油田污水水质稳定技术的研究
Outline:
范韬
收稿日期：2010-08-03；修回日期：2010-09-13
作者简介：
范韬：男，高级工程师，出生于1972年6月，汉，1995年毕业于西南石油大学，获本科学历与学士学位，石油地质勘查专业，工作单位：东营鲁明富林石油科技有限责任公司，毕业后一直在胜利油田从事采油工艺工作，现任东营鲁明富林石油科技有限责任公司副总经理。地址：山东省东营市垦利县黄河口镇东营鲁明富林石油科技开发有限责任公司；邮编：257068；单位：山东省东营市垦利县黄河口镇东营鲁明富林石油科技开发有限责任公司；联系电话：13563398795、13361527666、0546－8892222；邮箱：
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摘要：油田污水中存在铁离子给油田生产带来极大的影响，主要表现在对污水水质的影响、注水管网腐蚀、地层污染和堵塞等。为了解决污水中铁离子的影响，使铁离子处于稳定的状态，进行了有关铁离子稳定的一系列研究工作，在多次现场调研、取样、室内实验的基础上，开发出了一种复合的铁离子稳定剂。通过对现河污水的现场应用，取得了较好的水质稳定效果。
关键词：污水 铁离子稳定技术 污水处理
Research of the Oil Fied Wastewater Quality Stabilization Techniques
Outline:
Fan Tao
Luming Fulin Oil Technology Company, Dongying 257068, Shandong
Abstract: Iron ions in the oil field wastewater have great influence on the oil field production, such as changing the wastewater quality, corroding the water-injection pipe network, polluting and blocking the formation, etc. In order to solve the impact of iron ions, a series of researches about the iron ions stability are carried out. Based on many field investigations, sampling and lab tests, the composite of iron ions stabilizer has been developed. Better water quality stability effect is gained by field application on Xianhe wastewater.
Key words:
wastewater iron ions stability technology wastewater treatment
水质监测直接反映着注入水质的质量，而污水监测中悬浮物含量、粒径中值、铁离子含量一直是水质要求的重要指标，污水中存在铁离子给油田生产带来极大的影响，主要体现在以下几方面：一是对污水水质检测的影响，尤其是对悬浮物含量及粒径分布检测结果的影响。二是使注水管网腐蚀程度增加；三是易造成地层污染和堵塞，降低地层的吸水能力，增加大量的措施费用。
为了解决污水中铁离子的影响，需使铁离子处于一种稳定的状态。针对这一问题，对现河采油厂污水进行了有关铁离子稳定的一系列研究工作，在多次现场调研、取样、室内实验的基础上，开发出了一种复合的铁离子稳定剂，通过一段时间的现场应用，取得了较好的水质稳定效果。
1.1 水质变化
油田采出液经脱油处理后，其污水中溶解氧极少，水中的铁以二价的形式存在(即Fe2+)，且Fe2+的溶解度较大。随着污水处理的深入，氧气渐渐增多，污水中的Fe2+很快被氧化而形成难溶于水的三价铁的氢氧化物。其反应式如下：
试验现象如图 1：随着取样后时间的延长，污水中Fe2+经过曝氧、氧化、沉降，水样颜色、透明度发生较大的变化，悬浮物含量增加，主要原因就是铁离子曝氧后，生成了Fe(OH)3沉淀，充当了悬浮物，使水质变差。
1.2 Fe3+含量变化对悬浮物含量、粒径中值的影响
实验配置模拟水，添加Fe3+含量从5 mg/L~13 mg/L，经过30 min后测定悬浮物含量、粒径中值。实验现象和实验结果如下：随着Fe3+含量的增加，水中的悬浮物含量呈增加的趋势，粒径中值增至一定数值后趋于均值(见图 2)。
1.3 Fe3+、Fe2+比例变化对悬浮物含量、粒径中值的影响
实验室配置模拟水，分别添加Fe3+、Fe2+的溶液，Fe2+的溶液需进行铁离子稳定，比例按照1:1~5:1进行配比，实验结果如下(见图 3)：
随着Fe3+与Fe2+比例的增加，水中的悬浮物含量呈增加趋势，粒径中值增至一定数值，趋于均值。
由此可见，污水中含有的Fe2+经曝氧、氧化后使水中悬浮物的含量增加，污水颜色发生变化且变浑浊，因而对污水水质产生了严重的影响。
为了消除铁离子对污水水质的影响，常用的做法有以下几种：掩蔽法、除氧法、pH调整技术的应用。为了找出适合现河污水水质的铁离子稳定剂配方，我们针对现河污水水质的特点，从以上方法出发，确定铁离子稳定剂配方的基本要素。通过大量的室内研究试验，开发出了适合现河污水水质特点的铁离子稳定剂。
2.1 混合离子掩蔽方法的室内试验研究
为了有效消除铁离子对污水水质的严重影响，在室内通过X射线衍射仪、能谱分析、滴定试验等多种手段，进行了掩蔽方法的室内试验。共进行了60余种掩蔽剂的性能测试试验，通过试验发现，掩蔽剂的性能不同，适用范围有很大差别，应用于污水铁离子稳定的范围有很大区别。同时，要充分发挥掩蔽剂的性能，必须调整溶液的pH值。
表 1是通过多种试验手段在大量室内试验的基础上得出的结论。
表 1
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表 1 较好的掩蔽剂
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图 4是性能较好的铁离子掩蔽剂的X射线衍射图谱。
对以上的铁离子掩蔽剂进一步分析，得出铁离子掩蔽性能最佳的是KCN，比较适合现河污水水质，且需要与pH值调节剂、除氧剂等复合使用，才能发挥最佳铁离子稳定功效。
2.2 化学除氧法室内试验研究
化学药剂除氧是把化学药剂直接加入到水中，除氧剂迅速与污水中的溶解氧反应，达到消除溶氧的目的。化学除氧药剂主要是传统的亚硫酸钠、联氨及新型的二甲基酮肟、乙醛肟、异抗坏血酸钠等。化学药剂除氧具有装置和操作简单、投资省、除氧效果稳定的特点，特别是新型高效除氧剂[6-8]的开发和成功使用，克服了传统化学药剂的有毒有害、药剂费用高等缺点，被广泛推广应用。
2.2.1 新型除氧剂的室内对比试验
在室内分别配制水中溶氧量为5 mg/L与10 mg/L的模拟水，进行不同药剂的性能对比试验。
试验结果表明(见表 2)以上除氧剂效果均很好，尤其是肟类化合物具有快速、高效、低用量的特点。
表 2
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表 2 不同除氧剂除氧能力试验结果
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2.2.2 新型除氧剂的室内针对性试验
取现河采油厂5大联合站污水，在室内溶氧后，用肟类化合物进行除氧试验，判定该除氧剂的适应性与针对性。
由表 3可以看出，肟类化合物对现河污水具有很好的针对性和适应性。综上所述，肟类化合物具有较好的除氧效果，且具有使用浓度低、反应迅速、低毒高效的特点。因此，选择该物质为铁离子稳定剂的主要组成物质之一。
表 3
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表 3 针对性试验结果
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2.3 pH值调整技术
应用pH值调整技术不仅可以有效减缓Fe2+形成Fe3+的反应速度，而且可以与掩蔽剂、除氧剂互补，共同发挥稳定铁离子的作用，起到事倍功半的效果。试验中有选择地进行了缓冲溶液对污水pH值稳定的研究。综合考虑与铁离子稳定剂中其它二药剂的配伍性能与物质形态，选择了磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲体系为稳定剂的pH缓冲溶液。
将掩蔽剂、除氧剂与pH缓冲溶液体系按一定配比混合均匀，制成了符合现河污水水质特点的铁离子稳定剂。
3 稳定效果的综合评价
3.1 稳定铁离子对水质监测结果的影响评价
由实验结果可以看出(见图 5)：加入一定浓度的铁离子稳定剂后，水中铁离子稳定效果非常明显。
3.2 铁离子稳定剂对污水组分的影响评价
由水分析结果可以看出：添加铁离子稳定剂前后水中的离子未发生变化，pH值、水型均未发生变化(见表 4)。
表 4
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表 4 稳定剂对污水组分的影响
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3.3 稳定剂的铁离子稳定率评价
根据筛选的稳定剂加药浓度，现场取样时添加合理浓度的铁离子稳定剂，并进行总铁含量测试，然后在室内静止24 h，再测试总铁含量，并进行铁离子稳定率计算，结果如下(见表 5)：
表 5
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表 5 稳定率评价
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由评价结果可以看出：添加稳定剂24 h后，污水中的总铁含量基本保持不变，稳定率均能达到100%，说明铁离子稳定剂达到了预期的目的。
4 结论
经过大量的室内与现场实验，针对现河污水的特点，研制出了符合现河水质要求的铁离子稳定剂，且稳定剂的稳定效果良好，为采油厂水质监测数据的真实性提供了可靠保障。
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2011, Vol. 40