海外河油田含聚合物采出水处理试验研究

Posted 2023-01-12 聚合物

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随着海外河油田二次采油和三次采油相结合的采油技术的大面积应用，含聚合物(聚丙烯酰胺)采出水大量产出。含聚合物采出水具有黏度大、油含量高、乳化稳定的特点，传统的采出水处理方法及设施无法使采出水处理达到油田注水的水质标准。在对海外河油田含聚合物采出水水质分析和微生物处理可行性分析的基础上，进行了微生物处理试验，试验结果表明，经生化(微生物+沉淀)处理的采出水能够达到油田注水水质标准的要求，对今后进行现场中试具有指导意义。
随着海外河油田聚合物驱油技术的大面积应用，产生了含聚丙烯酰胺采出水的处理问题。产出液中聚合物浓度高，传统的三段式采出水处理工艺已不能满足生产需要。目前，国内外含聚合物采出水处理技术从3个角度进行解决：一是，选用高效絮凝剂，提高含聚合物采出水中胶体的聚并效率；二是，研发截污量大、除油能力强、过滤速度快的新型滤料；三是，改进沉降罐结构，增加油水分离效率。其中最简便的方式就是在现有工艺系统的基础上，研究出针对含聚合物采出水的高效絮凝剂，从而避免耗费大量资金增建处理设备。
1.海外河油田聚合物产出情况
随着海外河油田“2+3"采油(二次采油和三次采油相结合的一项过渡技术)试验的深入，在提高原油产量的同时也增加了含聚合物采出水的处理难度。随着聚合物溶液的注入，海一联合站采出水中因含有聚合物，水中油滴及固体悬浮物的乳化稳定性增强，进而导致油、水分离难度加大，海一联合站采出水水质达不到注水指标(见表1)。

2.含聚合物采出水处理试验
2.1聚合物对含油采出水处理的影响
聚合物驱采油采出水与水驱采油采出水的最大差别是其中含有聚合物。由于聚合物的存在，使得这种采出水具有一些独特的性质[2-4]。在采出水中聚合物的质量浓度小于600mg/L，相对分子量为200万～500万。聚合物对含油采出水处理的影响主要体现在：一是含油采出水黏度增加；二是采出水的油珠变小；三是干扰絮凝剂；四是携带泥沙。
2.2微生物处理技术原理
含聚合物采出水处理主要有微生物法、水力旋流分离器+双向过滤器法、光化学氧化法、膜分离法等处理工艺，所有新工艺开发中以微生物处理法应用最为广泛。利用微生物的生物化学作用将采出水中复杂的有机物分解为简单的物质，从而使采出水得到净化。
在含聚合物采出水中通过投加特定的微生物菌群，促生污染物的降解能力，从而提高采出水处理系统去除有毒有害、难降解化学物的能力。通过与采出水中微生物间的竞争形成优势菌群，同时在不断的竞争中又提高了生物群抗毒抗冲击的能力，使采出水中能够快速建立一条有效降解苯系类、烃类、脂类、萘类等有机污染物的生物群。微生物有着很高的繁殖率，其通过水合、活化、氧化、还原、合成，把复杂的有机物降解为简单的无机物，最终产物为H2O和CO2。微生物以采出水中有机污染物为营养并获得能量，实现自身的新陈代谢，从而达到净化采出水的目的。
2.3微生物处理技术应用条件
适应环境温度：10～45℃(最佳为25～35℃)；运行压力：常压(也可在≤0.3MPa条件下运行)；溶解氧≥2mg/L；一般进水水质条件：pH值为6～9，油含量为20～1000mg/L，悬浮物含量为50～300mg/L，硫化物≤100mg/L，含聚合物浓度≤300mg/L，超过浓度需延长水力停留时间，矿化度≤150000mg/L；一般水力停留时间：4～10h，根据实际试验情况决定。
2.4试验工艺
海一联合站含聚合物采出水进行了高效生化(微生物+沉淀)处理工艺试验，试验装置由缓冲水箱、生物接触氧化池和沉淀池3部分组成[6，7]。
采出水处理工艺流程见图1。采出水进入缓冲水箱，通过生物接触氧化池的曝气和微生物的作用，将采出水中的大部分有机物分解代谢，静置沉淀一定时间后，出水。设计进水水质：油含量为20～1000mg/L，水温≤40℃，悬浮物含量≤300mg/L，pH值为6.0～9.0；设计处理后水质指标：油含量≤5mg/L，悬浮物含量≤5mg/L，粒径中值≤2μm。

2.5试验效果
采用微生物+沉淀处理工艺处理前后水质对比见表2。从表2可以看出，不同水质的水样经生化处理后水质油含量和杂质含量均达到油田注水标准。各水样的油含量为5～365mg/L，经微生物处理后，油含量为1～6mg/L，去除率为99.3%；悬浮物含量为42～527mg/L，经微生物处理后，悬浮物含量为1～10mg/L，去除率为98.1%。

为了进一步研究微生物处理含聚合物采出水的处理效果，对采出水的其他项目进行了检测，检测结果见表3。

从表3可以看出，在处理含油和悬浮物的同时，有效去除铁含量、硫化物和部分COD(化学需氧量)，但由于微生物处理，导致细菌个数增加。
3.微生物处理法与物化处理法对比
物化处理技术工艺流程：采出水→沉降除油→气浮浮选→混凝沉淀→核桃壳过滤→二级过滤→出水。微生物处理技术工艺流程：采出水→沉降除油→微生物反应池→二级过滤→出水。物化处理技术比微生物处理技术工艺复杂。物化处理、微生物处理工艺出水水质比较见表4。

物化处理工艺需要投加大量的有机或无机破乳剂、聚凝剂、杀菌剂，使油田采出水水质变得越来越复杂，给采出水处理带来困难；同时，产生的污泥量大，易造成二次污染；出水水质不稳定；悬浮物、细菌、粒径经常超标，长期运行后带来的问题是：管道腐蚀严重，容易结垢堵塞，严重时会引起地层堵塞，注水压力上升，注水量减小，直接影响采收率。
采用微生物处理含聚合物采出水具有流程简单、操作方便、处理效果好的优点。使采出水的结垢情况有所改善，减轻了对后级管道的腐蚀；剩余污泥量少，无二次污染；出水水质稳定，避免了常规工艺水质波动大的弊病；整个系统不需加任何药剂，操作简单，降低了运行成本。
4.结论
通过试验情况及分析数据表明：微生物处理含聚合物采出水，在工艺和技术上要优于目前油田采用的物化处理法，对油田复杂成分的采出水处理适应性更强，同时可以有效降低后续采出水深度处理的难度。
专性微生物联合菌群，不需要现场长时间驯化，水质稳定快；经微生物处理后，采出水中的有毒有害物质得到彻底降解，其最终产物为H2O和CO2等无机物，可减少由于加药处理使采出水进一步复杂化的现象。
系统无需投加絮凝剂，运行成本低于原物化处理工艺，而且运行时间越长，效果越好，水质越稳定，成本也越低。
经微生物处理后的污泥易于处理，可直接外运，无二次污染。
由于采出水中油、悬浮物等有机污染物已基本降解，矿化度降低，更有利于稀释聚合物，可以提高注入体系的黏度，具有潜在的经济效益。