油田采油废水处理方法研究_徐驰.pdf

第 52 卷第 2 期 辽 宁 化 工 Vol.52，No.2 2023 年 2 月 Liaoning Chemical Industry February，2023 收稿日期收稿日期：2022-08-09 作者简介作者简介：徐驰（1997-），男，辽宁省锦州市人，硕士在读，研究方向：污水处理。油田采油废水处理方法研究 徐 驰（沈阳建筑大学，辽宁 沈阳 110168）摘 要：采油废水成分复杂，极难处理。采油废水按处理方法原理的不同主要归纳为物理法、化学法、物理化学法和生物法。介绍了采油废水及其外排和回注标准，并论述了四种方法处理油田采出水的优缺点及适用条件。关 键 词：采油废水；物理法；化学法；生物法 中图分类号：X131.2 文献标识码：A 文章编号：1004-0935（2023）02-0306-04 含油污水是指在石油和天然气分离、脱水后，随着原油流入地层而形成的污水。在生产过程中，除含原油外，还存在各种盐类、有机物、有害气体及大量的悬浮物，并在石油、天然气开采、运输过程中加入多种化学药剂。由于其盐度高，微生物数量多等特性，是一种独特的极其难降解的有机废水。原油是以油滴形式存在于油田采出水中，按其粒度可划分为 4 种：浮油：颗粒直径超过 100 m。分散油：颗粒直径 10100 m。乳化油：颗粒直径 0.110 m。溶解油：颗粒直径小于 0.1 m。油田采出水中，存在着上述四种分散性的油珠，各自所占比例不同。1 油田采油废水的危害 1.1 油田回注水存在的隐患 油田回注水是通过注水井对储层进行注水，以补偿因开采而产生的地下亏空，维持地层压力，提高采收率。但是，污水中含有的大量石油和悬浮物质会堵塞地层，同时，水中的各种有害微生物也会侵蚀管线，影响油田的开发。1.1.1 对洗井次数的影响 含油污水中的机械杂质、油、垢离子等杂质会在井口附近堆积，从而形成滤渣，导致孔眼狭窄、堵塞，阻碍微粒深入。滤饼积聚过多会降低吸水率，提高注水压力，进而降低采收率。1.1.2 对地质结构的影响 回注水对地质结构的破化主要体现在两方面，一是由于渗透性的作用回注水向周边土壤渗透，引起土壤 pH 值的突然变化，造成土壤的酸碱化。另一方面，回注水和地层水的互不兼容，会造成地层岩石堵塞、腐蚀、结垢，从而影响油田的渗透率和采收率。1.1.3 对回注设施的影响 高离子和高矿化度的回注水都能提高水的导电性能。与金属接触的时间越长，就会产生原电池腐蚀、二氧化碳腐蚀、硫化物腐蚀和氯离子腐蚀等；腐蚀产物会导致套管的堵塞，从而降低吸水性。1.2 外排的危害 油田采油废水不经处理直接外排，污水中所含的各种难降解的有机物质和无机物质将对周围土壤、水体、大气产生难以恢复的影响。1.2.1 土壤污染 污水渗入土壤后，会在土壤表层及孔隙中产生一层油膜，从而破坏土壤的团粒结构；渗透率下降，对微生物生长繁殖有一定的影响。此外，由于污水中的油脂附着在农作物的根上，也会对农作物的生长产生不利影响。1.2.2 水体污染 油田采油污水中含有大量石油类污染物，排入水体后，会形成一层油膜，并在水中扩散。由于油膜的阻隔，水中的 DO 得不到及时补充，从而造成大量的生物窒息死亡。原油中的多环芳烃、石油类、苯和酶等有机污染物进入水中，被水中生物吸附富集后导致生物产生变异，最终通过食物链危害人体健康。1.2.3 空气污染 油田采油污水在扩散形成油膜后，会挥发产生大量的有毒、有害物质，从而对环境和大气产生不DOI:10.14029/ki.issn1004-0935.2023.02.016第 52 卷第 2 期 徐驰：油田采油废水处理方法研究 307 利影响。2 采油废水处理方法 油田采油废水根据原油生产过程中的特征，从油、悬浮固体、大分子有机物等方面进行处理；对其进行脱盐、硬度降低等处理。含油量和悬浮物是影响采油废水化学特性的重要因素。当前，采油废水的回收利用方式有以下几种：1）外排：污水经处理后，各项指标符合国家标准后，可直接排放。2）回注：油田采油废水经高效工艺处理后，可满足回注要求，并可回注至原有地层或其它油田。国内油田采油污水经处理后，90%以上的污水都被用来进行回注。3）油田作业：在油田开采过程中，可以采用处理后的采油废水进行清洁和维护。4）其他：经过深度处理的油田采油污水可以被用来灌溉农田，畜牧养殖，甚至可以用作饮用水。通过对国内外有关含油污水处理的研究，本文将其归结为四大类：2.1 物理法 物理法主要有重力分离法、物理吸附法、蒸馏法、膜法等。物理处理技术是以机械或液体的剪切作用为基础，对污水中的油类、悬浮物进行脱除。2.1.1 重力分离法 重力分离法中的自然沉降法、解吸法、水力旋流法、气浮法等是目前国内外研究热点。重力分离技术运行稳定，维护管理方便，成本低，适应性好。但其不足之处在于难以实现自动化，且不适于大规模油田污水处理。2.1.2 物理吸附法 活性炭，高分子材料，有机粘粒，树脂，分子筛等多孔介质对含油污水中的有机物具有良好的吸附性能。物理吸附法对油田采油废水中的石油烃具有良好的去除效果。2.1.3 膜处理法 膜工艺是一种新型工艺。它的分离效率高，出水稳定，水质优良，具有操作简单、自动化程度高等特点。Motta1提出了一种聚结微滤技术，用于降低采出水含油率，使处理后的水满足回注或排放要求，或将其回收利用。该聚结器是一种具有0.431.28 mm 的空心纤维膜的阳离子交换树脂。试验结果显示，在稳定情况下，聚结器除油率为36%48%，联合工艺除油率可达到 96%。出水含油量不超 8 mgL-1，不仅能满足回注水的要求，也可以回收利用。2.2 化学处理法 化学法可以将含油废水中的乳化油进行有效去除，经过化学处理，可以将废水中的污染物变成无害物质，保证水质达到一定的标准。采用化学法进行采出水处理，出水基本满足排放要求，或达到油田回注要求。但是，该工艺一般成本较高，且能量消耗大。目前比较常见的化学法主要有电化学处理法、盐析法和化学破乳法。2.2.1 电化学处理法 王兵2等利用电化学技术对油田三次采油中的聚驱采油废水进行处理，并对酸碱值、反应时间、电流强度等因素进行分析。结果显示：pH 值为 3.25,COD 去除率达 85.03%，HPAM 去除率达 98.66%；在 0.8 A 电流强度下，COD 和 HPAM 的去除率分别可达 85.24%和 99.63%；当 pH 值为 3.25，电流强度为 0.8 A 时，COD、HPAM 的去除率随着时间的推移而增大，并在 30 min 后保持稳定。2.2.2 盐析法 其工作原理是向废水中注入一定量的盐，从而使油与水之间的双电层间的厚度减小，使油在不稳定状态下相互聚集。该方法具有操作简便、费用低廉等优点。2.2.3 化学破乳法 所谓破乳法，就是将化学药剂加入到废水中，经过水解，生成带正电荷的胶体，与乳化油发生电化学反应，降低其表面电势。在经过处理后，可以使油颗粒聚集，颗粒直径增大，同时浮力也随之增大。这样，就可以有效实现油水分离。2.3 物理化学法 气浮法、混凝法、吸附法是物化法中最常见的方法。气体通入废水后，会形成大量的分散泡沫，与水体中的疏水型固体、液体颗粒形成水-气-粒子三相混合体系。物理化学法可以应用于预处理和深加工。这是目前油田常用的一种处理方法。其处理效果良好，但在长时间的使用中会产生二次污染，产生大量淤泥，给环境带来新的问题。强化此工艺，寻求新的环境治理途径是当务之急。2.4 生物法 生物法主要有好氧、厌氧和自然生物法。其主308 辽 宁 化 工 2023年2月 要功能是将污水中的有机物转化为微生物的生命物质，从而将废水中的污染物转移到微生物体内，达到一定的处理效果。2.4.1 好氧生物处理法 在有氧环境下，通过好氧微生物（兼性微生物）对有机物进行生物代谢，使其稳定、无害化。好氧生物工艺有两大类：一是生物膜法，二是活性污泥法。生化法通常占地空间大，作业周期长。出水能够满足油田排水标准，但难以达到回注水标准。由于其本身存在的缺陷，以及其生长周期较长等原因，目前还没有得到普遍应用。李继红3在聚驱采油污水处理中采用膜生物反应器。以含油量、COD、HPAM 为主要污染物，考察了 MBR 工艺中的水停留时间、温度、溶解氧等因素对 MBR 工艺的影响。实验结果显示，在温度30，DO 24 mgL-1条件下，对石油、COD、HPAM的去除率分别为 96.7%,78.9%,75.0%。2.4.2 厌氧生物处理法 在厌氧状态下，污水中的厌氧菌（兼性厌氧菌和专性厌氧菌）可以利用生物降解的方式将污水中的难降解有机物转化成低分子量的有机物质或无机物质。厌氧生物处理工艺是一种非常高效的处理方法。厌氧生物处理工艺可以使污水中难以直接降解的多环芳烃和其他有机物，转化为醇、有机酸，同时还能去除一部分 S2-，从而改善采油污水的可生化性。3 结 论 通过对四种油田采出水处理方法的研究，得出如下四个结论：1）二级处理单元处理过程中一般采用物理法，只能去除部分悬浮物和乳化油，无法满足采油废水处理日益复杂的水质要求。2）化学处理法处理效率高，污水基本能达到排放标准，甚至达到油田注水标准。但该方法成本高、能耗高，且大部分技术仍处于实验室或中试阶段。3）前处理工艺和深度处理工艺可采用物化法。这是目前大部分油田普遍采用的处理工艺。4）生化法一般占地面积大，工作时间长，有二次污染，且耐盐、耐聚合物微生物难以培养和繁殖，目前在油田采出水处理中没有得到广泛使用。参考文献：1MOTTA A,BORGES C,ESQUERRE K，et alOil produced water treatment for oil removal by an integration of coalescer bed and microfiltration membrane processesJ.Journal of Membrane Science，2014，469(7)：371-378 2王兵,李洁,任宏洋电化学法处理聚驱采油废水的研究J.安全与环境学报，2015，15(6)：245-249 3李继宏,胡筱敏,李亮.膜生物反应器处理聚驱采油废水研究J.环境污染与防治，2013，35（2）：28-33.4殷硕，郝兰锁，吴涛油田反相破乳剂及其配套技术在油田现场的应用研究J.辽宁化工，2022，51(4)：508-511 5 陈春燕 原油脱水技术研究进展J.辽宁化工，2019，48(6)：546-547 6王永军，李成成，郭海军，等聚丙烯酸酯乳液类反相破乳剂除油机理J.当代化工，2021，50(2)：352-356 7肖峰曹，智鹏，马文杰，等含油污水高级氧化技术研究与应用进展J.辽宁化工，2018，47(11)：1134-1137 8刘星油田回注水水质的问题与应对J.化工管理，2022（14）：213-214 9杨瑞，张翻含油废水处理技术进展J.当代化工，2018，47(08)：1695-1697 10王孝,李长波混凝-气浮法在采油废水处理中的应用研究J.应用化工，2018，47(02)：234-237 11曹婷婷,许铁夫,赵纪豪，等混凝-气浮法在采油废水处理中的应用研究J.应用化工，2018，47(02)：234-237 12孟宁，孙贤波，唐林O3/H2O2氧化法处理油田采油废水的试验研究J.工业水处理，2019，39(08)：86-89 13 陈艺敏 组合工艺处理含油废水研究综述J.宁夏工程技术，2019，18(03)：271-274 14王泽正，刘小宁，王敦球，等C-MBR 工艺处理高盐度采油生产废水中试研究J.水处理技术，2019，45(03)：125-128 15缪欣怡，王广智，王东东面向海上油田采油废水的抗污染膜制备的研究进展J.工业水处理，2022，42(3)：16-22 16周焱斌，何逸凡，章威海上注水开发油田单井经济极限含水率分析J.岩性油气藏，2019，31(3)：130-134 17胡天佑，唐瑾，陈志莉石油工业含油废水处理进展J.水处理技术，2021，47(6)：12-17 18 袁林成 仿生硅化涂覆聚偏氟乙烯膜及其油水分离性能的研究 D.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2020.19姜维玮油田污水处理技术现状及发展趋J.化学工程与装备，2019(08)：308-309 20孟宁辽河油田采油废水预处理技术研究D.上海：华东理工大学，2019.21付永川，杨海蓉，张君，等含油废水吸附处理技术研究进展J.应用化工，2017，46(10)：2035-2038 22HE L,YANG L T,ZHANG L X,et alRemoval of Ca2+and Mg2+from oilfield wastewater using reusable PEG/Fe3O4/GO-NH2 nanoadsorbents and its efficiency for oil recoveryJ.Journal of Environmental Chemical Engineering，2021，9(1)23宗悦油田采油废水处理技术应用及研究进展J.农业与技术，2021，41(11)：107-109 24焦健LDHs 制备和表面改性后对含油污水吸附效果的研究D.西安：西北大学，2019.（下转第 312 页）312 辽 宁 化 工 2023 年 2 月 Research Progress of Dispersant for Oil Well Cement WANG Zhao-yong1,ZOU Yi-wei2（1.Blue Ocean BD Hi-Tech Co.,Quanzhou Fujian 362100,China;2.COSL Oilfield Chemicals Division,Sanhe Heibei 065201,China）Abstract:In oil well cement construction,dispersant is often added to improve the flow performance of cement slurry and reduce the flow resistance of cement slurry.In this paper,the research progress of dispersants used in oil well cement in recent years was investigated and analyzed,such as lignin sulfonates,sulfonated aldehydes and ketones,polycarboxylic acids and polymers.The specific application cases of dispersant were compared and analyzed,and the development trend of dispersant industry was prospected.Key words:Oil well cement;Dispersant;Sulfonated aldehyde ketone;Polycarboxylic acid （上接第 294 页）Application of Electrocatalytic Oxidation Technology in the Treatment of Tail Water of Municipal Sewage Plant DONG Jian-nan,WANG Hai-man（School of Municipal and Environmental Engineering,Shenyang Jianzhu University,Shenyang Liaoning 110168,China）Abstract:The pollution status of the tail water of urban sewage plants was introduced,and the application prospect of electrocatalytic oxidation technology in the tail water treatment of urban sewage plant was further discussed.In addition,the research progress of electrocatalytic anode materials for sewage treatment was also clearly explained.At the same time,DSA electrode and its application werealso introduced.Finally,the future research trend on new electrode materials and preparation methods was prospected.Key words:Electrocatalytic oxidation;Electrode material;Tail water treatment （上接第 308 页）Study on Treatment Methods of Oil Field Produced Wastewater XV Chi（Shenyang Jianzhu University,Shenyang Liaoning 110168,China）Abstract:The composition of oil extraction wastewater is complex and extremely difficult to treat.According to the different principles of treatment methods,the wastewater treatment methods can be mainly summarized as physical method,chemical method,physical-chemical method and biological method.In this paper,the standards of oil production wastewater and its effluents and reinjection were introduced,and the advantages,disadvantages and applicable conditions of four methods for treating oil field produced water were discussed.Key words:Oil extraction wastewater;Physical method;Chemical method;Biochemical method