边远区块撬装污水处理装置的研究与应用
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摘 要：三春集油田为中原油田的一个典型的边远区块，属于复杂断块低渗油藏。由于井点地处偏远、相对位置分散，集输和处理设施不完善，运输费用高且受天气等众多不确定因素影响，不利于产出水的收集、再利用及周边环境的保护。因此，开发和应用了撬装污水处理装置，对产出的污水进行就地处理、就地回注，处理后的污水水质达到了A3级标准。装置投产一年来，运行正常可靠，出水水质稳定。
一、概况
三春集油田位于山东省东明县与河南省兰考县交界处；区域构造位于东濮凹陷中央隆起带南部黄河南地区。截止2012年底，探明含油面积4.7Km2，探明石油地质储量361×104t，标定采收率21.31%，可采储量26×104t。主要含油层系为沙三下亚段；油藏埋深3500m左右；构造复杂，断块小；储层变化大，物性差，孔隙度为11.0-16.0%，平均孔喉半径2-3.2μm，渗透率为0.95～114.8×10-3um2，渗透率变异系数为0.80，平均渗透率为12×10-3um2，层间不均质严重。压力系数为1.02。属于复杂断块低渗油藏。
三春集油田1990年投入开发，目前共有油井19口，注水井5口，日产液230.0吨，日产油30.0吨，该区块油井分布分散，地面管网及油、水处理设施不完善，所辖油井均采用单井拉油方式生产。
由于该区块油、水井地处偏远且位置分散，其中距离最远的约30公里、较近的也有10多公里，没有集输、污水处理设施，产出污水全部拉运到马厂污水站处理，每天需拉运200方污水，运输成本非常高且受天气等不确定因素影响很大，不利于产出水的收集、再利用及周边环境的保护。因此，在三春集油田春8站内新建1座200m3污水接收池， 研究开发和应用了撬装污水处理装置1套，并配套应用预氧化工艺技术，对其产出水进行就地处理、就地回注。
二、撬装污水处理装置的工艺设计
采用自然沉降除油—斜板混凝沉降—压力过滤（两座过滤罐既可并联，又能串联做两级过滤）处理流程，重力式隔油沉降处理方式是含油污水处理工艺多年沿用的方式，运行稳定，处理效果可靠，除油和除固体悬浮物效率较高。
1.撬装污水处理装置组成
撬座，斜板除油罐，斜板沉降罐，改性纤维球过滤器，加药系统，管道混合器，增压泵，管汇、计量水表及阀等组成。
2.主要设施设计技术参数
2.1管道混合器
管道混合器用正反十字板组成，药剂从下部入口进入，经充分混合后，进入处理设备，有利于药剂充分混合，提高加药效率。
设计压力：0.6MPa
外形尺寸：200Х1000
数量：2个
2.2斜板除油罐设计
依据斯托克斯定律与浅池理论设计，主要去除水中浮油。
额定处理量： Q=12m3/h
设计压力：常压
有效容积：3.6m3
停留时间： 18min
数量：1台
2.3斜板沉降罐 Q=12m3/h
主要除去固体悬浮物，并二次除油。
额定处理量：12m3/h
设计压力：常压
外形尺寸：2940Х1950Х1760
有效容积：8.6m3
停留时间：38min
数量：1台
2.4改性纤维球过滤器
额定处理量：12m3/h
设计压力：0.6 MPa
外形尺寸：800Х3400
数量：2台
3.处理装置特点
装置采用两级沉降，然后用纤维球过滤的处理方式，流程短小，工艺简洁、明了，因为是撬装，所以在除油罐、沉降罐增加了不锈钢斜板，以提高沉降效率，减少污水的停留时间，提高除油效率和固体悬浮物、泥沙等沉降效果；污水投加药剂后经管道混合器，加强药剂与污水的充分反应，保证了除油、混凝沉降的效率；最后以纤维球过滤器保证出水的水质，充分体现撬装装置的优点和特点。
三、加药运行方案
根据撬装处理装置的特点，完全套用常规处理模式是行不通的，因此，我们通过对三春污水的分析、研究，结合该撬装装置的结构特点，提出了三春集撬装污水处理装置加药运行方案。
加药方案设计原则：充分体现、发挥撬装装置的高效特点，保证处理后水达到设计的A3标准。
1.三春集采油污水的特性
通过对三春集混合污水进行分析后发现，污水的pH值为6.0，矿化度约为5.8×104 mg/L，属CaCl2水型，其中铁离子含量较高， Fe2+含量36.5 mg/L 总铁高达46 mg/L。由于该区各井的污水运到春8站后，均排放至站内的污水池，因不同油井来水水温、水量及水质指标均不稳定，给污水处理带来了一定的难度。
2.加药方案技术思路
根据三春集混合污水的特性，结合目前油田污水处理技术的应用情况和发展趋势，充分考虑撬装式污水处理装置的工艺特点，我们采用了预氧化低污泥污水技术对三春集混合污水进行处理，通过预氧化和混凝沉降处理将水中的铁离子去除，在确保水质稳定达标的同时，使污水处理过程中产生的污泥量保持最低，提高设备的运行效率，减少污泥对环境产生的污染。
根据水质分析的结果，结合装置的结构特点，首先利用氧化性强的预处理剂，对污水进行氧化，将Fe2+氧化为Fe3+，更好地发挥铁离子的混凝特性，也更利于铁离子的去除；同时污水中的细菌也得到了杀灭、高分子有机物得到降解，进入一级沉降池后，浮油分离，大颗粒物质、泥砂得到分离，同时，Fe3+对污水中的乳化油进行破乳反应，在进入二级沉降池前，加入高效混凝剂和助凝剂，使污水中和细小颗粒和乳化油等形成矾花，而与水分离。本次方案特别用到高效助凝剂，它是一种高分子有机物，能螯合高价金属离子，且PH值适应范围广，本方案应用该助凝剂，不加石灰或碱之类的物质，打破常规的以提高PH值来去除铁离子的方法。因此本方案实施后，将大大减少污泥量的产生，也符合撬装装置的处理特点。
3.室内实验结果
通过反复的对比实验，方案需要投加预氧化剂、混凝剂和助凝剂。通过对药剂加量的优化和混凝沉降处理效果的对比试验，确定三春集混合污水处理水质稳定达标的最经济加药量结果。
4.装置流程试运行存在的问题
根据预氧化低污泥污水处理技术的工艺要求，结合目前已经就位的撬装式污水处理装置的工艺结构，在对三春污水进行连续处理时，发现存在以下问题：
4.1混合污水经过池子混合后，提升进入处理系统的污水中含油量相对较低，装置中斜板除油罐的作用受到影响，在进口的管道混合器中加药后，除油罐更多地起到了斜板沉降器的作用；
4.2装置的污水处理能力若按180m3/d计算，无论是斜板除油器还是斜板沉降器，其不足10m3的容积都显较小，污水在其中的停留时间约为1h，影响处理效果。
4.3原设计2套加药系统装置，无法满足加药需求。
四、装置工艺流程的改进
鉴于现场污水处理工艺存在的问题，进行如下组合和改进：
1.将斜板沉降罐进口的管道混合器及加药口移至斜板除油罐进口的管道混合器后面，将二者串联起来，保证加入的配套混凝沉降药剂能够充分发挥作用；
2.将斜板沉降罐和斜板除油罐串联使用，延长污水的絮凝沉降时间，提高污水净化效果。
3.增加2套加药系统，包括加药泵、加药罐、管道混合器。
五、应用效果及结论
1.应用效果
1.1装置自2006年10月投产以来，出水水质稳定，处理后水质化验指标基本达到了SY/T5329-94《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》A3级标准。
1.2运行费用较低，单位处理成本仅为1.01元/方，其中药剂费用为0.8元/方。
2.结论
2.1处理后水质能够满足注水要求，水质稳定达标。
2.2撬装污水处理装置结构紧凑、流程短小，运行费用低。
2.3该处理装置的成功应用，为边远区块产出污水的回注利用提供了一条可靠的途径。
作者简介： 刘献军 ，男，生于1970年，2005年毕业于中国石油大学网络教育学院，工程师。