趙永軍 李冰 楊清民 王克遠 馬文鐵（大慶油田設計院）

　　摘　要：隨著油田的開發發展，大慶油田采出水處理經歷了三個階段：開發初期常規采出水處理階段；深度處理階段和聚驅采出水處理階段。本文概述了采出水處理技術的現狀及發展演變，簡要介紹了各階段的處理工藝和針對存在的問題所進行的技術改進，以及近年來對新技術、新工藝的應用。為了更好的發揮采出水處理在油田可持續發展中的重要作用，本文提出了在油田開發后期，綜合含水率升高，聚驅采油技術推廣后，采出水處理技術所面臨的困難和今后的技術發展方向。

1 前言

　　大慶油田從六十年代開發建設，發展到會天，油田采出水處理技術在油田的持續高產穩產、保護生態環境等諸多方面發揮著重要作用。將采出水處理后回注于油層，不僅可以回收水中的原油、實現水的循環利用、減少環境污染，而目提供了充足的注水水源、節約大量的淡水資源，取得了顯著的經濟技益和社會效益。
　　采出水處理在油田開發的不同時期，均擔當著重要的角色。伴隨著油田開發的不同時期，大慶油田采出水處理總體上可劃分為三個階段。
　　第一階段：油田開發初期，低含水時的干出水處理階段。主要滿足高滲透油層的注水水質要求，這是一條主線，貫穿于油田開發的始終。
　　第二階段：油田由低含水逐步為中含水，井網加密時期的采出水深度處理階段。該階段始于1991年，主要對經處理后達到高滲透油層注水要求的采出水進行深度處理，以滿足中、低滲透油層的注水水質要求。
　　第三階段：油田開發后期高含水及聚驅開采時期的采出水處理階段。這個階段從1997年設計建站開始，僅有三年歷史。也是油田采出水處理中出現的新課題，目前尚未找到簡單且行之有效的處理技術。

2 采出水處理技術現狀及其發展演變

　　自1969年第一座標志性的采出水處理站-東油庫采出水處理站的設計建成，到1999年底，大慶油田采出水處理技術并走過了三十年的歷程。三十年來，大慶油田共建成各種類型的采出水處理站123座，總處理規模達到231.35×10⁴m³／d。
　　對各種類型的采出水處理站，投其工藝流程的不同，統計情況見下表1。

表1 大慶油田采出水處理站工藝流程分類統計表 起始時間 類別 建站數量 建站規模（10⁴m³/d） 典型站例 站別 工藝流程 1969-1999 水驅采出水處理站 三段流程 23座 41.5 北二 兩段流程 16座 54.14 喇Ⅱ－1 粗粒化流程 16座 34.15 北Ⅱ－1 1991-1999 水驅采出水深度處理站 兩極單向過濾 22座 27.10 北十一 兩級雙向過濾 21座 36.1 杏十五-1 兩次除油兩級過濾 11座 3.86 南六 1996-1999 聚合物驅采出水處理站 三段流程 13座 30.50 聚中一 四段流程（試驗站） 1座 4.0 聚北十三 合計 123座 231.3 　

　　從上面的表中可以看出大慶油田采出水處理工藝流程的發展演變過程，以下按各類采出水處理流程的發展順序分別做簡要的闡述。
2.1 自然除油+混凝除油+過濾流程（三段流程）
　　該流程是油田開發初期，在不斷探索和現場試驗研究基礎上確定的處理工藝。后來采用的不同處理流程，都是在此基礎上完善、發展起來的。
　　該工藝首先于1969年應用在東油庫采出水處理站，并獲得成功，隨后在北二、西一、南四、中三、喇一、喇二、喇三、北Ⅱ－1等采出水處理站推廣使用。主要解決油田開發初期，脫水站脫出水的油水分離問題，實現污油回收，并將處理后水回注高滲透油層。典型的工藝流程見圖1（其中過濾形式有重力和壓力兩種）。該工藝通過多年的設計研究和生產運行總結，已形成一套從理論到實踐較為完整的處理技術。實踐證明，該工藝具有除油效率高，出水水質穩定，維護管理方便等諸多優點，因而得到廣泛的應用。

2.2 混凝除油+過濾流程（兩段流程）
　　隨著脫水站破乳劑質量的提高及脫水技術的發展，脫水站脫出的采出水中含油量已較大幅度降低，經過一次除油罐處理后的采出水中，含油量在正常情況下己能達到100mg／L以下。因此在1974年以后設計的一部分處理站采用了二段處理工藝，即改為“混凝除油+過濾”流程。典型的兩段處理流程見圖2。

　　在流程簡化的同時，對處理工藝和處理構筑物進行了一些改進和革新。如引進無閥濾池技術，結合采出水特點，研制出了單閥濾罐，實現濾罐自動反沖洗，減輕了操作工人的勞動強度，節約了反沖洗泵和反沖洗罐；將除油罐的集配水管路由原來的中心筒方孔式和穿孔管式，改為輻射狀喇叭口梅花點布置，使集、配水均勻合理，解決了穿孔管結垢、孔眼堵塞等問題；除油罐的出水由管式出水改為可調堰出水，解決了處理站投產初期，因處理水量達不到設計負荷，致使收油困難的問題，出使各組濾罐的進水分配更均衡，這些成功技術一直沿用到今天。
2.3 粗粒化+混凝除油+過濾流程
　　 粗粒化技術是大慶油田率先研究和使用的技術，1981年在北Ⅱ-1、南六采出水處理站首次應用。主要是針對污水中的分散油和乳化油，使小油珠聚結成大油珠而易于重力分離，從而提高處理效率、縮小除油罐體積、縮短建設周期、節省基建投資。采用粗粒化技術，能夠更好地適應采出水水量日益增長的需要。這一技術的應用對提高當時處理設備的處理效果和處理能力，具有顯著的技術經濟意義。其典型的流程如圖3所示。

　　到80年代中后期，由于油田開發方式發生變化，大批油井由自噴采油轉為機械采油，采出水中出現大量泥砂。粗粒化裝置因易被泥砂堵塞而失去了粗粒化作用，該技術的應用得以終止。
　　污水中大量泥砂的出現，使水處理由原來的油、水兩相分離改為油、泥、水三相分離，為此恢復了一次除油罐，也使沉寂多年的斜板沉降技術在油田重新得到應用。同時為適應污水中的泥砂，相應地進行了以下幾項技術改進：
　　1、除油罐內設置斜板，既可提高除油效率，又可去除水中大量的泥砂，使停留時間由4h變為2h，處理效率提高一倍；
　　2、在除油罐底部留有足夠的積泥高度（1.0m左右），集水管口設置斜板箱，以利于泥水分離，罐底部設置沖泥管和排泥管等；
　　3、因采出水中所含泥砂導致濾罐阻力增加、過濾周期縮短、反沖洗不徹底、濾后水質變差等問題，對單閥濾罐內部濾料及支撐結構重新設計，采用不銹鋼篩網配水及采用雙層或多層濾料代替單一介質的石英砂濾料，以提高截污能力。
　　針對采出水處理過程中出現的各種問題，經過對處理工藝不斷的改進和完善，有效地提高了采出水處理工藝的適應能力和整體水平，保證了處理后水質達到了高滲透油層的注水標準。
2.4 深度處理流程
　　隨著外圍油田、老區表外儲層等低滲透油層的開發，為了滿足低滲透油層的注水水質要求，大慶油田自1991年開始建設采出水深度處理站。大部分深度處理是對經處理已達到高滲透油層注水指標的采出水進行再處理，主要采用兩次壓力過濾工藝。
　　通過大量的試驗證明，對于經過常規工藝處理后的采出水，再經兩級石英砂慢速過濾（一級濾速8m／h，二級濾速4m／h），在正常情況下可以達到低滲透油層注水水質標準。1991年建成的北十一、杏十六采出水深度處理站均采用了此種處理工藝。其特點是流程簡單、操作管理方便、處理效果好，但同時也在在著濾速低、濾罐多、占地大等缺點，處理量不宜過大，處理規模受到一定的限制。
　　為了更有效地提高過濾效果，達到提高濾速、減少占地、降低工程造價的目的，在上述處理工藝基礎上，對濾層結構進行了調整。采用無煙煤、石英砂、磁鐵礦等多層介質濾料代替單一介質的石英砂濾料。由于多層濾料級配合理、濾床利用率高，可以提高濾罐截污能力，將濾速提高了一倍（一次為16m/l，二次為8m／h），節省了大量工程投資和占地，效益顯著。為了進一步提高濾速，我院又研制開發了雙向過濾器，在杏十五-1采出水深度處理站首次應用成功。一切濾速提高到31.4m／h，二次濾速提高到17m／h。與石英砂慢速過濾工藝相比較，濾速提高了4倍；與多層濾料過濾工藝相比較，濾速提高了2倍。雙向過濾工藝在節省占地方面具有顯著優
勢，自用水量也很小，輔助流程的回收水池、反沖洗罐等容積大力減少。但由于雙向過濾器的上、下向濾速比必須采用計算機程序控制，控制系統所占投資的比例較大，工程投資相對較大，且對管理、維護要求高，近幾年已不再采用。
2.5 聚合物采出水處理流程
　　聚合物采出水處理是油田水處理領域近年來面臨的新課題。因油系統采用超高分子聚合物注入地下驅油，采出水中含有一定濃度的聚臺物，導致采出水的粘度增加，油、水、泥的分離難度增大，且原水中的含油量、含泥量等增加也較多，進一步增加處理難度。雖然經過幾年的技術攻關，目前仍未找到簡捷、適用的處理工藝。因此，從1997年至今建設的聚合物采出水處理站，仍然采用“自
然除油+混凝除油+壓力過濾”三段處理工藝。所不同的是增加水在除油罐內的停留時間，一次除油罐設定為10.3h（1999年減少為8.0h），二次除油罐設定為5.4h（1999年減少為4.0h）；過濾工藝仍然采用單層石英砂濾罐，濾速設定為8.Sm/h；處理后水質指標也放寬為含油≤30mg／L，懸浮物≤30mg／L。

3 近年來新技術、新工藝的采用

3.1 核桃殼過濾技術的應用
　　核桃殼過濾技術是80年代中后期在國內發展起來的，陸上、海上油田應用的很廣泛，國內早己有能力成套生產。大慶油田應用的較晚，九十年代中期在外圍油田有零星應用。1998年建成的“南Ⅱ- 1采出水處理站”，因規模大、濾罐數量多，而采用核跳殼過濾器，是大慶油田首次大量應用，獲得了很好的效果。
　　該技術自有濾速高（可達20m／h以上）、截污能力強、水洗強度低（6-8L／s.m2）等優點，反洗時輔助以機械攪拌，反沖洗效果好。克服了石英砂濾罐固有的濾速低、反沖洗強度大等缺點，極具推廣使用價值。在1998年之后建設的水驅采出水處理工程中，已普遍用于一級過濾，但在聚驅采出水處理工程中暫未應用。
3.2 浮選技術的應用
　　大慶油田1993年首次引進國外“誘導氣浮”及“雙濾料過濾”處理技術，應用干南六采出水處理站，并獲得成功。由于當時設備、儀表等尚未實現國產化，因而未能在油田推廣使用。隨著聚驅采油的推廣，在水驅污水中也發現含有聚合物，導致油水分離難度加大。因此為了提高處理效率、節省投資和占地，根據在采油一廠的初步試驗結果，采用“噴射浮選除油+核桃殼過濾”處理工藝，于2000年8月建成北Ⅰ-3采出水處理試驗站。投產初期，在處理水量較小、原水含油量≤500mg/L、聚合物含量≤100mg／L的情況下，處理后水質基本滿足高滲透油層注水指標。但還有待于水量增加或含油含聚濃度增加后的進一步驗證。
　　雖然氣浮選除油具有停留時間短（18min），除油效率高（達90％以上），占地小，以其代替二級除油罐可節省大量投資和占地等優點。但由于回收的污油為泡沫油，并且氣浮設備局部無積泥空間，排出污泥的含水率高（達97％）等缺點。在收油系統、排泥系統方面須采取相應的措施，如設置污泥濃縮脫水工藝采用容積式收油泵等。

4 今后面臨的困難及技術發展方向

　　根據大慶油田未來的發展形勢，油田中后期的采出水量會越來越大，加上聚合物驅油、三元復合驅油等技術的深入應用，采出水的成份會越來越復雜，處理難度也會越來越大。采用高效節能、維護管理方便、低投入、低成本的處理技術是將來的發展趨勢，也是會后大慶油田采出水處理技術的發展方向。在會后的工作中，應重點解決如下幾個問題。
4.1 低滲透油層的懸浮物超標問題
　　目前老區及外圍的低滲透油田，因國內采出水精細過濾技術尚不成熟，油田也沒有應用。存在深度處理后水中懸浮物含量超標、粒徑不合格的現象。針對這一問題，近年來主要在過濾系統進行技術改造，調整濾料級配、強化反洗效果等，但效果不明顯。由于纖維球濾料在重力和水力作用下，可形成理想的孔隙分布，對懸浮物的去除效果很好，經改性后的纖維球具有憎油性，能充分發揮去除懸浮物的潛力，可以作為油田采出水的精細過濾器。試驗證實：“改性纖維取過濾器”在進水含油≤20mg/L、懸浮物≤20mg／L的情況下，濾后水含油量≤2mg/l、懸浮物≤mg/L、d50≤2um, Zum，效果非常理想。目前我院正準備在2001年的產能工程中進行現現場試驗。
4.2 外排系出水的達標排放問題
　　隨著油田后期含水率的上升及區域性注采不平衡，油田外排采出水量會逐年增加。采出水是以石油污染為主的有機污染廢水，其特點是礦化度高、含油、合化學助劑等，成份復雜，COD遠高于BOD。若處理至國家排放標準，目前尚無成熟技術。而國家對環境保護的要求日趨嚴格，尋求簡單而行之有效的處理工藝，使油田采出水排放達到國家排放標準，己迫在眉睫。大慶油田現以著手于
該項技術的研究工作。
4.3 污泥處理問題
　　采出水處理過程中產生的污泥，目前未經任何處理，均排放至處理站的地近，對環境影響很嚴重。隨著油田的發展，污泥所帶來的問題會越來越突出，是將來必須解決的問題。目前大慶油田在個別站采用了“污泥濃縮--壓濾脫水”工藝進行試驗，初步試驗結果表明：壓出泥餅的含水率介于60－70％。現正在深入研究污泥的沉降特性和處理工藝等，以提供詳細的工業化設計參數。
4.4 聚合物污水處理工藝問題
　　聚合物采出水處理站從1997年開始建設，采用的處理工藝均是老三段處理流程。污水中由于聚丙烯酰胺的存在，增加了油水分離難度，雖然通過延長污水停留時間得到一定程度的改善，但存在處理為筑物效率低、體積龐大、占地大、投資高等缺點。并且隨著聚驅采油的推廣和水驅污水受到聚合物污染而出現了處理效率降低、處理能力下降等問題。為此研制開發了橫向流里結除油器，并從1998年開始先后在水驅、聚驅、三元復合驅和外圍低滲透油田進行了現場試驗，其除油效率達92－97％，懸浮物去除率為53－69％，效果很好。目前正在為獲得更詳細合理的設計參數，進行更深入的研究工作。
　　此外，大慶油田從2000年開始己著手于膜分離過濾技術、水力旋流技術的現場試驗研究工作。同時，也開始對其它小型高效的除油過濾設備，如“ZEROIL高效水處理裝置”、“高分辨率水處理裝置”等技術進行探討，以期這些新技術、新工藝能更好地服務于大慶油田，為油田的可持續發展發揮作用。