1 项目概况作为我国勘探开发最早的油田,延长油田是世界上罕有的开发时间长、渗透率低 的特低渗砂岩油田,注水开发是延长石油延缓递减率、提高采收率的重要手段。多年 来,针对大量的油田采出水,延长油田在旗下 23 个采油厂全面配套了注水站,通过 收集和处理采油废水并用于回注,目前已基本实现了污水零排放的目标。 然而,由于特低渗油藏对回注水水质要求较高,现状注水站工艺的出水水质无法 达到相关回注水标准,本方案以 50003/d 的处理规模为例,就污水处理工艺、设备、 投资和运行成本等分别进行设计说明。 表 1 方案总览 处理规模 5000m3/d 项目 石油类 悬浮固体含量 悬浮颗粒物粒径中值 设计水质 COD pH 水温 硫酸盐还原菌(SRB) 腐生菌(TGB) 铁细菌(IB) 核心工艺 ℃ 个/mL 个/mL 个/mL 严重超标 单位 mg/L mg/L μm mg/L 500~1000 6~8 40~50 ≤10 100~1000 100~1000 6~9 进水 150 300 出水 ≤5.0 ≤1.0 ≤1.0
2 注水站污水处理现状错误!未找到引用源。油田含油采出水含有的主要污染物为石油类、COD、BOD、破乳剂、泥沙、各种 腐蚀、结垢物质如:CaO、MgO、CaCO3、CaSO4、FeO、FeS、硫酸盐还原菌(SRB) 、 腐生菌(TGB) 、铁细菌、重金属离子、阴离子、有机化合物等。这些污染物的存在, 需加入大量化学药剂,传统的处理方法难以到规定的标准,处理成本高,地层污染严 重。尤其是中国石油(陆上、海上)采用专家推荐、权威部门认可的注聚及三元复合 驱油技术已得到广泛应用并取得良好的经济效益。然而由于多种化学药剂的使用及采 出水水质本身的问题(高含盐、高矿化度、高腐蚀性等) ,使水质粘度增大,有机、 无机污染物增多,乳化现象严重,污泥絮体处理难度增大,运行成本增高。特别是含 有苯脂类及重金属的污水经回注或外排循环进入水源及土壤,对油田生态环境造成二 次污染及恶化。 1)含有多种有机物。含有多种原油有机成分和多种化学药剂,化学需氧量高, 有利于微生物的繁殖,容易造成腐蚀和堵塞。 2)高矿化度。高矿化度会加速管道腐蚀,并给污水生化处理带来困难。 3)含油量高。直接回注容易堵塞地层,外排会造成环境污染。 4)水中含有微生物。常见的有硫酸盐还原菌、铁细菌、腐生菌等,多数污水中 细菌含量为 102-104cfu/mL,细菌大量繁殖不仅腐蚀管线,而且还会造成地层严重堵 塞。 5)含有大量成垢离子。成垢离子容易使管道及容器内结垢。 6)悬浮物含量高。悬浮物含量高,颗粒微小,容易造成地层堵塞。2.2 设计进水水质我司对延长油田部分注水站进行了现场调查,目前各油井(除个别外)采出水基 本先进行现场沉淀,上清液通过集输管道进入注水站的污水处理系统,对川口、下寺 湾、西区采油厂的多个注水站进水进行了取样化验,得到了基本的水质指标信息,并 以此为依据确定了本方案的进水水质指标范围(表错误!未找到引用源。 ) 。
可见进水的含油量、SS、COD、浊度、各种细菌等均较高。 表 2 原水水质和设计进水水质 项目 pH 水温 石油类 SS 悬浮物粒径中值 COD 硫酸盐还原菌(SRB) 腐生菌(TGB) 铁细菌(IB) Cl单位 ℃ mg/L mg/L μm mg/L 个/mL 个/mL 个/mL mg/L 25000(17244~33589) 35000 635(150~880) 1000 23.2(2~127) 110(35~272) 实测均值 6.72(6.56~7.02) 设计进水 6~8 40~50 150 300实际进水形态如图错误!未找到引用源。所示,原水呈深黑色、有恶臭、不易沉 淀,水质较差。图 1 油田采出水形态
2.3 采出水处理工艺流程各注水站采出水处理的现状工艺略有不同, 基本可概据为图错误! 未找到引用源。 所示流程:进站污水分别经过自然除油、旋流分离、混凝除油,逐级降低含油量和部 分悬浮物,再经过油水分离、改性纤维球过滤、PE 烧结管过滤器,进一步去除悬浮 物和少量油。图 2 现状工艺流程2.4 低渗透油田注水要求延长油田是陆上典型的低渗透油藏,目前低渗透储量已占到 80%以上,绝大多数 是渗透率在 1.0× 10-3μm2 左右的特低渗储层,其主要特点是地层渗透率低、流体通过 能力差、有效孔隙率低、孔道弯曲且孔喉径小。 注水是低渗透油藏开发的主要方式, 注入水的水质会直接影响储层, 主要表现为: 1)固体悬浮物的存在会导致孔喉道堵塞,使注水压力增加、注水量减少、采油 量降低; 注水压力的升高一方面对设备管线造成威胁, 另一方面造成储层微裂缝开启, 产生储层油水不恰当流动和驱替现象,大大降低采收率和采油量。悬浮物还可能使注 水井井筒形成滤饼、堵塞射水孔和出油孔、抬高井底等。 2)油田采出水中一般含有硫酸盐还原菌(SRB)、腐生菌(TGB)和铁细菌等,当条 件适宜时细菌会大量滋生。细菌的滋生使水发黑发臭、悬浮物增加、水质变差,还会 对设备管线造成生物腐蚀。 3)高含盐量或高矿化度将造成管线设备的化学腐蚀和结垢,同时化学腐蚀和生
物腐蚀相互促进将使腐蚀的速度大大加快。 4)较高的含油量一方面影响过滤效果,另一方面可能会黏附积聚在注水井井壁 使注水井吸水能力下降,注水压力增加。 当前对于油田回注水,各大油田执行的是国家能源局发布的《碎屑岩油藏注水水 质推荐指标》(SY/T5329-2012)(代替 SY/T5329-1994) ,依注入层空气渗透率不同, 其各项控制指标如表错误!未找到引用源。所示。 表 3 推荐水质主要控制指标 注入层平均空气渗透率 悬浮固体含量 控 制 指 标 悬浮物颗粒直径中值 含油量 平均腐蚀率 SRB IB TGB 注 1:11.5 ≤30.0 ≤5.0 ≤50.02.4 现状出水水质根据对某些注水站处理后出水的取样测定结果,其石油类、 SS 和细菌指标均较 高,远不能达到表 3 中的回注标准。这主要由于,传统工艺流程的处理精度有限,一 般对较大颗粒能起到滤除作用,出水悬浮物、石油类还会有一定透过,若要达到出水 水质“511”的要求,则需要更高精度的工艺方能实现。因而本方案引进先进的、更 高精度的技术设备, 采用优化的工艺组合, 缩短工艺流程, 有效去除石油类和悬浮物, 降低颗粒物含量和粒径中值,杀灭各类细菌,以期使各项水质指标达到特低渗油藏回 注标准。
3 工程设计3.1 设计原则和依据本方案的设计思路:在传统预处理工艺流程基础上,增加电絮凝及超滤膜系统及 相关配套系统,集中解决悬浮物、含油、腐蚀性菌的问题,全面实现出水水质达标。 ? 安全性 设计科学和合理, 设备质量可靠, 充分考虑水质水量波动及故障工况, 合理备用; ? 可靠性 选用质量可靠、性能优秀的产品,选择经过长期实际应用、在业界拥有良好信誉 度的品牌; ? 经济性 在保证质量和安全可靠的前提下,降低系统造价和产水成本,达到性能价格比的 最优化,充分发挥建设项目的社会效益、环境效益和经济效益; ? 先进性 工艺确定在确保功能可靠、运行稳定、灵活性强、操作管理方便的前提下,尽量 采用简便易行的处理工艺,降低工程投资和运行费用,取得较好的处理效果。 表 4 设计依据 名称 《超滤膜组件技术手册》 《室外给水设计规范》 《建筑给水排水设计规范》 《给水排水构筑物施工及验收规范》 《水处理设备制造技术条件》 《压力容器安全技术监察规程》 《钢制焊接常压容器》 《低压配电装置及线路设计规范》 《自动化仪表选型设计规定》 标准编号及版本 2011 年 7 月 GB 50013-2006 GB 50015-2003 GBJ 141-90 JB 2932-99 质技监局锅发[1999]154 号 JB/T 4735-1997 GB 50054-95 HG/T 20507-2000
《仪表供电设计规定》HG/T 20509-2000《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》 SY/T 5329-943.2 设计出水水质和工艺流程表 5 出水水质指标 项目 悬浮固体含量 悬浮物颗粒直径中值 含油量 平均腐蚀率 SRB IB TGB 注:12500mg/l时,打
开催化氧化塔进水阀门,合上潜污泵(B-4)电源开关(此泵为自动潜污泵,通过浮球的位臵控制启动与关闭),同时关闭进水阀以外的其它接管线阀门。进水时要密切注意塔内水位,当水位到达液位计1/4~1/3处时
即停止进水,关闭进水阀门。
进水完毕即打开相应蒸汽阀门及压缩空气阀门,观察塔内水温,当水温升至50-80℃时,即调整蒸汽阀门开启大小,将塔内水温维持在80℃左右,反应4h后,打开出水阀门启动立式离心泵(B-6)将塔内水泵至配水池中。至此一周期宣告结束。开始进入下个周期的操作。
(7)药剂配臵:
a. 石灰配臵:
将1#加药装臵溶药罐放水至有效位臵,同时打开加药1#搅拌,在搅拌的情况下向其中投入2包生石灰。在其过程中由于CaO与水反应生成Ca(OH)2而放热导致罐体温度升高属于正常现象。当反应完毕充分搅拌后将之放至储药罐中。
b. 絮凝剂配制:
将2#加药装臵溶药罐放水至有效位臵,同时打开加药2#搅拌,在搅拌的情况下向其中投入2包25Kg/袋聚合氯化铝,待搅拌使之充分溶解后再放至储药罐中。
3.2生化部分
生化部分从调节池至SBR池结束,具体操作方法如下:
(1)开启低浓度废水提升泵(B-14)的电源,使物化出水和低浓度废水
按设计比例于调节池(A-5)中进行混合调节至均质。控制其CODcr在1000~1500mg/L。
(2)调节池废水通过立式离心泵(B-7)泵入水解酸化池(A-6)。
(3)水解酸化池(A-6)废水通过自流进入SBR池进行好氧生化处理。 并最终排放。
(4)在此系统中污泥回流与剩余污泥排放装臵共用一个体系,在SBR池
底部留有污泥泵(B-8)兼作回流和剩余污泥排放装臵,每班间隔开启一次回流泵3小时,将污泥回流前段进口,以维持前段所必需的生物量。
(5)当生化池表面起泡沫时,可用自来水冲洗或适当加一点消泡剂以消
除泡沫。
(6)SBR池操作:
SBR位序批式活性污泥处理系统。SBR操作分以下几个工序:
a.流入工序(即进水阶段):
在污水注入前,反应器内处理后的废水已经排放,器内残存着高浓度
的活性污泥混合液。此工序采用非限制曝气,即进水同时进行曝气。时间段为3h。
b.反应工序(即曝气反应阶段):
这是最主要的一道工序,污水注入达到有效高度后即开始反应操作。
此阶段占用时间为6h。
c.沉淀工序(即停气沉淀阶段):
本工序相当于活性污泥连续系统的二次沉淀池。停止曝气,使活性污
泥与水分离。此阶段占用时间为2h。
d.排放工序(即排水阶段):
经过沉淀后产生的上清液作为处理水排放,一直到规定排放水位。此
阶段时间段为1h。
故SBR操作周期为12h:其中进水3h;曝气反应6h;沉淀2h;排水1h。
四、工艺过程中的监测点
生产废水接受池需控制CODcr≤10000mg/l、SS≤3000 mg/l,调节池内废水CODcr 控制在1000~1500mg/l,PH:7~8。SBR池出水为最终出水:
CODcr≤100mg/l ,SS≤200mg/l,PH:6-9。