油田采出水处理工艺

一、概念

油田采出水是指在采油过程中，由于注水和提高采油率等因素，使得地下水被推动、溶解并随同油一同涌出地面的一种水。

二、来源

地下水的自然涌出：在油田开采过程中，由于油井的钻探和油层的压力变化，会导致地下水被推动并与原油一同涌出地面。这些地下水包含了地下含水层中的水分，随着原油的开采而一起被采出。

注水开采法：为了提高油田的开采效率和采收率，常常采用注水开采法。这种方法是通过向油层中注入大量的水，增加油层的压力，使原油更容易被采出。注入的水通常是经过处理的清水或地下水，它们在油层中与原油混合，一同被采出地面，形成油田采出水。

油田生产过程中的排放水：在油田生产过程中，还会产生一些排放水，如洗井污水、设备清洗水等。这些水也含有一定量的原油和污染物，成为油田采出水的一部分。

三、特点

油田采出水具有一系列独特的特点，这些特点对于其处理和再利用具有重要的指导意义。以下是油田采出水的几个主要特点：

高含油量：油田采出水中通常含有一定量的原油和石油类化合物，这些物质的含量往往较高，导致水质呈现出明显的油污染特征。

高悬浮物含量：由于油田地质条件和开采工艺的不同，采出水中常含有大量的悬浮物，如泥沙、黏土颗粒、矿物杂质等。这些悬浮物不仅影响水质，还可能对处理设备和管道造成磨损和堵塞。

高盐度：油田采出水往往具有较高的盐度，包括溶解的无机盐类（如氯化钠、硫酸盐、碳酸盐等）和有机盐类。高盐度不仅增加了水处理的难度，还可能对生态环境造成不良影响。

高有机物浓度：油田采出水中含有多种有机物质，如烃类、酚类、醛类、酮类等。这些有机物的存在使得水质更加复杂，处理难度加大。

水质波动大：由于油田开采过程中油井产量、水质等因素的变化，油田采出水的水质也会发生波动。这种波动不仅影响水处理的稳定性，还可能对生态环境造成不可预测的影响。

腐蚀性强：油田采出水中可能含有硫化氢、二氧化碳等腐蚀性气体，以及某些具有腐蚀性的盐类和酸类物质。这些物质会对金属设备和管道造成腐蚀，缩短使用寿命。

难以生物降解：油田采出水中的某些有机物质具有难以生物降解的特性，如多环芳烃等。这些物质在环境中难以自然降解，可能对生态系统造成长期影响。

针对油田采出水的这些特点，需要采用适当的处理方法和技术手段，如物理法、化学法、生物法等，以降低其污染程度，实现资源化利用和达标排放。同时，还需要加强油田采出水的监测和管理，确保其不会对环境和生态系统造成不良影响。

四、成分

固体悬浮物：油田采出水中含有固体悬浮物，一般粒径为1～100微米。

原油：每立方采出水中通常含有1-2公斤的原油。

溶解物：主要包括可溶盐类物质，这体现了油田采出水矿化程度高的特点。

微生物：油田采出水中还含有微生物，如腐生菌（TGB）、硫酸盐还原菌（SRB）和铁细菌等。

有机物成分：包括絮凝剂、破乳剂和驱油剂等，这些有机物使油田采出水表现出有机物多样性的特性。

离子组分：油田采出水的离子组分非常复杂，除常见的离子外，还包含有气体成分、有机组分及微量元素。并且，水中离子的特点还有区域性，不同地方的硫酸盐或氯根差异很大。

此外，油田采出水中还加有表面活性剂等助剂，能改变水的表面张力和石油的亲水性，使油和水可慢慢聚集起来，便于抽至地面。

五、危害

油田采出水的危害主要表现在以下几个方面：

降低油藏采收率：油田采出水中的水分和杂质会降低油藏的采收率，使得开采难度增加，开采成本上升。

降低注水驱油效率：在注水开采法中，油田采出水若未经适当处理，其中的杂质和有害物质会堵塞注水管道和地层孔隙，降低注水驱油效率。

油井大量出水、出砂严重：油田采出水的大量涌出可能导致油井出砂更为严重，进一步影响油井的正常生产。

加重脱水泵站负担，增加污水处理量：油田采出水含有大量的水分和杂质，需要经过脱水泵站进行脱水处理，增加了脱水泵站的负担。同时，采出水中的污染物也需要进行污水处理，增加了污水处理量。

消耗地层能量，增加生产成本：油田采出水会消耗地层能量，使得油田开采更加困难，增加了生产成本。

危害采油设备：油田采出水中的有害物质会对采油设备造成腐蚀和堵塞，缩短设备的使用寿命，增加维修和更换成本。

对环境的污染：

浮油污染：油田采出水中的浮油会形成油膜，阻碍大气复氧，断绝水体氧的来源。

乳化油和溶解油污染：这些油类在分解过程中消耗水中溶解氧，使水体形成缺氧状态，水体中CO2浓度增高，pH值下降，影响鱼类和水生生物的生长。

土壤污染：油田采出水流入土壤后，会在土壤中形成油膜，阻碍土壤微生物的增殖，破坏土层团粒结构。

生物处理系统影响：进入生物处理系统的含油污水如果浓度过高（通常不能大于30mg/L），会影响活性污泥和生物膜的正常代谢过程。

综上所述，油田采出水不仅会对油田开采本身造成负面影响，还会对环境和生态系统造成严重的污染和破坏。因此，对油田采出水进行妥善处理和回用，对于保护环境、提高油田开采效率具有重要意义。

六、传统处理工艺

6.1 工艺流程

6.2 工艺缺点

1) 油水分离效果不明显：

由于有时加药时的浓度以及沉降时的温度都没有达到标准，导致油水分离效果不佳。对斜板罐无法实行定期清理，以及对明水的控制不符合标准，也会导致采出水中含油以及机杂，增加了后续处理的难度。

2) 设备腐蚀和堵塞问题：

硫化物、细菌在采出水中的含量较高，对污水处理的设备造成严重腐蚀，缩短了设备的使用寿命。碳酸钙沉淀如果不及时处理，会形成坚硬的石灰垢，长期堵塞管线，降低采出水的流量，影响设备的正常运行。

3) 处理效率不足：

随着后期采出水量增加，导致处理水量不及时，需要增大采出水系统的规模，增加了投资和运营成本。除油罐收油不及时，会导致筛管堵塞，进一步影响油水分离效果。过滤罐方面，滤料板结会导致过滤效果降低，影响水质达标。

4) 环境污染问题：

采出水经过处理会产生大量的污油泥，由于目前污泥回注点处理能力不足，无法快速处理污泥，存在环保安全隐患。如果处理后的水质不达标，直接排放到环境中，会对土壤和水体造成污染，影响生态环境。

5) 技术限制：

对于稠油采出水，由于其粘度较大，开采和处理都十分困难。虽然可以采用高压蒸汽法开采稠油，但后续采出水的处理难题主要在于采出水中含有大量油，增加了废水净化难度。对于低渗透油采出水，地层堵塞是一个主要问题。要想优化采出水技术，需要调整低渗透油的滤膜系数，这增加了技术难度和成本。

聚合物驱采废水中的高分子聚合物会使采出水的粘度加大，导致油与水两种物质很难顺利分离开来，进一步增加了处理难度。

七、新型处理工艺

7.1工艺流程

目前常用的预分水技术主要通过重力沉降、旋流、气浮、热化学等单一技术、以上两种或两种以上技术之间的组合实现，代表性的技术主要有仰角式油水分离技术、串联式水力旋流器分离技术、高效三相分离技术及低温破乳技术等，尚缺乏将柱状旋流分离器与水力旋流分离器相结合的系统研究，也缺乏一体化装置之间参数匹配的的设计方法。

科力迩公司以专利的CDFU旋流容器气浮除油器为核心，辅以不同精度的过滤器，设计出了两套井口采出液短流程处理回注工艺，器工艺流程图如下图所示，

· 方案一：采出液经两相分离器预处理后，水相排出含油污水进入两级HAC+两级CDFU进行除油、除悬浮物，污油进入污油收集罐，废气去火炬或天然气管网，出水进入两级活性滤料过滤器过滤，出水达到回注水标准后进入回注水罐，过滤器反洗水用回注水罐水，出水经污泥脱水设备压滤，泥饼袋装外运。方案一工艺流程图

· 方案二：采出液经两相分离器预处理后，水相排出含油污水进入两级HAC+两级CDFU进行除油、除悬浮物，污油进入污油收集罐，废气去火炬或天然气管网，出水进入循环水罐，循环水罐浓水进入CDFU,浮渣经污泥脱水设备压滤，泥饼袋装外运，CDFU出水回到循环水罐，循环水罐进入SIC膜过滤器进行过滤，出水达到回注水标准后进行回注。

方案二工艺流程图

7.2工艺特点

以上两套采出水处理工艺相较于常规工艺具有以下特点：

· 流程短，效率高，抗冲击性强，出水稳定达到水质要求；

· 无药剂，纯物理破乳分离技术，无老化油，无二次污染，环保效益好；

· 采用两级旋流分离器+两级旋流溶气气浮做前处理，抗冲击性强，保证了后续工艺稳定可靠运行；先进过滤技术，过滤精度高，效果好，抗冲击性强，滤料寿命长，确保水质稳定达标；

· 撬装化，占地面积小，适合对空间要求高如海上平台等场合；

· 全自动化、信息化运行，可远程监控，少人工，运维便捷且成本低。

7.3应用实例

中石油某联合站回注水处理撬如图所示，该套工艺A1级出水含油量≤5mg/L，悬浮物含量≤1mg/L，A2级出水含油量≤6mg/L，悬浮物含量≤2mg/L.

中石油某联合站回注水处理撬