李蕾

大庆油田设计院有限公司

油田注水水质好坏是油田稳产的重要因素，注水水质不达标，不仅会造成注水管网压力上升，注水系统损耗增加，注水系统效率下降，油田采收率下降，而且会造成注水管网、储罐因水质处理不达标而腐蚀穿孔，严重影响油田生产的正常运行；同时不达标的采出水因排放或泄漏会对油田生产周围环境带来不良影响，造成水质、土壤污染等问题[1-3]。加强油田采出水处理技术研究与应用已成为各油田一项重要的研究课题[4]。油田采出水处理的目的是去除油井采出水中的油、悬浮物、添加剂以及其他有碍注水、易造成注水系统腐蚀、结垢的不利成分[5]。而物理法水处理技术一直是各油田研究热点，其中超低频电磁波水处理技术近年在油田陆续开展试验，取得了较好的研究成果，应用前景广阔。

1 国内常见的水质处理除油技术

目前国内常用的水质除油技术主要为气浮除油技术，按处理性质分为化学法和物理法。其中混凝气浮除油技术采用化学混凝气浮法，先调节采出液水pH 值，然后加入混凝剂和助凝剂，以气浮法产生浮渣形式去除采出液水中不溶性有机物和盐，并去除大部分石油类，但需投加混凝剂，工艺复杂，成本高。而采用物理法的气浮除油技术有加压溶气气浮除油技术和射流气浮除油技术两种[6]。加压溶气气浮除油技术虽然不需要加任何絮凝剂，但需要加压泵、空气压缩机、射流器、高压溶气罐等复杂设备，投资大且耗电量大，采出液水质处理成本高，在油田生产现场投入实际应用的较少。而射流气浮除油技术是采用物理处理法，通过压力控制，可产生需要的气泡直径，气泡直径变化范围在10～100 μm，具有比表面积大，吸附能力强，操作方便，采出液水质处理过程运行平稳且费用少，提高除油效率等优点。其工作原理是通过射流泵以高压射流方式增强处理水的溶气能力，促使微气泡均匀分布，以达到提高除油效果的目的。该水质处理除油技术目前在油田采出水处理中由于处理成本低、应用效果好、除油效率高而具有良好的推广应用前景。

2 油田采出水处理的难点

油田采出水的腐蚀、结垢和细菌滋生一直是严重影响水质达标的难点问题，传统的处理办法是投加“三防”药剂[7-8]，资金投入大，运行费用高，且难以从根本上解决问题。以油田某采油厂为例，油井采出水处理水质不达标问题较严重。除3#站经油井采出水处理技术改造后，油井采出水水质已经达到C3 标准（悬浮物及含油质量浓度均小于等于30 mg/L），其余4座处理站油井采出水水质均未达到标准要求。主要原因是1#站、2#站、4#站均为含聚油井采出水，聚合物造成油水乳化加剧，常规重力沉降工艺适应性变差，造成油井采出水处理水质不达标；同时采出水矿化度达到20 000 mg/L 以上，腐蚀结垢倾向加剧。表1为2020年某采油厂各采出水处理站水质综合指标完成情况统计。

表1 2020年某采油厂各采出水处理站水质综合指标完成情况统计Tab.1 Statistics on the completion of comprehensive water quality indicators of each produced water treatment station of an oil production plant in 2020 %

3 工作原理及特点

超低频电磁波水处理技术应用于多领域水质处理，通过改变自由能熵变（改变振动、转动的能量），在设备、管道内壁生成四氧化三铁的防腐层[9-10]；同时，在离子电流和时变电磁波的冲击下，微生物和细菌被杀死和控制。电磁波磁场对水偶极分子定向极化、电子云会发生变化，造成氢键弯曲和局部断裂，使单个水分子数量增多，自由化水分子占据溶液的各空隙，能抑制晶体的形成，氢键角由105°变成103°，水由原来的13至18个大分子团变成5 至6 个小分子团，水的渗透力、溶解度、表面张力增强，水中的碳酸钙和碳酸镁分解生成较松软的碳酸氢钙和碳酸氢镁，从而达到了电磁波防结垢、防腐蚀的效果。该技术同时集防腐、防垢、杀菌功能于一身，它可使铁直接氧化成四氧化三铁而不再腐蚀，使成垢离子在水中结晶而不形成硬垢，使细菌连接DNA 双螺旋结构的氢键变形而失去活性。

技术特点如下：

（1）物理法处理。不加化学药剂，水处理后不会产生水质二次污染。

（2）绿色环保。沉积物少，污泥量少，能有效减少油田采出水处理站污泥处理工作量。

（3）安装便捷。设备橇块化，短流程，占地少，施工简单。

（4）处理成本低。与采用“三防”药剂相比具有操作成本低和节能环保的明显优势。

（5）节能降耗效果好。应用该技术不更换滤料，不产生危害废物，反洗水量少，具有节能降耗效果好的优点。

（6）防腐效果好。现场试验应用表明，油田采出水经超低频电磁波防腐杀菌处理后，通过改变自由能熵变（改变振动、转动的能量），实现低pH值，并在低温条件生成四氧化三铁的防腐层；同时，在离子电流和时变电磁波的冲击下，微生物和细菌被杀灭和控制，具有良好的防腐杀菌效果。

4 现场应用

（1）1#水处理站采出水处理量38 000 m3/d，通过现场应用试验结果表明，采出水经超低频电磁波处理后，腐蚀挂片及金属设施内壁在1 h 内即可形成致密的四氧化三铁，有效作用距离长达4 km以上，从采出水处理站到井口形成了有效腐蚀防护作用。表2为1#水处理站应用前后水质对比数据。

表2 1#水处理站应用前后水质对比数据Tab.2 Water quality comparison data of No.1 Water Treatment Station before and after application

（2）2#水处理站采出水处理量11 000 m3/d，采出水呈酸性，腐蚀严重，进站来水水质不稳定，应用超低频电磁波技术解决该站沉积物量大、结垢严重等问题，同时保证防腐效果，处理后水质明显改善。表3为2#水处理站应用前后水质对比数据。

表3 2#水处理站应用前后水质对比数据Tab.3 Water quality comparison data of No.2 Water Treatment Station before and after application

（3）4#水处理站采出水处理量12 000 m3/d，应用超低频电磁波技术，解决反冲洗水水质恶劣对系统造成二次污染等问题，达到反冲洗水含油量去除率95%以上、悬浮固体去除率90%的处理效果。表4为4#水处理站应用前后水质对比数据。

表4 4#水处理站应用前后水质对比数据Tab.4 Water quality comparison data of No.4 Water Treatment Station before and after application

（4）5#水处理站采出水处理量7 300 m3/d，采出水呈酸性，腐蚀严重，三相分离器出水水质不稳定，含油量波动大，应用超低频电磁波技术，确保水质稳定达标。表5为5#水处理站应用前后水质对比数据。

表5 5#水处理站应用前后水质对比数据Tab.5 Water quality comparison data of No.5 Water Treatment Station before and after application

（5）某原油接转站采出水处理量1 100 m3/d，应用超低频电磁波防腐杀菌技术后，确保了水质稳定达标。表6为某原油接转站水处理站应用前后水质对比数据。

表6 某原油接转站水处理站应用前后水质对比数据Tab.6 Water quality comparison data of a crude oil transfer station and water treatment station before and after application

5 应用效果评价

（1）杀菌效果好。油田采出水应用超低频电磁波水处理技术后SRB菌大幅度减少，说明该技术杀菌效果良好。

（2）防腐效果突出。采出水经超低频电磁波处理后，腐蚀挂片及金属设施内壁在1 h 内即可形成致密的四氧化三铁，平均腐蚀速率仅为0.006 mm/a，比加药期间降低了83%。

（3）节能环保效果好。与采用“三防”药剂油田采出水处理工艺技术相比，可以大大减少水处理技术产生的沉积物，减少油田水处理站油泥量，减少水处理站油泥无害化处理费用。

（4）水处理成本低。有效减少油田各类“三防”药剂投入量，降低水处理药剂费用，现场试验应用证明，水处理价格可控制在1.5元/m3以内。

（5）应用前景广泛。根据油田现场应用结果表明，该技术在强腐蚀性水、含聚水、稠油热采等不同水性中均具有良好的适用性。该技术适用范围广，不仅可用于油田采出水处理和生活污水处理，而且也可用于河道、湖泊等地表水的处理，地下水除铁除锰的给水处理等。

（6）提高水质达标率。有效解决了油田采出水的腐蚀、结垢、细菌滋生和水质处理不达标等问题，提升了油田采出水水质处理质量，促进了油田生产绿色、低碳、安全发展。

6 结束语

加强油田采出液水质处理技术试验应用研究是一项十分重要的工作。现场应用证明，超低频电磁波采出水处理技术是一种纯物理法处理技术，适用范围广，可用于各种油田采出水处理工艺，具有施工便捷，处理成本低，除油效率高等优点，能有效解决油田生产中的难题，具有良好的水处理效果，可实现污水的循环利用、节约水资源及水资源利用的可持续发展。