油田污水及壓裂返排液處理工藝

油田污水是在油田三采過程中產生的作業(yè)廢水，主要含有原油、驅油劑、破乳劑、殺菌劑、機械雜質等，呈現(xiàn)出腐蝕快、細菌多、懸浮物含量高、色度重等特點，處理不當會造成注水設備腐蝕、水體腐敗等問題。壓裂返排液則是在油田增產改造后從井筒中返排出來的液體，主要含有稠化劑、聚合物、表面活性劑、殺菌劑及其他添加劑，具有粘度大、有機物含量高、水質多變等特點，若排放至地面不經過處理，將會對周圍環(huán)境，尤其是農作物及地表水系統(tǒng)造成污染。

因此，如何有效的緩解油氣田開發(fā)帶來的環(huán)境污染問題成為了當今油氣田開發(fā)的關鍵技術之一。

1、國內油田污水處理技術現(xiàn)狀

1.1 油田污水的處理方法

油田污水的處理方法主要有物理法、化學法、物理化學法、生物法等。

1.1.1 物理法

物理法主要是實現(xiàn)固液分離或不同相的分離處理，物理法主要包括重力分離、離心分離、過濾、粗粒化、膜分離和蒸發(fā)等方法。

重力分離技術是依據(jù)比重差異實現(xiàn)污水中油分、懸浮物、機雜從水體分離，已被各油田廣泛使用。

離心分離是污水在高速旋轉過程中形成離心力場，從而實現(xiàn)固液分離和不同相分離。我國引進Vortoil水力旋流器已經在油田污水處理領域有了良好的應用。

粗?；侵冈谠O備中加入一定量的粗?；牧?，使污水中的油分粒徑增大，以便處理含油污水中的小油滴和乳化油。

膜分離主要是通過膜滲透理論實現(xiàn)不同粒徑物質、分子的分離及脫除。常用膜分離技術包括超濾、納濾、反滲透等。膜是膜分離技術的核心組件，膜主要是由多孔材料組成，對污水中的顆粒、分子均有一定的攔截、分離作用。各種膜處理孔徑、壓力及去除污染物類型均有所不同，其特點如下所示。

1.1.2 化學法

化學法主要是指依靠化學原理、化學藥劑等實現(xiàn)處理、凈化污水的方法。常見的化學法有絮凝、混凝、沉淀、中和、氧化、還原等。絮凝、混凝是通過絮凝劑對膠體粒子的靜電中和、吸附、架橋等作用使膠體粒子脫穩(wěn)，形成絮體使污水中懸浮物、油分等分離出來。常用的絮凝劑有鋁鹽類、鐵鹽類、聚丙烯酰胺（PAM）類、改性淀粉類等。

中和法則是通過酸堿質子理論使水體的酸堿度處于安全可用狀態(tài)。常用的酸多為HCl，常用的堿多為NaOH、Na2CO3等。

氧化法則是通過氧化劑使水體中的有機物分解，抑制水體中的細菌繁殖。常用的氧化劑有H2O2、NaClO、H2SO4等。

1.1.3 物理化學法

常用的物理化學法主要有氣浮法和吸附法。

氣浮法是在空氣中注入微小氣泡，使微小氣泡與水中懸浮的油粒粘附，形成浮渣，實現(xiàn)油水分離。

張登慶等采用電氣浮技術處理了油田采出水，進行了現(xiàn)場探索性試驗，試驗結果表明，該技術除油率為80%~90%，且具有良好的殺菌效果。

吸附法主要是通過吸附劑及吸附原理除去污水中的污染物，常用的吸附技術有表面吸附、離子交換等。

1.1.4 生物法

微生物通過生化作用可將大分子有機物分解成CO2和水，從而將水中有害有機物去除，以達到凈化污水的作用，該方法稱為生物法。生物法可分為好氧法、厭氧法兩大類。好氧法特點是微生物可利用水中的溶解氧發(fā)生生化反應，將廢水中的有機物最終分解成CO2、H2O、NH3、NO3-等，而厭氧法則是通過特定的反應器生成菌體，而后與水中的有機物反應，將有機物分解成CH4、CO2、H2O等。

總之，油田污水的處理方法較多，其優(yōu)缺點如下所示。

2、國外油田污水的處理方法

2.1 植物脫鹽技術

阿曼石油公司選擇了一種特殊的抗鹽植物，可將油田采出水經簡單處理后灌溉嗜鹽植物，經植物脫鹽后，采出水鹽度降低25%以上。

2.2 沸石材料捕獲離子

美國的Sandia國家實驗室研發(fā)了一種離子捕獲材料，可實現(xiàn)離子捕捉，從而降低離子含量。該離子捕獲材料主要為表面改性沸石，改性沸石材料構成過濾材料的基質結構，而網狀結構則為選擇性過濾器。網狀結構上電荷可與水中特定陰陽離子發(fā)生離子交換反應，水經過多組沸石過濾器后，可去除部分離子。室內實驗結果表明，使用該技術可使污水的含鹽量從10000mg?L-1降低至2000mg?L-1。

3、壓裂返排液處理方法及工藝現(xiàn)狀

3.1 壓裂返排液處理方法

（1）微電解法

微電解就是利用鐵-碳的電位差形成多個微電池，發(fā)生電化學反應，與其他化學藥劑配合使用時可產生絮凝、氧化、沉淀等作用。在堿性條件下，微電解可產生Fe（OH）3，能與水中的呈負電的污染物產生吸引作用，形成絮體，將污染物去除。微電解與芬頓試劑協(xié)作使用時，可釋放出氧化性較強的羥基自由基，可將壓裂返排液中的有機物分解，達到降低粘度、降低COD的目的。

（2）生物法

微生物通過分解代謝作用，可使水中的有機污染物被降解或變成微生物的細胞質，從而達到降低返排液中的COD、降粘、凈化水質的目的。

（3）混凝法

混凝法常用混凝劑有PFS、Al（2SO4）3、Fe（2SO4）3、FeCl3、AlCl3、PAC。

（4）催化氧化法

催化氧化法主要是通過氧化劑或者催化-氧化復合體系對返排液進行降粘、去除COD等常用的催化氧化藥劑或方法。有Fenton試劑氧化、NaClO、納米光催化氧化、超臨界、水氧化等。

（5）過濾吸附法

過濾吸附法主要是通過過濾器及吸附材料進行過濾、吸附等，以達到除雜、脫色的目的。常用的方法有濾料濾池、壓濾罐、SSF機、活性炭吸附、果殼吸附等。

3.2 壓裂返排液處理工藝

目前，壓裂返排液主要處理工藝大體可分為以下幾種。

（1）絮凝離心-微波無極紫外光氧化-內電解工藝

研究表明，內電解法可提高有機物含量較高的污水的可生化性，為難生化的污水提供了處理方案。孫杰、趙暉、曾慶福等人采用該技術對印染行業(yè)污水進行了處理，處理后水色度去除率大于95%，COD去除率大于70%，處理后水呈無色。延長油田采用該技術對采油污水進行了室內實驗研究處理，處理后水呈無色透明，COD降低85%，處理效果較好。

河南油田采用該技術進行了現(xiàn)場試驗，處理后水pH值約為7，含油量為0.5mg?L-1，含硫量為0.5mg?L-1，含鐵量為0.5mg?L-1，懸浮物含量為4mg?L-1，達到油田回注水的技術要求。

（2）混凝-氧化-Fe／C微電解-H2O2／Fe2+催化氧化-活性炭吸附（五步法）

針對河南油田壓裂返排液COD含量高的特點，張宏針采用了該處理工藝對返排液進行了返排液無害化處理，處理后水COD由12000mg?L-1降低至451mg?L-1，水體外觀無色透明，處理后水達到了回用、回注地層的標準。五步法處理量較大，可對壓裂液進行綜合性處理，但占地面積較大，投資較高。

（3）哈里伯頓CleanWaveTM水處理工藝

該工藝主要是采用電絮凝技術對污水進行處理。電離出來的金屬離子在電流場作用下，進入溶液后與污水中的帶負電的懸浮物產生電中和反應，使得懸浮物凝聚成大的顆粒，從而達到去除懸浮物、油分、機械雜質的目的。采用該工藝處理后鐵離子去除率為95%，鈣鎂離子去除率為97%，懸浮物、油分去除率為98%，處理效果較好。該工藝已在美國猶他州成功進行了試驗，累計處理了9000余方返排液。

（4）斯倫貝謝移動式返排液處理工藝

該工藝由化學絮凝系統(tǒng)、沉淀系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、壓濾等組成，首先返排液經進液泵提升后進入化學預處理單元，經絮凝、氧化后進行殺菌等，隨后進行沉淀、過濾等，固液分離后將固相送至壓濾機中，將絮體、固相壓成濾餅，壓出水返回至沉淀單元進行二次處理。處理后水鈣離子從1450mg?L-1降低至400mg?L-1，鐵離子從45mg?L-1降低至0.5mg?L-1，濁度從199NTU降低至8.5NTU。

（5）哈里伯頓紫外光殺菌技術

植物膠壓裂液腐敗問題是影響壓裂液性能的主要問題之一，常規(guī)的殺菌劑使用量過大，對環(huán)境有一定的危害。哈里伯頓優(yōu)選了紫外光波段，采用紫外光殺菌技術，破壞了細菌DNA分子鏈，從而達到了殺菌的目的。試驗結果表明，使用該技術殺菌率可達到99.9%，該技術克服了常規(guī)殺菌劑藥劑使用過量對環(huán)境產生的影響，具有良好的環(huán)保效益。

4、新技術發(fā)展方向

（1）抗污性能較好、工作壓力范圍較廣、廉價的膜分離材料和新型膜分離系列技術與預處理技術、高效清洗劑的有機結合成為加大膜分離技術推廣的重要途徑。

（2）返排液處理應立足于中段水的最大化利用，末端水以減量化、無害化為研究方向，實現(xiàn)污水的減量化、資源化、無害化。

（3）研究壓裂返排液的變化規(guī)律及影響壓裂液性能的因素是壓裂返排液回收及處理的關鍵技術。

（4）目前，微生物培養(yǎng)及使用條件較為苛刻，制約了微生物技術的推廣，性能優(yōu)越、廣譜型微生物處理技術的研發(fā)將成為微生物處理技術的重要研究方向。

（5）新型耐鹽抗污型植物栽培與人工濕地技術的改良將為污水綜合處理、資源重復利用及生態(tài)修復提供良好的技術引領。

（6）開展可調波長紫外光殺菌設備的研發(fā)，探索精細化、針對性較強的紫外殺菌技術，建立不同菌種殺菌方案工藝包。

（7）處理工藝撬裝化、模塊化。可根據(jù)污水的物性特征、污水量及處理后水用途、去向，進行處理模塊的實時集成，增加處理能力，提升處理工藝適應性。（來源：咸陽川慶鑫源工程技術有限公司，川慶鉆探長慶井下技術作業(yè)公司）