胜利油田采出水处理技术
一、采出水处理现状
多年来，胜利油田在采出水资源化方面作了大量工作，找到了一条回注油层、化害为利的有效途径，至1997年底，已有52座处理站运行，总设计能力为106.35×104m3/d，实际处理水量76.74×10 4m3/d，污水处理率100%，污水回注率（利用率）达98 6%。
胜利油田的各类采出水处理站中，按流程中除油段设备选型不同，基本上可归纳为五类：重力流程、浮选流程、压力流程、旋流器流程及组合流程；按流程中过滤段设备选型不同，可分为石英砂过滤、核桃壳过滤、二级核桃壳过滤、一级核桃壳过滤加一级双滤料过滤等形式。上述处理流程及设备代表了油田采出水处理的工艺技术水平，它不仅保护了环境，使油田环境质量得到改善和提高，而且，经济效益十分可观，每年可节省水资源费1700万元，每年回收原油30余万吨，价值1.5亿元。此外，缓解了黄河水源季节性供水不足的矛盾，还大大减轻了油田水系统负荷，节省了大量供水工程建设费用。油田采出水处理系统已成为胜利油田有效而可靠的第二水源。
二、工艺流程探讨及发展
1.工艺流程探讨
根据胜利油田采出水水质特点和注水水质要求，经不断的研究和探索，已逐步形成了为中、高渗透油田注入净化水水质处理的三段处理工艺，即常规处理流程。
第一段为缓冲调节段：主要构筑物是调储罐，它不但对来水进行均质处理，为后续段提供稳定的水质，均衡的水量，而且对来水的浮油和大颗粒的悬浮物进行初步分离。
第二段为沉降分离除油段：按其设备不同又分为重力沉降除油（}昆凝沉降罐、斜管沉降罐等）、压力沉降除油（粗粒化罐、压力斜板除油罐及二者组合装置等）、气体浮选除油及旋流器分离除油等。油田采出水中大约20% 溶解油、乳化油及分散油的浮浊液和80%泥质、粉质悬浮固体具有较好的稳定性，必须采用化学、物理方法，借助沉降分离装置而去除。
第三段为压力过滤段：它将沉降分离段不能截留的微粒杂质，乳化油分离出来，是常规处理流程的关键环节，也是水质能否达标的主要设备。
为保证水质稳定，除上述三段水质净化处理外，还需进行水质稳定处理。即对处理系统采用隔氧措施与投加水质稳定剂的办法来减缓腐蚀，防止结垢、制止细菌繁殖。
2.水处理技术的发展
为了适应油田采出水处理工艺需求，解决处理工艺的技术关键和存在问题，我们曾先后开展了几十项科学试验和技术攻关，在除油技术、过滤技术、除油设备的研究及系列化及过滤设备的研制上做了大量工作，取得了可喜成绩，整体水平达到国外八十年代先进水平，居国内领先地位。
（1）除油技术
1）实现了油田采出水的压力密闭处理将斜板（管）分离技术、聚结技术及化学混凝除油技术应用于压力除油罐，使污水在流程内停留时间由重力流程的6h减少到1.5h，提高了除油效率。
2）气浮分离技术应用于油田采出水处理在102污水站引进PETRECO 诱导浮选机的基础上，消化吸收，并开展国产化试验，采用薄壁堰板控制液位获得成功，提高了运行可靠性。该机在胜利油田已推广采用10多台。
3）旋流除油技术在油田也逐步推广应用水力旋流油在九十年代初在海上油田和陆上油田引进，1994年开始作单管和多管旋流器试验，辛
一、高青、孤东2#、永安、海三站的试验及实际工程推广应用都收到良好效果。我院设计、沈阳新阳机器制造公司制造的污水除油水力旋流器获国家专利局颁发的两项实用新型专利，目前已形成六种规格，其材料和工艺已达国外同类产品水平，为大规模在油田推广应用奠定了基础。
（2）过滤技术
过滤技术是注入水质达标的关键环节。为了提高水质达标率并满足低渗透油田注水开发需要，我院把提高过滤技术作为水质处理攻关重点，在滤罐结构，滤料选择及级配，滤料清洗机械化及操作自动化上做了大量研究，过滤技术水平有了较大提高。
轻质滤料核桃壳滤罐已基本取代石英砂滤罐。滤速已由砂滤罐的8~ 10m/h提高到20~33m/h，并实现全自动控制。
双层滤料取代单一介质的石英砂滤料的过滤形式在油田采出水二级过滤中得到应用，提高了滤料载污能力，成为低渗透油田采出水处理不可缺少的设备。
在滤罐内部结构上，不锈钢筛管和由其制成的滤头用于滤罐布水、集水、增加了滤床厚度，防止了滤料流失；滤罐反洗也由单一水洗发展成气、水、清洗剂混洗，并辅以机械搅拌搓洗，操作也实现了全自动，使反洗更彻底、干净。
3.目前采出水处理工艺技术水平
经多年的科学试验和生产实践，在水质净化处理流程、水质稳定处理和新技术、新设备、新药剂等多项技术成果的基础上，胜利油田已形成了一套适应油田水质特点，满足采出水处理及回注水质标准要求，比较完善的采出水处理工艺。
该工艺在国内同类型处理工艺中处于先进水平。能将原水中含油量降到5mg/L以下，悬浮固体含量达到3mg/L，颗粒粒径≤ 3，um，腐蚀率下降到0.076mm/a。能控制住细菌的繁殖，分离出的原油能回收，排出的污泥能进行干化处理。
三、存在的主要问题
1.水质达标率较低
目前油田采出水处理站中存在的主要问题是水质达标率低。影响水质达标率的因素很多，主要有工艺流程、处理设备、药剂配套、自动化水平及生产管理等。
（1）工艺流程存在问题
目前的采出水个别处理流程还存在流程长，处理效率低，某些单项工艺还较落后，系统配套不健全，自控水平较低等不完善的地方。
（2）除油设备存在问题
目前运行站中，除油设备存在的问题有：重力除油罐处理效率低，排污方式不理想，设备腐蚀严重；
水力旋流器运行稳定性有待提高，一方面虽采用低转速离心泵加压，但剪切作用仍存在；另一方面自控系统不够完善，多数采用手动调节，造成流量、压差控制不准确、除油效率未充分发挥。
（3）过滤设备存在问题
目前运行站中，过滤设备存在的主要问题：
1）单层砂滤罐
该滤罐作为一种传统的压力滤罐，在油田水处理中，应用年代最久，采用数量也最多，但限于当时条件，目前应用于各站单层砂滤罐，大多是手动操作，完成一次冲洗需开关各种阀门
四、五次，操作强度大，反洗效果也差，致使许多站滤料板结，污染严重，个别站滤罐阀门锈死，过滤装置完全失去作用。
2）滤罐操作由于其复杂工艺要求，必须自动控制才能保证生产的正常运行。目前各站的砂滤罐及前几年所上的核桃壳过滤罐基本都是手动操作，严重影响了过滤罐的使用，提高滤罐操作自动化水平，是今后一段时期滤罐改造的主要内容。
（4）加药问题
油田采出水水质复杂，要想使其处理后达到水质标准，仅靠物理方法不行，还需要辅之以化学药剂，才能有效地改善出水水质，达到油田注水要求，水质处理剂质量好坏及投加量大小对提高水质，保证处理系统正常运行，关系极大，但由于受水处理成本限制，能够按设计要求定时、定量加药的污水站不多，大多数污水站加药不正常。
（5）管理方面原因
好的处理工艺需要一流的管理来保证。对各生产过程如：加药、排污、收油、反冲洗、填料的定期检查和填充等应按要求做到，尤其自动化程度较高的站，人员的培训要跟上，否则满足不了生产管理的需要。
2.采出水处理后，水质达不到低渗透油田注水水质标准
目前，采出水处理后只能适应中、高渗透油田注水开发需要，对低、超低渗透油田，从工艺整体上讲满足不了要求。
3.注采不平衡，部分采出水需寻找新出路
（1）稠油油田采出水处理
稠油油田开发，采出水无法在本油田回注，合理出路是用作热采锅炉给水，这方面技术应加强研究。
（2）化学驱开采油田采出水处理
聚合物增粘水驱是提高油田采收率的重要措施，但油田注聚后，剩余大量污水，需达标外排，处理工艺难度较大，这方面工作应加强。
四、对策措施及今后发展方向
1.进一步完善和提高现有流程技术水平，提高水质达标率
目前的采出水处理工程仍然是今后水处理的骨干工程，是完成处理合格水的主要装置，应逐步对这些装置进行技术改造。
（1）对27座涉及流程需完善的站，针对流程实际运行情况，找出问题，逐步完善，例：无过滤设备的，应根据其负责注水区块渗透率，增加相应过滤装置；加药系统不健全的应根据水质情况配套投加“三防”药剂及水质净化剂；矿化度高，污水腐蚀强而又没密闭的站，应增设天然气（氮气）密闭系统；污泥系统不配套，造成系统水质恶性循环的站，应完善配套污泥系统等。
（2）对12座除油设备需改造的站，可采取以下措施：
重力除油罐以局部维修、改造、维持运行为主，压力粗粒化斜管除油罐的粗粒化段应定时用蒸汽或热水冲洗，斜管材质应加强把关，保证质量；浮选机应加强对转动部件维护，延长使用寿命，水力旋流除油器近期改造主要以增加自动回流装置，将来逐步向压差、流量自动控制发展，对升压泵宜选取低剪切离心泵或螺杆泵。
（3）对24座过滤设备需改造的站，可针对工程实际情况，结合水处理技术水平，逐一摸清具体改造内容，尽快实施。
1）过滤形式为单层石英砂滤罐：可采取逐步淘汰方式，或更换为高效核桃壳过滤器或改造成轻质滤料过滤器。
2）过滤形式为手动核桃壳过滤器：根据工程实际运行情况，逐步改造成全自动过滤器。
（4）由其它原因造成过滤不正常的站，可从流程是否完善，药剂是否配套，反冲洗方式是否合理，生产管理是否跟得上等几方面找出问题症结所在，有针对性地加以解决。
2.进一步做好新建站流程的技术论证工作，以适应油田开发的需要
采出水处理流程及过滤形式的选择，应根据来水水质和对处理后水质要求及管理水平、运行经验进行技术经济论证，使工程设计做到技术上先进、经济上合理，工程上可行。故建议：
（1）当采出水处理量较大（如大于15000m /d），油密度小于0.9g/cm ，悬浮物含量高（如大于200mg/L），油珠粒径
（2）当采出水中的油密度高（如大于0.9g/cm’），乳化油、分散油含量高时，可选用气浮流程。
（3）若采出水处理量小（如15000m /d以下），且油珠粒径较大时（如油粒径在10~lO0~m），可选用压力流程。
（4）当采出水中油、水密度差大于0.05g/cm ，悬浮物含量低时，可选用旋流器流程。
（5）当注入层渗透率>0.6 m 时，可选用一级常规过滤，渗透率在0.6~0.1 m 时，可在常规过滤基础上，再增加一级过滤；渗透率
3.大力推广采用新技术、新工艺、新设备
新技术、新设备并不是待完美无缺阶段再推广应用，而是在推广应用中进一步完善提高，通过完善，提高推广效益。
（1）积极采用水力旋流油水分离器，该产品不但油水分离效率高，而且效果好，还具有体积小，重量轻的特点。因此，积极采用该产品尽快发挥其经济效益，但对压差和流量的自动控制技术、旋流器的几何参数优化技术及单管材质应加强研究。
（2）大力推广浮选除油工艺流程，浮选机以除油效率高，停留时间短、便于搬迁等优点，广泛应用于采出水处理，但对浮选机液位调节系统，转动部件易损坏部位及高效浮选剂应加强研究。
（3）推广应用压力密闭除油技术，但需研究新型聚结材料，斜管材料，以便进一步提高压力除油罐除油效率。
（4）广泛使用轻质滤料高效过滤器，双滤料过滤器，并应实现自动控制，但应抓紧对自控阀门及仪表的筛选，抓紧对滤料清洗剂、混凝剂系列的筛选，开展滤罐内部清洗机构的研究，使滤料清洗干净，保证滤后水质。
4.发展和提高精细过滤技术，加快其工业性试验进度
胜利油田与山东招远膜工程设备厂共同开发的聚丙烯中空纤维超滤膜过滤装置，应用于油田采出水过滤，在史南、坨
三、孤二站的现场小型试验已获得成功，出水水质达到了低渗透油田要求的注水水质标准。下步应扩大工业性试验，并对膜的清洗工艺进行研究，以减少清洗费用。
南京化工大学研制开发的陶瓷无机膜以其耐酸、碱、耐腐蚀，抗微生物能力强，通水量大，易清洗等独特优越性，在采出水处理上显示出广阔的发展前景和巨大的生命力，目前采用该膜过滤油田采出水的室内试验已获成功。建议油田选择某个低渗透区块，建小型试验站，在小型试验基础上进一步扩大工业性试验，为低渗透油田的注水开发作好技术储备，并建立小断块低渗透油田水处理工程建设模式。
5.对新技术、新工艺示范站，进行总结、推广，对注采不平衡，剩余采出水的出路问题进行探讨、研究，以此推动水处理技术进步
为了取得更大经济效益，系统地解决技术难题，把单项新技术有机地结合起来，成龙配套的进行试验，是一条尽快提高工艺技术水平的行之有效的路子。
（1）两级旋流器串联处理高含水原油及采出水处理技术
辛二旋流器串联示范站的试验成功，拓宽了水力旋流器的应用领域，为简化油、水处理工艺流程提供了高效设备，其流程对处理高含水原油和含油污水开辟了一条路子。
（2）稠油油田采出水用于热采锅炉给水，在胜利油田已付诸实施，即将投产的乐安油田采出水深度处理站，在常规处理流程后增加水质软化段，出水水质达到了锅炉用水水质标准，其流程对稠油采出水处理工艺起到了示范作用，按此处理技术进行推广，就彻底解决了稠油油田采出水的出路问题，也使稠油油田开发建设工艺完善配套。
（3）化学驱开采油田，剩余污水达标外排处理技术
油田采出水外排处理工艺，主要是在常规处理流程后增加有机物去除段。目前，去除有机物的方法主要有生物降解和物理吸附。工艺的选择应根据来水中，矿化度含量、水温、BOD/cOD有害物质含量等几项指标，进行综合分析后确定。
1）当来水中，矿化度含量高、水温>60℃ ，BOD/COD
2）当矿化度含量较低，水温0.3，有害物质含量低时，可选用生物降解去除有机物。如孤岛油田采出水外排处理站，在常规流程后增加生物降解有机物段。
上述两项工程，出水水质都将达到国家综合排放标准，解决了油田注聚后剩余污水的出路问题，为油田剩余污水达标外排开辟了路子。
胜利油田采出水处理技术正处于向前发展阶段，不断研究、探讨新工艺、新技术，不断研制新设备，把油田水处理技术推向一个新的高度，为油田持续稳定发展做出新的贡献。
