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新疆油田作业废水处理技术取得突破

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新疆是我国重要的油气生产基地,2013年生产石油天然气(油气当量)达5000万吨以上,预计未来十年新疆油气产量将占到我国陆上油田产量的三分之一。新疆属于干旱-半干旱区,水资源短缺、生态环境脆弱,油气资源大多分布在广袤缺水的荒漠区域,水资源高效利用与生态环境保护较之其它油田产区更为重要和紧迫。

油田开发产生的废水主要包括采出液油水分离后的污水、井下作业废水等。经过多年努力,新疆各油田原油采出液污水处理率已达到95%,回用率(主要用于回注地层增压)达90%以上。目前面临的紧迫问题是作业废水的处理。作业废水是油田压裂、酸化、调剖、堵水等井下生产作业产生的废水的统称,由于含有高分子聚合物、各类化学助剂、重质原油等,水质极端复杂,迄今没有理想和成熟的低成本治理技术,多年来存放在蒸发池中,通过蒸发实现减量化。随着油田产能持续扩大,蒸发池数量不断增加,对环境的影响日益凸显,作业废水已成为各油田潜在的污染源和安全隐患,受到油田、地方环保部门的高度关注。近年来,国内各大油田均开展了作业废水处理技术相关研发,但目前仍处于工艺流程复杂、小流量处理、单位成本较高的试验阶段。

受中石油新疆油田分公司的委托,在中国科学院西部行动计划项目的支持下,中科院新疆生态与地理研究所卞卫国研究团队,联合中科院长春应用化学研究所、中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所、新疆油田公司工程技术研究院等单位,系统开展了新疆油田作业废水处理技术与装备研制工作,经过攻关已经取得重要突破,现已实现工程化应用。

研究团队提出并确定了“催化氧化-反应吸附-气浮分离-深层过滤”的工艺技术路线,研制合成了针对性强的阳离子、阴离子类型的水介质分散型聚丙烯酰胺专用药剂,自主研发了臭氧与电化学复合的协同反应装置、内循环罐式和管式反应器、辐流式气浮机,以及对可溶性高聚物有去除能力的深层过滤专用改性粘土材料及其过滤装置等关键装备,经不断优化集成,形成了油田作业废水处理的成套装置,最大处理能力已达60m3/h。

与传统的油田采出液污水的絮凝沉降处理工艺相比,成套装置相同处理能力设备体积减小了1/3,反应速度和效率大幅提高,加药混合反应时间从常规的3-5分钟提高到15-60秒,处理效率提高1倍以上,处理能力提高50%以上。与国内已开展的油气井压裂作业返排液五步法工艺、油气井酸化作业返排液的处理四步法工艺等试验装置相比,研制的成套装置处理效率高,适用性、稳定性和可操作性强,作业废水完全处理成本从25元/m3降低到12元/m3。相关技术已申请12项专利,6项已获得授权(其中发明专利3项)。

目前,已有3套成套处理装置在新疆油田得到了工程化应用,销售收入约1800万元。2013年末至2014年初,在克拉玛依油田采油五厂百口泉联合站完成了处理能力每小时60m3的固定式作业废水成套处理装置安装调试和应用(附图1);克拉玛依博达含油污泥处理厂处理能力每小时30m3的成套固定装置(附图2),于2014年6月完成安装调试、9月中旬正式投产;处理能力每小时30m3的成套移动车载装置(附图3),于2014年8月在吐哈油田三塘湖采油厂完成了安装调试并试投产。至今这3套装置已累计处理各类作业废水50万m3以上,处理后污水全部达标回注油田(附图4),为企业节约清水费和缓建废液池投资3000多万元。

上述新疆油田作业废水处理技术与设备解决了油田压裂、酸化、调剖、堵水等井下作业产生的混合废液处理回注难题,在工程化应用方面表现出的高效率、低成本、使用方便、综合经济效益好的特点,得到了新疆油田公司的高度肯定和认可,计划在所辖采油厂中推广应用。经接洽,塔里木油田、青海油田、大庆油田以及中石油哈萨克斯坦油田等都表达了采用中科院研发的技术与设备的初步意向,相关技术与设备展现出良好的市场前景。

新疆油田作业废水处理技术与设备虽已实现工程化应用,但要在油田大规模推广应用,还需进一步完善设备分类和标准化设计,形成系列型号。同时,要根据作业废水的水质情况,进一步研发专用处理药剂,提升处理效率、降低成本。

致密油田及页岩气是当今能源开发的新热点,其中聚丙烯酰胺乳液作为压裂用减阻剂已在广泛使用,而其使用的水力压裂技术产生的大量压裂返排液将成为重大环境隐患。研究团队与新疆油田勘探开发公司、工程技术研究院等单位联合,正在开展致密油田压裂返排液回用处理技术和设备研究,以期为新疆昌吉致密油田(估计储量十亿吨)压裂返排液资源化利用提供技术支撑。