大庆榆树林油田开发有限责任公司

榆树林油田处于松辽盆地北部中央坳陷区三肇凹陷东部斜坡带，所属的扶杨油层平均孔隙度为12.3%，空气渗透率为2.71×10-3μm2，属于特低渗透油田。榆树林油田以水区开发为主，为防止注水堵塞地层，按照《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》标准要求，榆树林油田油层渗透率0.02μm2，污水回注需要满足“5.1.1”的指标，即含油量 5 mg/L，悬浮固体（SS）质量浓度 1 mg/L，粒径中值 1μm，而已有的含油污水处理[1]工艺技术一直达不到工业化应用要求。从2004 年开始，榆树林油田开展污水处理科研攻关和现场试验，小型试验成功后，2007 年建成并投产了东16含油污水处理站。

在东16 含油污水处理站投产运行的13 年中，随着油田采出污水水量逐年递增，工业污水回收再利用需求的增加，污水处理工艺技术不断优化完善。目前，含油污水处理技术成熟，工艺运行平稳可靠，在负荷率不高于70%的情况下，水质达到回注标准，从而彻底解决了榆树林油田污水处理难的问题，同时也为突破特低渗透油田含油污水深度处理[2]技术瓶颈提供了宝贵经验。

1 含油污水处理系统

1.1 含油污水种类及水质特点

榆树林油田含油污水处理系统处理的污水主要包括油田采出污水及工业污水。

（1）采出含油污水水质特点。榆树林油田的采出含油污水具有油、悬浮物含量不稳，硫化物含量高的特点，检验结果见表1。

（2）工业污水水质特点。工业污水主要是油水井作业产生的压裂返排液、洗井水、泄压水等工业污水。榆树林油田压裂返排液的原油和悬浮物含量较高，远远大于100 mg/L，细菌和硫化物含量可观，检验结果见表2。洗井水、泄压水等工业污水比压裂液水质略好，检验结果见表3。

表1 油田采出含油污水原水水质Tab.1 Raw water quality of oily sewage produced in oilfield

表2 压裂返排液水质检测Tab.2 Inspection of fracturing flowback fluid quality

表3 洗井水、泄压水分析结果Tab.3 Analysis results of well flushing water and pressure relief water

1.2 处理工艺

1.2.1 含油污水处理工艺

针对榆树林油田含油污水来水特点及注入水质标准，要求含油污水处理工艺主要去除油、悬浮物、细菌。另外，因硫化物[3]对管线、设备会产生腐蚀，且对其它设备的水处理效果产生影响，所以需首先去除。

室内研究确定水质处理主要工艺为“曝气[4]气浮[5]砂滤 超滤[6]”，并在试验应用过程中逐步完善。

（1）氧化曝气：主要除硫工艺。选用曝气罐，曝气罐内布设硅橡胶膜曝气管（非常规曝气头），硅橡胶膜曝气管表面有微小均匀、通过激光打制的孔隙，产生的气泡直径平均约1 mm。硫化物去除后，曝气罐出水悬浮物含量因单质硫而增加。

（2）气浮装置：除油、除悬浮物的主要设备。设备在进气浮前投加混凝剂PAC（聚合氧化铝）进行混凝反应，随后通过投加PAM（聚丙烯酰胺）产生的凝聚作用，使之凝聚成更大颗粒的疏水性悬浮物，利用气浮装置微小气泡将其浮升至水面，再通过刮渣机去除。榆树林油田前期选用的是涡凹气浮，涡凹气浮设备结构简单，主要设备是曝气机，占地面积小，噪音低，方便管理。曝气机产生的气泡直径约5～100μm，除油效果好。后期为降低加药成本，开展了微纳气浮现场试验，试验证明微纳气浮产生的气泡更小，当气泡释放在气浮池中，水呈奶白色，可减少加药量20%～50%。

（3）砂滤器：除油、除悬浮物的主要设备。建设初期选用流砂过滤器和海绿石过滤器互为备用，处理效果相当。后因海绿石过滤器反洗操作复杂，流砂过滤器在过滤的同时进行洗砂操作，便于管理，故全部改用流砂过滤器。同时，为确保过滤效果，增加一级流砂过滤器，变成两级砂滤。

（4）超滤：保证水质达到“5.1.1”的关键设备，选用PVC（聚氯乙烯）合金中空纤维超滤膜，膜的过滤孔径为0.01μm，采用内压过滤，过滤精度高。超滤膜需定时进行正冲、气水反冲洗，定期进行化学清洗，以确保膜通量。

经过多年优化完善，榆树林油田含油污水处理系统工艺流程为：来水 曝气罐 微纳气浮装置一级流砂过滤器 二级流砂过滤器 PVC合金中空纤维超滤膜 外输水罐。

另外，系统除细菌工艺选用常规工艺，在过滤后水出站前设置。前期主要采用紫外线物理杀菌工艺，适用性良好。后期因采出污水、工业污水水量增加，水质不稳定性变大，含油污水处理系统能力不足等问题，单纯物理杀菌工艺已不能满足水质处理需求，因此杀菌工艺改造为“物理+化学”工艺[7-8]。

1.2.2 工业污水预处理工艺

由于工业污水来源多，成分复杂，尤其压裂返排液含胍胶，黏度较高，直接进入东16 含油污水处理站会影响设备安全运行及出水水质，所以先进行预处理，在东16 工业污水预处理站充分沉降破胶及滤料过滤等处理后，达到出水“双50”标准，再输送至东16 含油污水处理站，与油田采出污水统一进行深度处理。

2 现场运行情况

2.1 日常运行情况

在通常情况下，污水站来水含油、悬浮物质量浓度均＜100 mg/L，出水达到“5.1.1”标准。生产数据见表4。

表4 正常生产运行时各节点主要水质Tab.4 Main water quality of each node during normal operation

2.2 影响运行效果因素分析

（1）工艺系统实际运行负荷能力较低。东16含油污水处理站实际处理能力未达到设计处理能力，尤其增加工业污水处理需求，而工业污水水量及水质波动性较大，影响东16 含油污水处理站的工艺系统运行。目前，当东16 含油污水处理站实际运行负荷超过70%时，处理水质不合格率增加。

（2）工艺系统运行温度影响超滤膜装置性能。PVC 超滤膜装置的膜组件适用温度低于40 ℃，当实际运行温度超过超滤膜要求的温度时（40 ℃以下），影响超滤膜使用寿命，当超滤膜寿命到限时，如果不及时更换，影响出水水质。

（3）单一的物理杀菌不能保证出水水质。2019年以前，东16 含油污水处理站紫外线杀菌装置安装在反冲洗水罐出水汇管。对处理后污水进行取样化验，有时存在SRB 数量超标现象。生产数据见表5。

表5 生产运行时各节点细菌化验结果Tab.5 Bacteria test resurts of each node during operation

（4）压裂返排液影响水处理效果。在2019 年东16 含油污水处理站扩建投产前，压裂返排液在存储池中自然降黏，当进入处理东16 含油污水处理站的压裂返排液量大时，气浮出水变差，加大药剂量会有所改善，但不能彻底解决。

（5）精细生产管理至关重要。由于来水多样性、工艺设备复杂、药剂种类多等原因，榆树林油田含油污水处理系统生产运行管理精细程度要求高，尤其是来水稳定性对含油污水处理系统工艺运行影响较大。

2.3 经济效果分析

污水站目前设计规模为3 000 m3/d，全站的运行费用约为4.0 元/m3。因部分设备为双套、三套，运行费用略高。

表6 东16污水处理站运行费用Tab.6 Operating cost of East 16 Sewage Treatment Station

3 结束语

（1）含油污水处理站设计时，需适当降低实际处理负荷，保障水质合格率。由于含油污水水质不稳定，且因大规模压裂等原因，水质成分越来越复杂，处理难度加大，所以在含油污水站改扩建时可适当降低实际运行负荷率，保障出水水质合格率。

（2）精细管理是水质合格的重要保障。通过加强管理，可有效提高水质。有效控制脱水站来水悬浮物、油含量；缩短容器清淤、管线冲洗周期；及时调整药剂量、更换设备易损件，保证出水水质合格率。