渤海发现大型油田

渤海油田含聚污水回注处理研究进展

苏长春;方健

【摘要】Theproblemsofthetreatmentofwastewaterproducedfrom

polymerfloodingareincreasinglyriousintheinoilfieldofBohaiBayin

rentsituationofthetreatmentofwastewater

producedfrompolymerfloodingintheinoilfieldofBohaiBaywas

introduced,thestabilitymechanismandtheoptimizedtreatment

process/chemical/gh,thenew

method"oilandsandout,polymerstayed"wasudinoffshoreoilfieldto

reducetheviscoussludge,theproblemoffiltercloggingwasnot

nd,thedevelopmentdirectionofthetreatmentof

wastewaterproducedfrompolymerfloodinginoilfieldofBohaiBaywas

deeplydiscusd.%近年来,含聚污水处理逐渐成为渤海油田生产中的难题,本文介

绍了渤海油田含聚污水处理的现状,并对渤海油田含聚污水稳定性机理、处理中流

程和化学药剂的优化及新工艺进行了总结,当前海洋油田采用"除油除悬不除聚"的

方法,大量减少了黏性污泥的产生,但是过滤器堵塞的问题仍然存在,最后深入探讨了

今后渤海油田含聚污水处理的发展方向,仍需开发出高效的聚合物降解工艺.

【期刊名称】《广州化工》

【年(卷),期】2017(045)005

【总页数】4页(P7-9,28)

【关键词】渤海油田;含聚污水;稳定性机理;化学药剂;黏性污泥

【作者】苏长春;方健

【作者单位】中海石油炼化有限责任公司,北京100029;中海能源发展股份有限公

司安全环保分公司,天津300458

【正文语种】中文

【中图分类】TE624.9

当油田生产进入中后期时，往往采取相应的技术手段提高产油量和采收率。出于高

效开发的需求，聚合物驱在海上油田逐渐得到推广应用[1]。聚合物驱通过向目标

油层注入一定浓度的水溶性部分水解聚丙烯酰胺溶液，增加驱替相黏度，降低驱替

液和被驱替液的流度比，从而扩大波及面积，达到提高原油采收率的目的[2]。

渤海是个油气资源十分丰富的沉积盆地，探明储量40亿方[3]。渤海海域目前共有

三个注聚油田：S油田、L油田和J油田分别从2003年、2006年和2007年开始

注聚开采。随着聚合物溶液在油藏中的运移，产出端采出液中逐渐出现一定浓度的

聚合物，与常规水驱采油污水相比，由于残余聚合物的存在，水相黏度增加，水中

胶粒的稳定性增强，携带泥沙量增大[1]。

陆地油田通过油水处理药剂种类及处理工艺设备的优化等手段，一定程度上缓解或

解决了含聚污水的处理难题，达到回注或排放标准。但是，海上平台的空间有限，

停留时间短且处理量大，陆地油田较成熟的含聚污水处理工艺技术(如多级沉降+

多级过滤)，并不适应海上油田[4]。

目前渤海海域聚合物驱的三大油田中S油田含聚污水处理量最大，分别在CEP、

CEPK和CEPO三个中心平台处理，各油田含聚污水处理量、聚合物类型及处理工

艺见表1。

海洋平台水处理流程处理量大、空间小、停留时间短(小于20min)，污水中残留

聚合物的存在增强了水相黏度、乳状液稳定性及含油含沙量，清水剂使用量大幅度

增加，清水剂与油及聚合物一起形成一种难以处理的黏稠油泥，在斜板除油器和气

体浮选器内部沉积，占据处理空间，堵塞管线，极大的降低了设备的处理效率；核

桃壳过滤器入口压力上升速度较快，反冲洗时聚合物油泥不能经过滤器排出，且滤

料与聚合物黏在一起，造成滤料板结；反冲洗频繁，开排罐、闭排罐、反冲洗缓冲

罐内所积累的黏稠聚合物及滤料在增加[5]。

针对渤海油田含聚污水稳定性的研究是有效处理含聚污水的前提，特别是在海洋平

台这种“特殊”的处理流程条件下。

刘义刚[3]通过一系列实验研究了聚合物含量、水相粘度、聚合物在油水界面的吸

附等对含聚污水稳定性的影响，并得出含聚污水的稳定机理：一是随着注聚的进行，

污水中极性大的油组分含量增加；二是产出聚合物吸附在油珠界面，导致油珠

Zeta电位计油水界面膜强度增加，影响油珠的聚结与聚并，从而大大提高污水的

稳定性。靖波等[6]得出乳化油含量占含聚污水中稳定存在原油量的90%以上，是

含聚污水处理的关键所在，且当污水中聚合物浓度为50mg/L时，乳化油含量显

著增加。

刘光成等[7]通过实验确认了锦州9-3油田含聚污水中聚合物的存在会增大水样表

观黏度、油滴Zeta电位、水化层及油水界面强度、油水界面张力和界面扩张黏弹

性，从而大大提高污水的稳定性。唐洪明等[8]利用原子力显微镜和环境扫描电镜

对锦州9-3油田含聚污水处理中各节点产出的聚合物微观形貌进行观察，推断出

流程中大量胶状产物形成的主要原因是药剂对聚合物的絮凝沉降作用苏延辉等[4]

针对绥中36-1油田含聚污水组成特点，确定含聚污水中所含降解后低相对分子质

量聚合物会增加污水黏度，吸附于油水界面增强污水中O/W型乳液滴的负电性，

增加油水界面膜弹性强度，增强污水乳化程度和稳定性，降低污水中油滴的聚并效

率。肖娜等[9]研究发现水相为疏水缔合聚合物溶液时，随聚合物剪切降解程度增

加，原油模拟油油水界面张力降低，界面剪切粘度减小，Zeta电位的绝对值总体

呈增加趋势。

含聚污水使用常规的混凝-沉淀-过滤工艺处理难以达到回注地层的水质标准。海上

油田由于其特殊性，平台处理系统采用了大量的高效分离设备，因此含聚污水的出

现直接导致了平台生产污水处理系统的瘫痪[10]。

3.1渤海油田含聚污水处理流程的优化

由于聚合物的返出导致含聚污水处理流程出现上述各类问题，严重困扰了油田的正

常生产操作。原污水处理流程已经无法适应产液性质的巨大变化，必须进行相应的

优化改造。

尹先清等[11]通过对旅大10-1平台斜管除油器停留时间和倾角对含聚污水处理的

影响，发现污水停留时间15～40min，除油器的除油效率随停留时间的增加而增

大，倾角50°的除油器对油和固体悬浮物的去除效果优于倾角60°的除油器。高雅

楠[12]于2011年和2014年分别对绥中36-1油田CEPK平台斜板除油器进行了

改造，2011年将水室侧增加收油筒，升高水室挡板，扩容收油槽并加装冲洗管线；

2014年将原3200mm高的收油圆盘直接切除，新的收油口位置降低至2880

mm，避免块状聚合物在收油口处堆积堵塞。通过改造，在入口水质远超设计值

4.4倍的情况下，出口水质仍能达到设计要求。

崔云辉[13-14]在绥中36-1油田CEPK平台，通过对核桃壳过滤器排液和排气流

程的改造，延长了清罐周期，又解决了反冲洗期间油雾喷溅的污染状况。并且针对

LD5-2平台的核桃壳过滤器滤料流失严重，出水水质难以达标；滤料严重板结，

滤水能力差，过流量受限等问题，结合注聚返出物将多层波纹板组成的斜管堵塞现

状，将原“迷宫式布水器”整体更换为筛管式。出口含油量下降至改造前的50%，

悬浮物含量下降至改造前的75%，清罐次数由高峰期的3个月/次降低至半年一次，

大幅节省了成本。

肖清燕等[15]通过旅大10-1油田含聚污水的室内过滤实验发现：采用粒径为

1.6～2.0mm的核桃壳过滤料，或者选择无烟煤和核桃壳按1:1数量分别填充，

滤层与石英砂垫层的填充高度比例为(4～5):1。对含聚污水的除油率和SS去除率

均大于91%，达到回注水标准。

海洋油田流程的优化仅在聚合物返出的初期阶段体现出较好的效果，随着聚合物返

出浓度的增加，仅仅依靠原有设备改造已经无法解决大量黏性污泥的处理，需要开

发新型化学药剂。

3.2渤海油田含聚污水处理化学药剂的发展

油田现有水处理技术主要还是通过添加絮凝剂、清水剂、助滤剂等药剂配合沉降、

过滤等物理措施达到含油污水处理的目标。在流程优化过程中，首先需要选择适应

性的药剂，邓清月等[16]以旅大10-1油田产生的含聚污水为研究对象，对阳离子

絮凝剂的实验表明：随着HPAM分子量和浓度的增加，聚合氯化铝的处理效果变

化不大，但处理效果较差；二甲基二烯丙基氯化铵/丙烯酰胺共聚物的处理效果逐

渐变差；丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵/丙烯酰胺共聚物除油率和浊度降低率均维持

在90%以上，30mg/L用量下，浮选时间只需5min。赵晓非等[17-18]进一步研

究了聚合氯化铝(PAC)和阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)作为絮凝剂处理含聚污水的条

件，以及含聚污水中残余聚合物浓度的影响：相同剂量下聚合氯化铝的絮凝效果随

着温度的升高而增强，阳离子聚丙烯酰胺则相反；聚合氯化铝可快速形成絮体且处

理费用低，但絮体多、小、松散且不稳定，阳离子聚丙烯酰胺形成的絮体少且稳定，

但是絮凝效果差，价格昂贵；随着参与聚合物浓度由100mg/L升高到600mg/L，

聚合氯化铝在300mg/L下出水透明度由96.4%下降至70%，阳离子聚丙烯酰胺

150mg/L下出水透明度由87.3下降至50%。朱玥珺等[19]针对渤海某油田含聚

污水，发现丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵线型和交联型共聚物用量越大，

阳离子度越高，处理后含聚污水的Zeta电位和粒径增加幅度越小，浊度越低。

BaoyuGao[20]合成了二硫代氨基甲酸盐(DTC)絮凝剂，其能够与Fe2+形成网状

聚合物，并针对模拟污水，在30mg/LDTC和10mg/LFe2+的用量下，HPAM

的浓度不影响除油效果，且处理后污水含油小于10mg/L。

但研究表明油田使用的絮凝剂大多为阳离子型，而这种阳离子型药剂会与聚合物驱

采出水中残留的阴离子型聚丙烯酰胺发生络合反应，消耗大量絮凝剂，使处理效果

变差[21]，且最严重的是随着阳离子型清水剂的加入，含聚污水中的阴离子型聚合

物发生脱稳、析出，生成大量黏性油泥[22]，造成海洋平台生产流程中设备的各种

问题(上述)。针对上述情况，从化学药剂方面考虑，一是添加药剂成分改善絮凝的

黏性，但是无法降低污泥产生量，刘宗昭等[23]合成了聚甲基丙烯酸(PMA)可有效

改善C16TAB处理含聚污水后形成絮体的黏性；二是采用非离子型或阴离子型絮

凝剂，即“除油留聚”，不仅改善了絮体的黏性也降低了絮体产生量。

HuaxingChen[24]比较了三种不同类型的絮凝剂：无机聚合物PAC、阳离子型絮

凝剂FO4800SH、非离子型絮凝剂402对旅大10-1油田含聚污水的处理效果，

对于残余聚合物浓度的去除，随着PAC和FO4800SH用量的升高而显著降低，

402对HPAM的去除影响很小，PAC和FO4800SH能够降低含聚污水中的Zeta

电位，但402对Zeta电位影响很小。肖清燕等[25]使用非离子型絮凝剂402对旅

大10-1油田的含聚污水进行处理，BHQ402用乙醇稀释后配置质量分数为1%的

溶液，加入量200mg/L，在400r/min转速下搅拌3min，除油率≥87%，去浊

率≥92%。絮凝剂BHQ-402目前仍在旅大10-1油田应用。

翟磊等[26-28]使用三种不同类型的絮凝剂：阳离子型CWC-14，非离子型NQS-

01和阴离子型AQS-08处理渤海油田含聚污水，发现非离子型NQS-01和阴离子

型AQS-08，生成的絮体呈浮油状，流动性较好、黏附性弱。并进一步开发两性清

水剂QS-01和双亲型清水剂QS-03，在高效清水除油的同时可有效避免含聚污水

处理中的黏性“含聚油泥”问题。

燕荣荣[29]研制了综合处理剂APK-88，使得聚驱采出液中水相含油值降低，且将

聚合物保留在水中，达到“除油保聚”的目的。

3.3渤海油田含聚污水处理新工艺的开发

现阶段，海洋油田含聚污水处理新工艺重点在“电化学”，朱米家[5]制作一套斜

管-电解一体化装置，形成混合加药-电化学降黏-斜管沉降分离-过滤的完整水处理

流程的联系运行系统，并取回锦州9-3平台V-301斜管除油器入口处的污水样开

展试验并达到注水水质标准。张健[30]开发出电化学絮凝罐-斜管除油器-石英砂、

核桃壳过滤器处理工艺，并在渤海油田陆地终端处理厂开展试验，处理量700L/d，

从调储罐的入口接入含聚污水。在不添加药剂的情况下，电化学絮凝可以起到较好

的除油效果(含聚污水含油值由400mg/L降至45.8mg/L)，一级过滤后含聚污水

含油量<2mg/L。李庆等[31-32]研制加工了一套撬装含聚污水快速处理装置，形

成“旋流混合加药→电化学除油→斜管除油→两级核桃壳过滤”的全流程含聚污水

处理工艺。在绥中36-1CEPK平台开展矿场实验，加清水剂50～150mg/L，水

中含油8～18mg/L，固体悬浮物1.39～2.09mg/L，粒径中值1.90～2.26μm，

滤后水质清澈透明。处理后的水质达到注水水质要求，处理过程不产生粘弹性油泥，

克服流程堵塞的问题，药剂费下降86.8%，具有良好的经济效益，应用前景广阔。

经过一系列研究，目前流行的方法是采用“除油除悬不除聚”的原则，减少平台生

产水系统的出泥量，降低操作维修强度。邱里等[10]设计串联气浮工艺，并在渤海

地区某油田海上生产平台开展含聚采出水的试验研究，该工艺在0.38MPa(1级)

和0.37MPa(2级)的溶气压力，3mg/L清水剂注入量，20%回流比的操作条件下

对含油、聚合物的去除率分别为96.1%和82.4%，而聚合物则几乎没有去除。但

是该工艺在实际应用中也存在相关问题，由于污水中聚合物的影响，该工艺虽然获

得了较高的去除率，且大大减少了污泥产出，但其效果仍然较二级气浮采用改性

PAC+PAM复配型清水剂为差，目前滤器普遍采用的滤料最小达0.25mm[33]，

故对于分子量高达几千甚至上万的含聚污水，滤料是否可以彻底再生仍然将是制约

海上平台对含聚污水处理的重要问题。肖宗伟等[34]研究开发了动态膜过滤工艺技

术，并在海洋油田某处理厂开展了现场试验，过滤精度远高于常规的纤维束和核桃

壳过滤工艺，油、悬浮物、浊度去除率均在90%以上，处理前后聚合物浓度基本

不变，油与悬浮物浓度明显低于油田注水控制标准值，能够适应海上聚驱油田含聚

污水的处理。

开发新型化学药剂，采用“除油除悬不除聚”的方法确实解决了污泥量大，黏性大

的难题，但是污水中聚合物的存在使得处理流程中最后一级过滤器滤料板结和更换

频繁等问题仍然难以得到解决，况且聚合物的存在使得含聚污水黏度依然很大，也

直接影响了化学药剂的絮凝效果。所以，能否将含聚污水中的聚合物降解，依然是

今后渤海油田含聚污水研究的一大方向。

肖飞等[35]针对含聚污水中HPAM引起滤罐堵塞和憋压问题，基于分子黏附滤料

的特点，比较告诉剪切、热降解和电-Fenton处理三种工艺，并确认电-Fenton

处理工艺可较好解决过滤罐堵塞问题。吕玲等[36]采用次氯酸钾直接氧化制备高铁

酸钾，对渤海油田含聚污水进行降解和降黏，pH为3，反应温度60℃，反应时

间30min，高铁酸钾浓度为0.003mol/L时，有明显的降解和降黏效果。纪艳娟

等[37]开展了臭氧氧化降解含聚污水的实验研究，反应3h后，聚合物去除率可达

到80%，但单一的臭氧氧化效率不高，建议结合催化氧化。

海洋平台空间小，处理时间短，如何研制出高效快速的含聚污水降解工艺是目前渤

海油田含聚污水处理的难点所在，也是科技人员的攻关目标。

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