隨著開采時間的推移，中國海洋石油的大部分油田相繼進入二次開采(即注水開采)階段，二次開采階段的到來一方面增大了對注水量的需求，另一方面也大大增加了油田采出水的量，這些廢水如果不經過處理就直接排放的話勢必會對海洋環境造成極其惡劣的影響。相反，如果這些廢水經處理后用于回注，不但滿足了日益增大的注水量的需求，還減少了對環境的污染;同時由于油田采油廢水中具有與油藏的良好配伍性，將這些污水深度處理之后用于回注對提高油田的采收率具有積極的作用。
1采油廢水的性質
采油廢水是指從地層中隨原油一起被開采出來的水，經歷了原油處理的大部分流程，因此污水中雜質種類及性質都和油藏的地質條件，注水水質等有很大的關系。這種污水是一種含有固體雜質、液體雜質、溶解氣體和溶解鹽類等復雜的多相體系。采油廢水中的油的存在形式主要有5種：
(1)浮油,其粒經一般大于100μm，以連續相的形式漂浮于水面，形成油膜或油層;
(2)分散油，以微小的油滴懸浮于水中，不穩定，靜置一段時間后通常變成浮油，油滴的粒經一般介于10~100μm之間;
(3)乳化油，粒徑為0.001~10μm，具有一定的穩定性，單純用靜止沉降法無法去除，是采油廢水的主要處理對象。
(4)溶解油，以一種化學方式溶解的微粒分散油，油粒直徑小于0.001μm，一般原水中此部分油僅占總含油量的1%以下，在處理過程中也有一定比例的去除,但不作為污水處理的主要對象;
(5)固體附著油，吸附于廢水中固體顆粒表面的油，這種油會隨著固體顆粒的去除而去除。
2含油廢水回注處理技術研究新進展
在含油污水回注處理中使用和研究得比較多的技術主要有氣浮選技術，離心旋流分離技術，精細過濾技術以及最近新發展起來的膜分離技術，這幾種技術由于其設備體積小，效率高，效果好，因此得到了廣泛的應用和研究。
2.1氣浮選技術
氣浮選技術基本原理是在含油污水中通入大量微小氣泡，并利用其作為載體與污水中的油珠和懸浮絮粒相互粘附，形成整體密度小于水的浮體上浮至水面，使污水中的油珠和懸浮狀等物質與污水分離，達到凈化污水的目的。
在污水處理中，根據水中形成氣泡的方式的不同可將氣浮法分為四種類型，即溶氣氣浮法，誘導氣浮法、電解氣浮法和化學氣浮法。任連鎖、鄭杰等人[1]采用二級串聯電氣浮技術來處理油田污水，并對前置預處理、一級自然電氣浮、二級自然電氣浮和絮凝劑及其投加方法對處理效果的影響進行了研究，取得電氣浮處理技術的主要影響因素，并在安徽油田歐北聯合站進行現場試驗，發現二級電氣浮出口污水中含油量低于20mg/L，基本達到該油田的注水水質標準;另外電氣浮技術還有很好的殺菌消毒作用。杜新勇、王飛[2]等人利用溶氣浮選技術對河南油田下二門聯合站分離器出口污水進行處理研究，發現：(1)氣浮選技術處理聯合站三相分離器出口污水具有明顯效果，污水含油可由1000±300mg/L降至30mg/L以下。(2)氣浮選技術用于去除污水中懸浮物時，須有藥劑配合方可顯出效果。(3)提高溶氣量并不能改善原油和懸浮物的浮選效果，反倒提高了處理水中的含氧量，說明溶氣量有一臨界值。于振民[3]采用撫順石油化工研究院開發的一種新型葉輪氣浮設備對中石化煉油事業部污水處理廠的污水進行了試驗研究，發現葉輪氣浮機可以達到與溶氣浮選池相近的除油和除COD效果。與溶氣浮選池相比，葉輪氣浮機采用低能耗的自引式氣液混合機作為微氣泡發生器，并且不需要溶氣回流水，停留時間短，具有能耗低、占地小，結構簡單、操作與維護方便等特點，可以作為溶氣浮選的替代技術。文昌奮進號PFSO上使用兩級氣浮選技術處理經水力旋流器處理后的生產污水，進口含油量大于100mg/L，出口含油小于15mg/L，達到了排放的要求。具體聯系污水寶或參見http://m.dongaorq.cn更多相關技術文檔。
2.2離心旋流分離技術
離心分離是使裝有廢水的容器高速旋轉，形成離心力場，因顆粒、油和污水的密度不同，受到的離心力也不同。密度大的受到較大離心力作用被甩向外側，密度小的廢水則留在內側，各自通過不同的出口排出，達到分離污染物的目的。含油廢水經離心分離后，油集中在中心部位，而廢水則集中在靠外側的器壁上，這樣就達到了油水分離的目的。
液-液分離器是基于固液分離旋流器發展而來的。其始于1967年英格蘭海南岸的“TorreyCanyon”油輪遇難事件，1984年液-液旋流器在海洋平臺上試驗成功[4]，次年在英國北海油田和澳大利亞巴氏海峽油田的海上石油開采平臺使用，正式進入工業應用階段。液-液分離旋流器經歷了一個由單錐到雙錐以及改進的單錐，由靜態到動態的發展過程，其分離技術目前主要呈現出兩個研究發展趨勢：一是以英國Southampton大學為代表的靜態旋流分離技術;二是以法國TOTALCEP和NEYRTEC為代表的動態旋流分離技術[5]。在靜態旋流分離方面,英國Southampton大學的研究人員主要以含油污水的旋流凈化為對象，在A型旋流管的基礎上不斷改進，先后推出了B、C、D、E直到1985年發展出了F型旋流管，單管條件下的臨界粒徑為60μm，兩管串聯時的臨界粒徑為40μm，三管串聯時的臨界粒徑為30μm。繼F型旋流管之后，他們又通過對液滴粒徑分布、油水密度差等介質特性參數，壓力比、處理量等工況參數及入口截面、特征直徑、長徑比、幾何形狀等結構參數的優選研究，相繼發展出了G型和K型旋流管。G型旋流管的結構更簡單、分離能力更強、操作彈性也更大。而K型旋流管在結構上采用了全新的幾何形狀，進一步在高效與低阻方面取得新的突破，其在低壓區性能更佳，分離效果更好，現場的實用表明在氣舉采油等惡劣分離條件和系統壓力僅0.2MPaG的低壓場合下，K型旋流管仍能有效工作。與此同時，國內也對旋流器進行了大量的研究工作，不過研究的重點主要是分離操作參數對分離效果的影響和分離器內部流場的研究。西南石油大學艾志九和牛貴峰[6]采用數值模擬方法對各種入口對應的分離效率進行比較，結果表明采用對稱入口和曲線入口，過渡平穩,大大降低了液流的局部湍流程度，提高了分離性能。趙立新和蔣明虎[7]以及薛紅兵[8]等均對操作參數對水力旋流器分離性能的影響開展了相應的研究工作，得到和MartinThew、Young等基本一致的研究結果。崔運[9]靜等采用了先進的LDV技術來測量內流場，獲得較好的測量結果，基本上揭示了旋流器的速度分布等內流場特性，并將測量結果進行分析比較，希望得出最佳參數，實現最優化設計。2.3精細過濾技術
采出水過濾時，有以下三種作用：一是協同作用，油與懸浮物粘成一體，在懸浮物被去除的同時，附著的油也隨之除去;二是粗粒化作用，濾料使油珠變大吸附在懸浮物上;三是濾料本身對油具有一定的截留吸附作用。經過一段時間的過濾后，一部分原油會殘留在過濾層中，這時可以利用反沖洗使濾層再生，使其重新恢復過濾能力。
采出水所用的過濾器有壓力式和重力式兩種。目前我國油田普遍采用的是壓力式，有石英砂過濾器、核桃殼過濾器、雙層濾料過濾器、多層濾料過濾器等。尤其是核桃殼過濾器，由于濾料親油性能好、截污能力大、質地較輕、反沖洗能耗小等優點而得到廣泛應用。但是，由于核桃殼濾料粒度小，反沖洗易流失，尤其是其濾料具有親油性，反洗時必須采用清洗劑，增加了反洗水的處理負擔。近年來，隨著纖維材料的應用和發展，以纖維材料為濾料發展起來的深床高精度纖維球過濾器，在食品、制藥、釀造等工業領域應用較多。其濾料纖維細密，過濾時可以形成上大下小的理想濾料空隙分布，納污能力大，去除懸浮物的效果高于石英砂、核桃殼濾料，而且反洗時不會出現濾料流失的現象。
趙東風對低滲透油田注水特性進行了研究，結合寶浪油田的實際情況，在壓力過濾預處理的基礎上，采用核桃殼濾料精細過濾技術，開發出一套采油廢水處理組合工藝。這一技術在寶浪低滲透油田已有應用，先將含油污水經粗粒化罐和壓力沉降除油罐初步除油后，進入二級核桃殼過濾器(預濾器)，在正常操作條件下，可以濾除95%~98%的懸浮物和90%~95%的未溶解的石油類物質，然后再進入中心濾芯過濾裝置(精濾器)，濾芯采用聚丙烯纖維制成。試驗證明，經此裝置濾掉的最小懸浮顆粒粒徑為0.5..m，可以滿足寶浪油田寶北區塊低滲透油藏的注水要求，采油廢水的回注率可以控制在98%。張偉[10]針對薩北油田進入高含水開發后期，油田深度污水處理難度日益加大的問題，引進改性纖維球濾料，通過試驗，優化深度污水處理站的過濾組合，選用“一級石英砂單向過濾、二級改性纖維球過濾”組合工藝，使濾后水含油≤5.0mg/L、懸浮物含量≤5.0mg/L，減少了占地面積，并節省了投資。潿洲12-1A平臺采用改性纖維過濾器取代已經老化廢棄的核桃殼過濾器對經水力旋流分離器處理后的污水進行處理，進口含油30mg/L，出口含油小于5mg/L，達到了回注的水質要求。
2.4膜分離技術
膜處理技術是利用微孔膜攔截油粒，它主要用于去除乳化油和溶解油。濾膜又可分為超濾膜、反滲透膜和混合濾膜。超濾膜的孔徑一般為0.005~0.01..m，比乳化油粒要小的多，反滲透膜的孔徑比超濾膜的還要小。因此，在受壓情況下含油廢水中的油粒無法通過濾膜而被截留下來，這兩種膜常被制成中空纖維管過濾器，以增大膜的過濾面積。隨著膜技術的日益發展和水平的提高，采出水的膜處理工藝已引起了人們的廣泛關注。由于采用膜分離方法處理的含油污水可以達到低滲透油田注水或外排標準，并且適用于工業化規模生產。因此，人們對其進行了大量的研究。Mueller等[11]用AL2O3陶瓷膜處理原油污水，探討了不同操作條件下膜通量的變化。試驗表明陶瓷膜具有很好的截留性能。ChenAS[12]及Humphery等[13]采用Membralox陶瓷膜進行陸上和海上采油平臺的采出水處理，適當的預處理后的含油廢水經過陶瓷微濾膜處理，出水油含量在5mg/L以下，固體懸浮物含量在1mg/L，遠低于低滲透油田的回注水標準。劉立軍、陳雪梅[14]等人利用自制的內壓式聚砜中空纖維超濾膜對含油污水進行處理研究，并結合自動控制技術完成油水分離的全過程。研究結果表明：中空纖維超濾膜能夠將含油污水中95%以上的油分子進行截留，較好地完成了油水分離，同時發現采用洗滌劑清洗含油污水造成的膜污染，恢復率可以達到95%以上。李發永[15]采用外管式聚砜超濾膜裝置現場處理采油污水，研究了操作壓力、膜面流速等操作條件對超濾膜通量的影響及膜污染的清洗方法，處理過的污水達到低滲透油田注水標準。石油大學藺愛國等人采用荷電膜(一種通過改性往膜材料接枝上與水中顆粒帶相反電荷的膜)處理勝利辛一站污水，進口污水懸浮物含量20~100mg/L，含油量2~20mg/L，懸浮物粒徑4~17μm，出口懸浮物含量0.8mg/L，含油量0.5mg/L，懸浮固體粒徑中值0.72μm，達到標準SY/T5329-94D的A1級。
3展望
無論是何種分離技術，其都不是萬能的，不同的分離技術適用于不同的含油污水水質情況，只有將幾種技術有機結合、取長補短，合理運用才能使得這些技術發揮最大的效果。因此，開發出多種組合工藝及多功能集成的一體化設備，集高效、經濟、簡單易用等特點于一體的小型采油廢水處理裝置將在區塊采油開發中發揮重要作用，將是今后一段時間的研究熱點。(來源:廣東化工 作者:沈震 等)
