油田污水處理。國內外含油污水處理工藝是基本相同的，主要分為除油和過濾兩級處理，處理污水進行回注。根據注水地層的地質特性，確定處理深度標準、選擇淨化工藝和設備。
基本介紹
- 中文名：油田污水處理
- 外文名：Oilfield Produced Water Treatment
- 意義：保護、節約水資源
- 工藝：除油和過濾兩級處理
- 特點：處理效率都較高
- 學科：石油工程
產生背景,技術簡介,處理方法,物理法,化學法,生物法,一般工藝,處理意義,處理後的出路,水質標準,
產生背景
我國油田分布廣闊，遍及東北、華北、中南、西南、華中及東南沿海各地。目前，大部分油田已進入石油開採的中期和後期，采出原油的含水率已達 70%~80%，有的油田甚至高達90%，油水分離後產生大量的含油污水。含油污水如果不經處理而直接排放，不僅會造成土壤、水源的污染，有時甚至會引起污油著火事故，威脅人民的生命安全，造成國家的經濟損失，同時也會危害油田自身的利益。因此，如何開發出適合我國油田實際情況、高效經濟的油田含油污水處理及回用技術，達到節能、降耗、保護環境、重複利用水資源的目的，成為油田水處理站改造和建立的重要問題。
技術簡介
油田污水處理就是採用各種方法將污水中的有害物質除去或降低至達標水平，使污水得以利用。因此，污水的利用目的不同，其處理要求也就不同，將污水作為注水水源和作為配製聚合物的水源的處理要求也是不一樣的。目前，油田污水現行的處理技術，主要以達到能夠將污水回注為目的，而並沒有考慮作為配製聚合物的要求，因此，一些效果較好的油田污水處理技術，它雖然滿足污水回注要求，但並不滿足污水配製聚合物要求，仍可能會導致配製聚合物嚴重降粘，為此，要解決油田污水配製聚合物的問題，必須充分認識油田污水處理現狀。
對於含油污水的處理方法和技術，國內外研究機構一直在不懈的進行深入研究，其目標是既要除去污水中的油類、有機物（COD）、懸浮物、硫化物、細菌等。在20世紀70年代，各國廣泛採用氣浮法去除污水中懸浮態乳化油，同時結合生物法降粘有機物。日本學者研究出用電絮凝劑處理含油污水、用超音波分離乳化液、用親油材料吸附油。近幾年發展用膜法處理含油污水，濾膜被製成板式、管式、卷式和空心纖維式。美國還研究出動力膜，將滲透膜做在多孔材料上，套用於水處理中。其處理手段大體以物理方法分離，以化學方法去除，以生物法降粘。含油污水處理難度大，往往需要多種方法組合使用，如重力分離、離心分離、氣浮法、化學法生物法膜法、吸附法等。
目前，各油田的污水處理技術的針對性較強，而且處理技術的效果均不理想，國內外油田常用的污水處理方法可大致分為三類：物理法、化學法和生物法。
處理方法
物理法
物理處理法是指通過物理作用分離和去除油田污水中不溶於水的懸浮物的方法。物理處理法所用的設備大都比較簡單、操作方便，分離效果良好，使用極為廣泛，根據物理作用的不同污水處理主要有重力分離法、篩濾截留法、離心分離法，都是利用不同的水處理設備將油田污水中有害物質除去或降低其含量。
1、重力分離除油技術
重力分離除油也叫自然除油，該技術是根據油水密度不同，利用油水密度差使油上浮，達到油水分離的目的。因其處理量大運行費用低，管理方便等優點而被廣泛套用，其缺點是占地面積大，基建投資高，對乳化油的處理效果不好，污水停留時間長。目前國內外在重力分離設備上已取得了一定的進展，已由自然沉降除油發展到斜板除油，加設斜板，增加分離設備的工作表面積，縮小分離高度，即利用“淺層沉澱”原理提高除油效率 。如美國Quontek公司研製的聚結板油水分離器（CPS）。最近，石油大學對CPS進行了改進，在其基礎上引進了斜板技術，發明了斜通道波紋波紋板油水分離器和翼斜板油水分離器，進一步提高了板式分離器的效果。
2、氣浮分離除油除懸浮物技術
氣浮分離法就是在含油污水中通入空氣設法使水中產生微細氣泡，有時還需加入浮選劑或混凝劑，使污水中的分散油和懸浮顆粒粘附在氣泡上，隨氣體一起浮到水面並加以回收，從而達到除油除懸浮物的目的。目前美國開發出的溶氣氣浮系統較為先進，它通過減小氣泡尺寸（約小到1um）和減緩氣泡的浮生速度，大大地提供了除油效率，甚至無需使用化學劑也可以達到較為徹底的油水分離。
3、過慮除油和懸浮物技術
過濾技術是利用多孔介質從水中分離不溶解固體的技術，主要是採用粒狀材料為濾料（如石英砂、核桃殼和無煙煤等）通過潤濕聚結和碰撞聚結作用，除去污水中的油和懸浮物。其優點是出水水質好，設備投資少，缺點是運行費用較高，適應負荷變化能力弱，易堵塞。而且，由於濾料粒徑受到限制無法進一步減小粒料粒徑來提高過慮精度和效率。近年來，隨著纖維材料的套用和發展，以纖維材料為濾料的纖維濾料過濾器，一般處理精度可達到出水水質含油小於1.5~2mg/L，懸浮物粒經小於5um。
4、膜分離技術
膜技術是20世紀60年代後迅速崛起的一門分離新技術，自問世以來已形成了一門新興產業，廣泛套用於國內日化、食品、醫學、生化領域，近年來也成為石油領域水處理方面的研究熱點。膜分離法是利用一張特殊製造的具有選擇透過性能的薄膜，在外力推動下對物質進行分離，它包括反滲透、超濾、納濾等方法。膜分離技術的操作主體是分離用膜，分離過程的推動力是膜兩側的壓力差、電位差、濃度差和溫度差。膜面上的微孔孔徑大小決定了膜的分離功能，根據膜的孔徑大小，膜可分為微孔濾膜（孔徑10-3cm~10-5cm，分離對象為細菌、乳膠、油乳化液）超濾膜（孔徑10-5cm~10-6cm），分離對象為膠體矽、各種病毒）納濾膜（孔徑10-6cm~10-7cm，分離對象為卵清蛋白、蔗糖）、電滲析膜（孔徑10-7cm~10-8cm，分離對象Cl-、OH-、H+、Na+、Ca2+，主要用於除鹽）。在油田污水處理方面，膜分離技術通過一個膜相，對污水中各組分的選擇性透過能力不同而實現對污水中各組分分離，膜技術一般處理精度高，無二次污染，但對污水的預處理要求較高，預處理的目的是除去造成對膜污染的雜質，而且，操作中膜還需要經常清洗，以保持膜面的清潔、維持膜的正常通量。由於膜技術投資大，運行費用高，在一定程度上限制了該技術在油田污水處理中的廣泛套用。目前，該技術還主要用於對水質要求比較高的低滲油田的采出水處理。
化學法
化學處理法是指通過化學手段如向污水中加入化學藥劑或採用電化學等方式除去有害物質的方法。油田污水處理的常用化學方法主要有如下幾種。
1、絮凝技術
絮凝技術可以認為是污水過慮前的預處理技術，該技術主要是通過向污水中加入絮凝藥劑，使污水中的懸浮物形成絮凝物聚結下沉，該過程不僅可以除去污水中的懸浮物和膠體粒子，降低COD值，而且，還可以除去細菌等。
油田水處理用的絮凝劑主要分為無機、有機和生物絮凝劑三類。無機絮凝劑主要有無機化合物（如硫酸鋁、明礬、三氯化鐵、硫酸亞鐵等）和無機聚合物（聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鋁（PAS）、聚合硫酸鐵等高聚物），其中無機聚合物是60年代後發展起來的一類新型絮凝劑，由於其功效成倍提高，有逐步成為主流絮凝劑的趨勢。有機絮凝劑有低分子量的陽離子聚合物（如聚胺等）和高分子量的聚合物（如聚炳烯醯胺及其衍生物）。與無機高分子絮凝劑相比，它的用量少，產生的絮體大、沉降速度快、受共存鹽、pH值和溫度的影響小，效果明顯、且種類繁多，在油田水處理中得到廣泛套用。但由於聚炳烯醯胺具有毒性、難生物降粘，目前天然改性高分子絮凝劑和兩性高聚物等環保型的無害水處理劑的研究倍受人們關注，如國內新合成的以F691粉（主要成分水溶性多聚糖、纖維素、木質素單寧）為原料的新型高效陽離子絮凝劑FNQD，國外新推出的水處理劑(DTC)，用於美國墨西哥灣和北海油田水處理中，輕易地將處理精度僅能達到60~70mg/L的水處理系統提高至1~2mg/L，效果十分明顯。近年來，利用生物技術，通過微生物發酵、抽提、精緻而得到的一種新型生物絮凝劑，由於具有無毒、高效和可生物降粘等特點，對水資源的保護有十分重大的意義，是很有發展前途的綠色絮凝劑。
2、緩蝕技術
緩蝕技術是油田污水處理常用的技術之一，是抑制污水對金屬設備腐蝕的有效方法。油田污水的腐蝕因素主要是溶解氧、硫化氫和二氧化碳等引起的酸腐蝕。為了抑制污水對油田金屬設備的腐蝕，油田常常在水處理過程中添加適量阻止或減緩金屬腐蝕的緩蝕劑。國外油田水處理工藝中緩蝕劑的套用始於五十年代，套用較好的緩蝕劑是有機胺等，我國油田常用的使用效果好的緩蝕劑是季銨鹽類、咪唑啉類。目前，中科院研製的IMC系列緩蝕劑在各油田套用取得了良好的效果[8]。
3、阻垢技術
油田污水通常含有較高濃度的碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物，具有形成碳酸鈣、硫酸鈣等垢的基本條件，因此，結垢是油田水質控制中遇到的最嚴重的問題之一。化學阻垢劑是油田最為常用的抑制或減緩結垢的一項工藝技術。油田廣泛使用的阻垢劑有無機聚磷酸鹽、有機磷酸鹽、低分子量聚合物和天然阻垢劑。其中套用較好的是低分子量聚合物如聚丙烯酸及其衍生物，該類阻垢劑的優點在於用量低、無毒，不污染環境，阻垢率較高，缺點是生物降粘差，且在高溫、高pH、高Ca2+含量下阻垢能力較差。因此，近年來，國外著重在開發和研製新的阻垢劑，最近報導的一種新型阻垢劑---聚天冬氨酸，對CaCO3、BaSO4、CaSO4的阻垢率都明顯優於聚丙烯酸，且更易生物降粘，表現出很好的發展前景。
4、殺菌技術
油田污水中普遍存在著硫酸鹽還原菌、腐生菌和鐵細菌，造成設備腐蝕，並且產生污泥造成地層堵塞。目前國內油田主要採取的措施是向污水中加入化學殺菌藥劑，抑制細菌的生長及滅殺細菌。目前，油田廣泛套用的殺菌劑主要為有機胍類、季胺鹽類、異噻唑啉酮等。國內油田使用最廣泛的殺菌劑就是季胺鹽十二烷基二甲基苄基氯化銨（1227），季胺鹽化合物除了具有較強的殺菌作用還具有緩蝕增效作用，是一種具有多種效能的水處理劑。為了提高殺菌劑效能，常常採用兩種殺均劑復配、其協同效應能顯著提高藥效。國外最新推薦的過氧乙酸因具有廣譜、高效且受pH值及礦化度影響較小而倍受青睞。此外，國內外在重點研製和開發一劑多效的多功能水處理劑，如兼具有絮凝、殺菌、緩蝕作用的複合型藥劑。
5、電脫技術
電脫技術也是目前油田常用的污水處理技術，該技術主要是利用電化學的方法對污水進行處理。電脫法是藉助於外加電流來進行氧化還原反應以去除污水中有害物質的方法。在外加電場作用下，污水中的陰離子移向陽極，並在陽極失去電子而被氧化；污水中的陽離子則移向陰極，並在陰極得到電子而被還原。該技術可以有效地去除污水中的有機物、重金屬離子、懸浮物、還能進行污水脫色處理。
6、暴氧技術
暴氧技術是近幾年在油田推廣的污水處理技術之一，該技術的基本原理實際上就是利用空氣中的氧與污水中的還原性物質發生氧化還原反應，而除去污水中的還原性有害成份如Fe2+、S2-及細菌等。該技術工藝比較簡單，採用的設備主要能鼓空氣的暴氧設備，目前，各油田使用的暴氧設備有所不同，暴氧設備通常是利用一個噴淋裝置，新鮮污水通過噴頭噴淋實現了充分暴氧，也有利用水射流泵負壓吸空氣，使空氣與污水充分混合完成污水的暴氧過程，其目的就是使新鮮污水充分與空氣中的氧作用，完成污水的氧化還原反應達到除去有害的還原性物質。
生物法
生物處理技術是目前世界上套用最廣泛的污水處理技術，該技術較物理或化學方法成本低，投資少，效率高，無二次污染，廣泛為各國化工行業採用。我國城市污水採用生物處理法的占85%以上，油田採用生物處理法的相對較少，大港油田的氧化塘處理技術就是生物法處理技術。生物法處理技術的機理就是採用一定的人工措施，創造有利於微生物生長、繁殖的環境，使微生物大量繁殖，在繁殖的過程中，這些以污水中的有機物作為營養源的微生物通過氧化作用吸收分解有機物，使其轉化為簡單的CO2、H2O、N2、CH4等，從而使污水得以淨化。生物法從微生物對氧的需求上可分為好氧生物法和厭氧生物法，從處理的過程形式上可以分為活性污泥法、生物膜法和氧化塘法。
1、活性污泥法
活性污泥法是目前套用較廣泛的一種生物技術，它是將空氣連續鼓入污水中，污水經過一段時間的暴氣後，水中會產生一種以好氧菌為主體的茶褐色絮凝體，其中含有大量的活性微生物，這種含有活性微生物的絮凝體就是活性污泥。這種微生物以污水中溶解性有機物為食料，獲得能量，並不斷增長繁殖。活性污泥的結構鬆散，表面積很大，對污水中的有機物有著強烈的吸附、凝聚和氧化分解能力，從而使污水得以淨化。
2、生物膜法
生物膜法和活性污泥法一樣同屬於好氧生物處理方法。活性污泥法是靠暴氣池中懸浮流動著的活性污泥來淨化污水，而生物膜法是利用固定於固體介質表面的微生物來淨化污水的，這種方法亦稱為生物過濾法。與活性污泥法相比，生物膜法管理較方便。由於微生物固著於固體表面有利於微生物的生長，高級微生物越多，污泥量就越少。一般認為，生物膜法比活性污泥法的剩餘污泥量要少。
3、氧化塘法
氧化塘法是能夠提供有機物分解的大型淺池，塘內有大量好氧微生物和藻類。氧化塘的特點是投資少，管理簡單，但占地面積較大。氧化塘除暴氣塘需要機械薄氣外，其他各種氧化塘皆不依賴動力來充氧，而是充分發揮天然生物淨化功能。氧化塘一般採用水面自然復氧和藻類光合作用復氧，其運行情況隨溫度和季節的變化而變化。該技術要求污水停留幾天或幾個月，因此，處理措施的耗時較長。目前，大港油田的污水處理採用了氧化塘法。
一般工藝
油田污水成分比較複雜，油分含量及油在水中存在形式也不相同，且多數情況下常與其他廢水相混合，因此單一方法處理往往效果不佳。同時，因各種力法都有其局限性，在實際套用中通常是兩三種方法聯合使用，使出水水質達到排放標準。另外，各油田的生產方式、環境要求以及處理水的用途的不同，使油田污水處理工藝差別較大。
在這些工藝流程中，常見的一級處理有重力分離、浮選及離心分離．主要除去浮油及油濕固體；二級處理有過濾、粗粒化、化學處理等，主要是破乳和去除分散油；深度處理有超濾、活性炭吸附、生化處理等，主要是去除溶解油。
右圖是油田污水處理常見的幾種工藝，其中工藝2、3處理後外排；工藝4處理後回用作熱采鍋爐給水；工藝1、5處理後用於回注。
處理意義
油田採油污水是一種量大而面廣的污染源。全國每年大約有十幾億方油田採油污水需要處理，這些污水在處理達標以後，大部分要作為開採注入水回注地層，一小部分向自然環境中排放。
在石油的二次開採中，注水開發是主要的開發方式。目前我國各油田絕大部分開發井都採用注水開發。伴隨著油田注水開發生產的進行，出現了兩大問題，一是注入水的水源問題；二是注入水和油田采出水的處理及排放問題。注水開發初期的注水水源是通過開採淺層地下水或地表水來解決的，但大量開採淺層地下水會引起局部地層水位下降，而地表水資源又很有限。因此，採油污水處理後用於油田回注水為各大油田所採用。但是如果污水未達到回注水的要求（主要是含
油量、懸浮物超標），仍然回注到地下，這將導致堵塞地層出油通道，降低注水效率和石油開採量；因此污水處理是否達標將直接影響注水採油的效率。
另外，隨著原油含水量的逐漸上升，油田采出水水量越來越大，由於注水井的布局及注入量的不均衡、現有技術設備的處理局限等因素，一部分油田污水不能夠做為回注水使用，而需排到環境中去。因此，必須考慮污水的達標排放問題。如果這些污水不經處理或處理後未達標而排放，將會造成環境污染、破壞水體、土壤、影響生態平衡，造成重大的經濟損失。
如果油田處理回注率為100%，即不管原油含水率多高，從油層中采出的污水和地面處理、鑽井、作業排出的污水全部處理回注，那么注水量中需要補充由於採油造成地層虧空的水量便可以了,這樣不僅可以節省大量清水資源和取水設施的建設成本。而且，使得油田污水資源變廢為寶，實現可持續發展，提高油田注水開發的總體經濟效益。
因此，油田污水的處理回用對於保護、節約水資源，保護生態平衡促進可持續發展，具有重大的意義。
處理後的出路
從國內外油田生產情況來看，油田含油污水經處理後的出路一般有三種：
（1）回注：代替清水資源直接回注地層或配製聚合物後回注地層。
（2）回用：處理後作為熱采鍋爐的給水。
（3）外排：處理後達到國家污水排放標準，直接排放。
油田污水的處理依據油田生產、環境等因素可以有多種方式。當油田需要注水時，油田污水經處理後回注地層，此時要對水中的懸浮物、油等多項指標進行嚴格控制，防止其對地層產生傷害。如果是作為蒸汽發生器或鍋爐的給水，則要嚴格控制水中的鈣、鎂等易結垢的離子含量、總礦化度以及水中的油含量等。如果處理後排放，則根據當地環境要求，將污水處理到排放標準。
水質標準
油田開發對注水水質的要求
陸上油田的開採方式主要為注水開發方式，通過向地層注水來彌補因採油而造成的地下虧空，並起到驅油的目的。油田注水所服務的對象是由緻密岩石組成的油層，因此要求一定的注水水質加以保證，這樣才能達到注得上、注得進、注得夠的目的。
目前陸上油田開發的地滲透油藏在35%左右，而且每年新探明的石油地質儲量中低滲透油層所占的比重也越來越大，這些低滲透油層的孔喉半徑通常在2~4um以下，滲透率在（10~50）×10-3um2，污水回注必須有相應配套的污水處理工藝，以確保處理後的水質達到相應低滲透油層的注水水質標準要求。
注水水質必須根據注入層物性指標進行優選確定，通常要求：在運行條件下注入水不應結垢；注入水對水處理設備、注水設備和輸水管線腐蝕性要小；注入水不應攜帶超標懸浮物，有機淤泥和油；注入水注入油層後不能使粘土發生膨脹和移動，與油層流體配伍性良好。
如果油田含油污水與其他供給水（如淺層地下水、地面淨化污水和地面江河湖泊水等）混注時，必須具備完全的可能性，否則必須進行必要的處理改性後方可混注，考慮到油藏孔隙結構和吼道直徑，要嚴格限制水中固體顆粒的粒徑。
注水水質標準
由於各油田或區塊油藏孔隙結構和吼道直徑不同，相應的滲透率也不同，因此注水水質標準也不相同，全國主要油田都制定了本油田的注水水質標準，儘管各油田標準差異較大，但都要符合注水水質基本要求。石油天然氣行業標準《碎屑岩油藏注水水質推薦指標》SY/T5329-94水質主控指標所示，由於淨化水主要用於回注油層，所以污水處理工藝必須使淨化水達到有關注水水質標準。
除了對注水水質的主要控制指標外，SY/T5329-94還對注水水質的輔助性指標作出了指導性規定，輔助性指標主要包括溶解氧、硫化氫、侵蝕性二氧化碳、鐵、pH值等。
