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腰灘油田整體滾動(dòng)開發(fā)后，油藏暴露出含水上升速度快，單井產(chǎn)能低，遞減率高等問題，聯(lián)合站污水來(lái)自周邊三個(gè)區(qū)塊，水性相差較大且來(lái)水時(shí)間不同，造成站內(nèi)污水水質(zhì)波動(dòng)較大，污水處理效果較差，注水壓力進(jìn)一步上升。由于水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，井下管柱結(jié)垢嚴(yán)重，導(dǎo)致投撈測(cè)試成功率低，未能實(shí)現(xiàn)兩套層系的細(xì)分注水開發(fā)，地層能量衰減較快。為了優(yōu)化平面注采系統(tǒng)，設(shè)計(jì)新的污水處理用微生物+膜污水處理工藝技術(shù)，來(lái)改善注水水質(zhì)使其滿足低滲油藏注入水標(biāo)準(zhǔn)，以擴(kuò)大水驅(qū)儲(chǔ)量動(dòng)用規(guī)模，提高油田采收率〔1〕。

　　1 采油污水水質(zhì)現(xiàn)狀

　　腰灘油田采油(氣)污水水質(zhì)情況見表 1

油田廢水中COD主要由油類和各種采油助劑構(gòu)成，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，1 mg/L的石油對(duì)COD的貢獻(xiàn)為4～5 mg/L。由表 1可知，腰灘油田采油(氣)中COD**高達(dá)2 000 mg/L，油質(zhì)量濃度**高達(dá)200 mg/L，即廢水中油類對(duì)COD的貢獻(xiàn)率約為40%，其中60%為各類采油助劑的貢獻(xiàn)。采油助劑主要包括降黏劑、破乳劑、絮凝劑等大分子有機(jī)物質(zhì)，結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜，生物降解性能很差，由可生化性試驗(yàn)知，項(xiàng)目廢水BOD/COD為0.20～0.24，說(shuō)明項(xiàng)目廢水可生化性確實(shí)很差，因此需要提高其可生化性。

　　要求回注水水質(zhì)達(dá)到《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》(SY/T 5329—1994)中A1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足低滲透油田注入水水質(zhì)要求，即SS≤1.0 mg/L，懸浮物粒徑中值≤1.0 μm，油≤5.0 mg/L，SBR為0，平均腐蝕率≤0.007 6 mm/a。

　　2 采油污水一體化處理工藝設(shè)計(jì)

　　由于油田分布零散，產(chǎn)量規(guī)模小，考慮低投入和適用性，采用車載移動(dòng)式，選用集裝箱裝載一體化，進(jìn)行采油污水一體化處理工藝設(shè)計(jì)。

　　2.1 工藝流程

　　借鑒其他油田對(duì)采油污水的處理方法，決定采用生化法，生化法處理采油污水處理效果良好，可滿足回注要求。工藝處理流程如圖 1所示。

 圖 1 工藝處理流程

　　圖 1中回注水處理工藝流程中虛線部分為車載部分。工藝流程重點(diǎn)對(duì)工藝流程生化段1、生化段2、管式膜處理器詳細(xì)說(shuō)明〔2, 3, 4〕，具體工藝流程見圖 2。

圖 2 車載部分工藝流程

　　油田回注水處理技術(shù)的關(guān)鍵是去除采油助劑，隨著三次聚合驅(qū)采油技術(shù)的推廣以及低滲透油層回注標(biāo)準(zhǔn)的提高，現(xiàn)有處理技術(shù)、設(shè)備很難達(dá)到要求，因此必須開發(fā)研究新的處理技術(shù)和更加有效的處理設(shè)備。

　　(1)生化段1。生化段1可以通過(guò)改變曝氣量調(diào)節(jié)生化反應(yīng)，當(dāng)關(guān)閉曝氣系統(tǒng)時(shí)，生化段1為水解酸化池，主要作用是將污水中難降解的采油助劑等大分子有機(jī)物分解為溶解性和小分子有機(jī)物，可利用底部污泥床截留并吸附顆粒物質(zhì)、膠體物質(zhì)及有機(jī)物。

　　水解酸化池另一作用為出水循環(huán)回流進(jìn)行缺氧脫氮反應(yīng)。污水在兼氧微生物的作用下，利用原水部分降解的揮發(fā)性有機(jī)酸(VFA)作為有機(jī)碳源，使亞硝酸氮、硝酸氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，并利用部分有機(jī)物和氨氮合成新的細(xì)胞物質(zhì)。生化段1開啟曝氣系統(tǒng)時(shí)，為生化段2的預(yù)處理段。

　　(2)生化段2。生化段2采用活性污泥系統(tǒng)，為去除有機(jī)物的主體工藝，與MBR聯(lián)用的活性污泥系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：有機(jī)負(fù)荷高，單位體積去除有機(jī)物的能量是生化法中**高的;不產(chǎn)生污泥膨脹，耐沖擊性能好，來(lái)自MBR系統(tǒng)大流量的污泥回流使其受到高負(fù)荷沖擊后，生物細(xì)菌能很快得到恢復(fù);管理方便，能實(shí)行簡(jiǎn)單的無(wú)人控制而不影響水質(zhì)，可以減少操作人員，降低運(yùn)行成本。

　　(3)管式膜處理器。將管式膜處理系統(tǒng)應(yīng)用于污水處理中具有以下特征：能**地進(jìn)行固液分離，其分離效果比傳統(tǒng)的沉淀池要好，且占地少，通過(guò)膜分離裝置所獲得的水質(zhì)很好，可以直接再利用;使生物反應(yīng)器能保持高濃度的微生物，膜分離裝置能阻止高分子質(zhì)量的有機(jī)物和懸浮物向系統(tǒng)外流失，使參與反應(yīng)的微生物完全保持在生物反應(yīng)器內(nèi)，這對(duì)于截留世代期較長(zhǎng)的微生物尤其有利，如硝化細(xì)菌在反應(yīng)器中的停留有利于系統(tǒng)的硝化;膜可以阻留許多分解速度較慢的大分子難降解物質(zhì)，通過(guò)延長(zhǎng)其停留時(shí)間而提高對(duì)它的降解率;剩余污泥產(chǎn)量小，污泥處理費(fèi)用少;易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操作管理方便。

　　本工程采用德國(guó)BERGHOF產(chǎn)的管式超濾膜，親水性的PVDF膜材料可高質(zhì)量地截留廢水中的油類、固體懸浮物質(zhì)和細(xì)菌，保證出水達(dá)到SY/T 5329—1994中A1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，滿足處理水回注要求。

　　2.2 處理效果

　　在充分調(diào)研基礎(chǔ)上形成的水處理工藝設(shè)計(jì)方案，有效地解決了設(shè)備體積小、含油廢水處理難度高的技術(shù)難點(diǎn)，在保證出水指標(biāo)的基礎(chǔ)上，合理利用有效空間，形成了生化處理+膜處理的獨(dú)特處理工藝。經(jīng)處理后，管式膜出水油≤5 mg/L，懸浮物粒徑中值0.5 μm，SS 0.7 mg/L，SBR為0。

　　3 采油污水一體化處理設(shè)備設(shè)計(jì)

3.1 水處理設(shè)備設(shè)計(jì)思路

　　(1)鑒于含油廢水腐蝕性高的特點(diǎn)，生化池材質(zhì)采用**符合環(huán)保要求之工程塑料聚丙烯(PP)板，滿足了腐蝕性能指標(biāo)。且PP板具有密度小，優(yōu)越的耐化性，耐熱性及耐沖擊性能，是保證生化池長(zhǎng)久運(yùn)行的良好材料。

　　(2)采用兩段式生化池設(shè)計(jì)，不僅良好地利用了集裝箱的有效空間，而且使生化系統(tǒng)形成合理有序的流體混合動(dòng)力模式，又解決了回流污泥短路流入超濾膜系統(tǒng)的問題。

　　(3)鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)采用防腐微孔曝氣器及UPVC連接管道，滿足水質(zhì)處理要求。

　　(4)超濾膜采用德國(guó)BERGHOF膜組件，能截留0.01~0.1 μm的大分子物質(zhì)和雜質(zhì)，能有效地去除水中的微粒、膠體、細(xì)菌、熱源和有機(jī)物。超濾可在高負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行，具有處理效果好、處理效率高、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。

　　(5)電控系統(tǒng)關(guān)鍵部件采用進(jìn)口設(shè)備，保證了設(shè)備運(yùn)行的整體性能。

　　3.2 生化系統(tǒng)

　　生化池設(shè)計(jì)：生化池材質(zhì)選用PP板。PP板具有密度小、易焊接和加工，優(yōu)越的耐化性、耐熱性及耐沖擊性，無(wú)毒、無(wú)味，是目前**符合環(huán)保要求的工程塑料之一。其廣泛應(yīng)用于耐酸堿設(shè)備、環(huán)保設(shè)備、廢水、廢氣排放設(shè)備的制作〔5, 6〕。生化系統(tǒng)工藝控制指標(biāo)見表 2。

3.3 超濾膜系統(tǒng)

　　超濾膜采用德國(guó)BERGHOF膜組件，膜道8 mm，膜孔30 nm。經(jīng)生化處理后的含油廢水由進(jìn)水泵打入超濾膜系統(tǒng)，膜系統(tǒng)產(chǎn)水經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量后排入凈水罐，部分濃水回流至生化系統(tǒng)，部分濃水由循環(huán)泵與進(jìn)水混合重新進(jìn)入超濾膜〔7〕。超濾膜處理系統(tǒng)流程見圖 3。工藝控制指標(biāo)見表 3。

圖 3 MBR工藝流程

4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與應(yīng)用

　　2012年9月底開始調(diào)試準(zhǔn)備工作，2012年11月5日進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段，通過(guò)接種油田聯(lián)合站污泥，至11月20日，完成污泥的接種;至11月26日，完成污泥的馴化階段，進(jìn)入污泥負(fù)荷的提高階段;至12月20日，污泥負(fù)荷的提高階段完成。到2013年2月為止，已經(jīng)4個(gè)多月污泥沉降比(SV30)維持在30%~40%，污泥性狀穩(wěn)定。膜系統(tǒng)出水穩(wěn)定并達(dá)到3 t/h的產(chǎn)水流量，超出設(shè)計(jì)流量20%，出水水質(zhì)達(dá)到SY/T 5329—1994中A1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明生化系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，達(dá)到運(yùn)行要求。

　　現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)投加碳、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)劑。監(jiān)測(cè)指標(biāo)有沉降比、溶解氧、pH、COD、溫度。生化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試分為三個(gè)階段：污泥的接種階段、污泥的馴化階段、污泥負(fù)荷的提高階段。在生化調(diào)試過(guò)程中，也通過(guò)了MBR系統(tǒng)調(diào)試，具體包括附屬設(shè)備調(diào)試、管路調(diào)試、電控系統(tǒng)調(diào)試、軟件系統(tǒng)調(diào)試，經(jīng)過(guò)試運(yùn)行，出水穩(wěn)定并達(dá)到3 t/h的產(chǎn)水流量，超出設(shè)計(jì)流量20%，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果：采油污水一體化處理設(shè)備應(yīng)用于腰灘油田聯(lián)合站采油污水的處理，設(shè)備安全運(yùn)行超過(guò)150 d，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)穩(wěn)定，累計(jì)處理污水8 650 m3。

　　5 結(jié)論

　　(1)車載移動(dòng)式油田污水一體化處理設(shè)備有效地解決了設(shè)備體積小、含油廢水處理難度高的技術(shù)難點(diǎn)，在保證出水指標(biāo)的基礎(chǔ)上，采用兩段式生化池設(shè)計(jì)，合理利用有效空間，形成了獨(dú)特的處理工藝，該設(shè)備污泥COD負(fù)荷達(dá)到2 kg/(m3·d)，出水水質(zhì)達(dá)到SY/T 5329—1994中A1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

　　(2)將生化處理+膜處理工藝集成于集裝箱內(nèi)的新思路填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)石化行業(yè)油田采出水處理的一項(xiàng)空白。

　　(3)該設(shè)備具有移動(dòng)方便、性價(jià)比高、節(jié)省基建投資等優(yōu)點(diǎn)，成功運(yùn)行之后將產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。