油田污水处理工艺发展方向的探讨

油田污水处理工艺发展方向的探讨

杨中明

中国石化集团中原石油勘探局有限公司水务分公司 河南濮阳 457001

摘要：当前，中国石油勘探开发行业面临着巨大的挑战，降成增效成为油田企业发展的核心战略，油田污水处理工艺技术的发展方向与油田企业的发展战略和生产需要以及各方面科技进步等方面息息相关。本文通过研究目前在用油田污水处理工艺技术现状和油藏注采现状，分析提出了油田污水处理工艺的发展目标和基本措施，探讨油田污水处理工艺的技术发展方向。

关键词：油田污水处理、发展

Abstract: At present, China's oil exploration and development industry is facing great challenges. Cost reduction and efficiency increase have become the core strategy of the development of oilfield enterprises. The development direction of oilfield wastewater treatment technology is closely related to the development strategy, production needs and scientific and technological progress of oilfield enterprises. By studying the present situation of oilfield wastewater treatment technology and reservoir injection production, this paper analyzes and puts forward the development goals and basic measures of oilfield wastewater treatment technology, and discusses the development direction of oilfield wastewater treatment technology.

前言

当前中国石油勘探开发行业面临着巨大的挑战，首先受国际超低油价和低迷的原油期货市场影响，将采取降低生产成本的革命性措施保障企业的高质量发展，而且将是长时间的战略准备；其次是我国油气资源生产现状影响，油气藏资源品位下降和新旧资源接替不足，开采难度和成本呈上升趋势；其三是在全球能源转型的趋势影响下，中国能源行业也将向清洁化、低（去）碳化和数字化的方向发展，石油作为不可再生化石能源，石油石化行业的生产成本将要增加超额碳排放的综合环境治理费用，因此石油开采将必须降低生产成本，提高投入产出比例。

为保证油田企业高质量发展，降低开采原油吨油成本的措施必将多措并举，在油田注水与油田污水处理回注方面，以最佳匹配的注水水质、注水方式、注水层位，最低的注采成本，进行油气生产。油藏因其油层的岩层性质不同、渗透率不同、地层的温度、水质、环境均不同，其对注水水质的要求也不相同，尤其是低渗透油藏，注水水质对低渗透油藏的渗透率影响更大；而且我国在大庆、吉林、辽河、胜利、长庆等主要油田均发现许多低渗透油藏，在已探明的油藏中渗透率小于50md的低渗透储量所占比例高达60~70%以上，因此需要更高水质标准的回注水，多层次品质的回注水，将是实现低成本、高效率注水开发油藏的基本措施。

油田回注水主要来源是油气生产过程中所产生的地层伴生水，收集至污水处理站经一系列的污水处理工艺流程后，得到合格的油田回注水。如何在现有的油田污水处理常规工艺流程的基础上，从工艺设备、运行管理、新的经济环保效益开发等多方面进行改造和升级，整体提高油田污水处理的效益，降低污水处理成本，进而实现当前油田降本增效的开发目的，将是油田污水处理工艺发展的方向。

1 油田污水常用工艺流程简介

1.1 油田污水来源和性质

油田污水主要来源于油气生产过程中所产生的地层伴生水，同时也会掺杂一些油气生产过程中产生各种污水、废水等，例如原油脱水站及联合站内各种原油储罐的罐底水、洗井作业水等，其主要污染物有伴生水中含有的原油及其他杂质，油气生产措施采用的各种添加剂，三采技术投用的化学调剖调驱药剂以及其他原油开采的辅助药剂等，同时油田污水含有大量的细菌。

油田污水主要含有5类杂质，分别为悬浮固体颗粒，胶体，分散油及浮油、乳化油、溶解物质等，其中悬浮固体颗粒包括泥沙（黏土、粉沙、细沙）、腐蚀产物及垢（CaO、MgO、FeS）、细菌（TGB、SRB）、有机质（胶质沥青质和石蜡等重质石油）；胶体主要泥沙、腐蚀结垢产物和微细有机物构成，物质组成与悬浮固体基本相似；分散油、浮油和乳化油是指油田污水中含有的原油；溶解物质包括无机盐类和溶解气体，其中溶解气体包括溶解氧、二氧化碳、硫化氢等。这五类杂质作为回注水时，主要危害体现在堵塞地层渗流孔道和腐蚀注水设备设施两个方面。

1.2 常见污水处理工艺流程

国内外含油污水处理工艺是基本相同的，主要分为除油和过滤两级处理，处理污水进行回注。目前，常用的油田污水处理的工艺为含油废水→隔油→浮选→过滤→回注或外排；部分油田在此基础上进行改造或改进，增加了生物处理或膜处理，进行深度加工，工艺出水水质完全达到了国家的水质排放标准，COD值能降到100mg/L以下，特别是超滤和反渗透等膜法水处理技术的应用，处理后的水质能达到回注和热采的水质要求，甚至可作为灌溉或饮用。

总体来说分为三级处理，一级处理有重力分离、浮选及离心分离，主要除去浮油及油湿固体；二级处理有过滤、粗粒化、化学处理等，主要是破乳和去除分散油；深度处理有超滤、活性炭吸附、生化处理等，主要是去除溶解油。

2 油田污水处理和应用方向

根据油田生产、周边环境等多种因素和需要，含油污水经处理后一般有三种处理方式：回注、回用、外排。回注时，满足油层对回注水水质要求。回用时，满足热采等措施用水的水质要求。外排时，则需要将污水处理到排放标准才能外排。

目前，大多数油田废水经处理后主要用于回注，基本不存在回用和外排，因此油田污水处理的主要目标是满足回注的要求。随着国内大部分油田进入三次采油期，废水的产生量不断增加，废水产出量大于回注水量，因此油田污水处理后应用方面也逐步发生改变，回用水量和外排水量的综合总体占比逐年增加。

2.1 油田回注水水质要求

油田注水的目的是通过一系列的注水管网、注水设备和注水井将水注入地层，使地层保持能量，驱替原油，提高采油速度和原油采收率。因此回注水需要满足三个要求：

（1）注入性：是指注入难易程度，当回注水的悬浮固体含量低、固相颗粒粒径小、含油量低、胶体含量少等水质要求满足时，其注入性好。

（2）腐蚀性：是指回注水对注水设备设施、注水管网等腐蚀性，主要因素有回注水的pH值、含盐量、溶解氧、二氧化碳含量、硫化氢含量、细菌和水温等。

（3）配伍性：是指回注水注入地层后，不影响注水效果、储层的物理性质如渗透率变差。主要表现为结垢和矿物敏感性两个方面。

2.2 回用水的水质要求

回用水的水质要求取决因回用水的用途，例如用于稠油热采的锅炉水需要满足锅炉水指标，场站绿化用水的《城市污水再生利用 绿地灌溉水质》（GBT 25499-2010）指标，化工工艺使用的纯水水质指标等。

2.3 外排水的水质要求

油田污水外排需要经过处理后，达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的油气田污水排放要求方可外排。

3.油田污水处理工艺发展目标分析

当前油田发展面临三大挑战，降本增效是核心思想，油田污水处理工艺也将围绕油田需要和企业发展进行改革，作者认为油田污水处理工艺目标可以分为以下几个方面：

（1）由于低渗透油藏基本为油田的主要潜力油藏，回注水水质需要进一步提高，针对不同油藏的注水水质要求，能供应匹配的回注水。因此，现有的油田污水处理工艺需要升级，满足当前新的回注水水质标准要求。

（2）由于油田进入三次采油期，废水的产生量超过主要潜力油藏的回注水需求量，额外的大部分水，需要外排处理，因此需要对油田污水进一步深化处理，达到绿化回用、中水回用和外排的标准。

（3）油田开发生产过程中，需要一些软化水、纯水等方面，例如蒸汽稠油热采所用的锅炉水，化工工业使用的循环水、水冷循环所用的冷却水等，软化水和纯水可以作为油田污水处理系统的副产品，供应给油田生产和周边企业的工业生产。

（4）油田污水含有大量的盐类矿物，部分油藏产出水的矿化度高，可以利用生产工业盐类或其他经济物质，例如青海柴西盆地北区的南翼山油田水矿化度高，属氯化钙型，以高氯低，富含B、Li、Br等为特征，可以进行油田深层卤水资源勘查和开发利用研究，并逐步推动以该卤水资源提取锂资源为主的综合利用产业化。

4.油田污水处理工艺发展的基本措施

在油田企业全面开展降本增效的发展方针前提下，油田污水处理工艺发展也将制定相应的基本方针，具体表现为以下几个方面：

4.1降低成本

在工艺设备方面，优化和升级现有工艺和设备，提升油田污水处理效果，减少运行费用，例如工艺设备的投资费用、化学药剂使用费、沉淀污泥的处理费、系统运行的电费等，多措并举，全面整体降低油田污水的处理费用。

在运行管理方面，优化运行过程管理模式，积极应用人工智能技术，提高油田污水处理系统的智能化程度和机械化程度，降低人工操作强度和数量，进而整体提高运行管理水平，降低人员成本。

在新的经济效益开发方面，立足于油田注水开发为基础，在满足供应油田多层次水质要求的回注水基础上，生产更高层次的水产品，例如软化水、纯水、浓缩盐水等，既可以满足油田开发过程中特种水的需要，也可以供应周边特种水需求的企业，进而提升油田污水处理的整体效率和降低成本。

在环境保护方面，合理优化污水处理工艺和设备，减少有害物质的产生，优化废弃物处理工艺和方案，合理回用和无害化处理，降低整体污水处理成本。油田污水处理过程中，最大的废弃物来源是沉淀过滤过程中，收集的含油污泥。在含油污泥的无害化处理方面，可以采用污泥调剖，既合理回用，也能辅助油田开发；也可以开发新的处理工艺，降低处理成本。例如现有的微生物好氧发酵处理的成本和效果，都好于焚烧填满工艺。

4.2工艺技术革新

在满足油田开发生产需要为目标，以油田污水为原料，研发最高效、低投入、环保的油田污水处理工艺，提供油田优质的回注水和特种水，同时生产具有经济价值的其他副产品，提高油田污水处理系统的效益。具体表现在两个方面，一是新工艺的开发，在油田污水处理各个环节，例如膜分离技术、生物处理技术、电脱技术、曝氧技术等，在油田污水的除油和除有害物质方面均有很好的表现，但是仍然需要处理效果更好、处理成本更低、更适用于油田的污水处理工艺，或者说需要对现有污水处理工艺进行优化和升级，提高处理效果，减少各方面的投入。二是新设备的开发，油田污水处理的每一个功能设备，提高污水处理的效率和效果，降低设备的运行和管理费用，降低人工操作量，向智能化、程序化方向发展。三是配套运行管理模式更新，即新的污水处理系统的智能化管理模式，减少传统工艺设备的大量运行人员和管理人员，采用全智能化的远程控制和远程监控模式以及精密的故障应急反应程序，提高系统操作速度和故障反应速度，提高污水处理系统运行效率和安全系数，减少人工成本。

4.油田污水处理工艺的发展趋势

现阶段，我国多数油田已进入开采的中后期，低渗透油藏在已探明的油藏中渗透率小于50md的占比例高达60~70%以上，国内原油开采主方向已逐步朝低渗透油藏偏移，回注水中的低渗透与中高渗透的总注水水量比值逐渐增大，需要油田污水深度处理，达到更高的回注水水质要求。因此油田污水的深度处理工艺开发和优化是当前油田污水处理工艺的发展方向。

我国多数油田已进入开采的中后期，采油废水的总量逐年增加，为了降低开采成本，需要提高注水有效率，即提高注水回报率，在降低低效注水量后，必然出现富余的油田污水需要外排或外用，因此增加污水处理的额外效益也是污水处理工艺的发展方向。

受当前国际超低油价和低迷的原油期货市场和我国节能减排战略等多方面影响，油田发展已进入长期的降本增效战略，因此开发最优的污水处理工艺，组合最经济、高效的污水处理工艺流程也是当前油田污水处理工艺的发展方向。

当前人工智能技术突破引领油气行业加速数字化转型，在油田污水处理方面人工智能也将体现巨大的动力，主要体现在污水处理系统智能化运行控制，加强运行管理，降低人工管理成本，提高出水水质稳定性。因此应用科学技术，开发智能化运行管理模式，从多方面降低污水处理成本也将是油田污水处理工艺的发展方向。

综上所述，由于油田污水处理技术繁多，效果也各不相同，目前，任何一种油田污水处理技术都存在一定局限性。例如，膜分离法的运用，在膜清洗中难度较大，会增加使用成本。化学絮凝法工艺成熟，但需要使用大量药剂，且污泥处理难度较大。生物技术具有更加独特的效果，随着各种新型微生物技术被研发和应用，净化效果更加明显，但存在管理困难，微生物驯养难度大等问题。污水处理工艺的发展趋势将体现在两个方面，其一是根据油田开发需要，处理工艺将朝深度处理和功能化处理发展，产品可以有低渗油藏的特性注入水、绿化和街道冲洗等方面的市政中水、软水、纯水、工业盐制品以及其他矿物（Li盐）等，可以深化污水处理的价值；其二是在降低污水处理成本（包括主运行成本、药剂成本、杂物清理成本、维护管理成本、人工成本等），优化工艺流程，提高污水处理效果，进而推进新的效果更好污水处理药剂和污水处理工艺的研发进程。

油田污水处理技术的广泛应用和深度开发不仅能辅助油田注水开发，提高和延续原油产能，提高油藏采收率，也可以使水资源得到充分利用，提高水资源的利用效率，并且可以缓解社会中水资源紧缺的局面。同时，在国家政策层面上要求加强油田企业绿化环保建设的大环境大趋势下，油田污水处理技术具有广阔的进步空间和发展前景。

参考文献

1.方贵友.油气田污水处理的方法和应用分析[J];化工管理;2018年07期

2.李春梅;王欢.油气田污水处理的方法及环境保护[J];化工设计通讯;2018年03期