流器脱油效率高，能够脱除10μm以上的油滴，同时停留时间仅有数秒，结构简单，重量轻，因而在全球各油田的废水处理中得到了广泛的应用。Seureau等设计的三相水力旋流分离器兼具除砂功能，尤其适合海上油田使用，但是存在涡流不稳定等技术问题，需要进一步深入研究和发展。该技术通常在重力分离和气浮之后作为二级油水分离技术使用，也作为油田采出液的分水技术使用。由于水力旋流器体积小的优点，国内外已经成功将其安装在井下采油管内，实现了同井注采，极大地减少了污水产量，降低了采出水处理成本。

2.4粗粒化技术

粗粒化技术是使含油废水流经疏水亲油材料时，将油类物质截留并逐渐聚结形成较大的油滴后，依靠重力作用实现油水分离。粗粒化过程通常不能直接去除废水中的油类物质，只是加速了油水分离过程，因此本技术主要针对的是废水中的分散油及乳化油，常用在预处理之后。目前常用的聚结材料有聚丙烯、无烟煤、陶粒、石英砂等。粗粒化技术的优点是结构简单、前期投资低、不添加药剂、管理便捷、去油效果好，最大的缺点是填料易堵塞。因此，对新型耐污染、耐堵塞的高效聚结填料的研发是研究的热点。

2.5过滤法

过滤法是使废水在常压或高压状态下穿过滤层，滤层填料对废水中的分散油、乳化油及悬浮物有一定的截留作用，从而实现油水分离，通常作为注水处理的保障技术，对水质悬浮物和粒径中值达标具有重要的意义。过滤法具有操作简单、处理效果好、投资费用低等优点，缺点是需要定期反冲洗、运行维护费用高等。过滤填料是过滤法的核心，目前常用的填料有核桃壳、石英砂、陶粒、陶瓷、纤维球等。为了达到较高的回注标准，常采用精细过滤装置进一步去除废水中的油类物质和颗粒类物质等污染物.

3结语

目前，随着国家环保要求的逐步提高，将采出水处理后回注是各油田实现“零排放”的必然选择。各油田目前普遍存在采出液含水率高、集输系统压力大、用地紧张、采出水回注处理成本高等问题。因此，对采出水处理设施设备具有小型化、集成化、自动化及经济高效的要求，这也是今后采出水处理技术装备的发展方向。

参考文献

［1］谭文捷，党伟，唐志伟，等．油田采出水回用技术研究进展［J］．化工环保，2010，30(6):501－504．

［2］国家能源局．ST/T5329—2012．碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法［S］．北京:石油工业出版社，2012．