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摘要：水是生命之源，解决水资源缺乏的办法之一是提高水的循环利用率。石油行业随着开采时间的延长，依靠注水开发，油田采出水量逐渐增加，将油田采出水经处理后进行回注是循环利用水的一种方式。如果油田采出水处理回注率为100%，即不管原油含水率多高，从油层中采出的油田采出水全部处理回注，那么注水量中只需要补充由于采油造成的地层亏空的水量便可以了。这样，不仅可以节省大量清水资源和取水设施的建设费用，而且，使油田采出水资源变废为宝，实现可持续发展，提高油田注水开发的总体效益。但是采出水不合理处理回注和排放，不仅使油田地面设施不能正常运作，而且会因地层堵塞而带来危害，同时也会造成环境污染，影响油田安全生产，因此必须合理的处理利用油田采出水。
关键词：油田生产；多功能一体化；采出水处理；回注
Abstract: This article describes the current situation and existing problems of the produced water mode, through the analysis of the main configuration of the device, as well as the effectiveness and economic efficiency, the improvement program.Key words: oil production; multi-functional integration; produced water; reinjection
中图分类号：U664.9+2文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02
一、现状及存在问题
长庆油田超低渗透第三项目部吴三联合站设计规模为30×104t/a，主要接收该项目部吴410区块及五谷城、周湾区块含水油，采出水处理规模为1000m³/d，采出水经过处理后就地回注。
（一）工艺流程现状
油井来液→三相分离器（两具）→700m3自然除油罐（两具）→300m3混凝沉降罐（两具）→200m3净水罐→注水泵。
（二）存在问题
处理后的水质不达标，水中含油和固体悬浮物含量均在60mg/L以上（见表1），远远超出双10mg/L标准要求；现加入两种化学药剂，阻垢剂和杀菌剂，加药费用高但效果不明显，管线和泵继续存在结垢现象，取出的水样为黑色，水中存在着大量的FeS，说明水中存在严重硫酸盐还原菌腐蚀，可以判定硫酸盐还原菌超标严重。
表1吴三联合站采出水改造前处理水质监测报表
（三）原因分析
造成以上问题的主要原因：一是现有工艺流程长、装置的数量多、容量大；二是没有过滤设备及装置；三是处理的水量少，设计处理能力为1000m3/d，但现在的实际日处理水量不足200m3/d。依据容量计算水由进到出至少需要7天时间，从时间上讲给细菌的大量繁殖创造条件；四是加入的杀菌剂量低，而且加入又是一种杀菌剂易使细菌产生抗药性，导致杀菌效果降低，以至于硫酸盐还原菌沿流程往后越来越多，产生的腐蚀产物FeS也越来越多，致使沿流程往后取出来水样也越来越黑；五是药剂是开式暴氧情况下室内筛选的，而现场是在密闭隔氧的处理系统中使用，两者环境不同，其效果存在很大的差异。
二、改进方案
（一）改进原则及解决问题
1、设计原则
针对吴三联合站目前的运行现状和改造后的水质技术要求，结合近几年来油田采出水处理的实际运用经验，本着保证出水水质达标、运行节能高效、现场使用安全可靠以及管理方便的设计原则。
2、解决问题
本方案主要是优化采出水处理流程，使出水水质达到油田双10mg/L回注标准，且系统流程节能高效。
3、设计规模
设计规模为：500m3/d。
（二）改进方案
简化现有采出水处理流程，增建一套多功能一体化油田采出水处理器。
1、改进后工艺流程
油井来液→三相分离器（两具）→700m3除油罐（两具选用一具、停用一具）→多功能一体化油田采出水处理器→200m3净水罐→注水泵（见图1）。
图1 采出水处理工艺流程图
2、设备介绍
目前油田水处理在用过滤装置均存在功能单一的问题，即滤料性能和反冲洗功能单一，对于过滤精度要高和反洗后水质要好的回注水，为提高过滤精度，现场多采用不同精度的过滤器串联使用，这就存在流程长、设备数量多、工程投资及运行费用高、反冲洗回水量大、系统效率低以及滤板孔隙结垢堵塞、滤料板结等问题。
撬装多功能一体化油田采出水处理器是由多功能过滤器、高效采出水处理装置、多功能废水净化装置、多功能油田采出水过滤器综合改进而成。在装置内增加了向心气浮、涡流混凝、离心分离除油、微涡旋除污降浊及滤料体内涡流冲洗功能；在罐体上安装了电极；罐外增加加气筒。该装置将多功能油田采出水过滤器的两级滤罐合为一级滤罐；一种过滤介质变为多种过滤介质，过滤器和极化器合为一体，大大简化了采出水处理流程。
3、工作原理
该装置根据气浮原理、混凝动力学原理和微涡旋原理设计。采出水经提升泵加压溶气后进入过滤罐混凝器中进行向心气浮和混凝分离除油，除油后的采出水进微涡旋填料迷宫，进行微涡旋除污降浊；降浊后的采出水进过滤层过滤，由过滤介质截留住细小颗粒和油珠。分离出的污油从滤罐顶部的收油管排出，滤后水由底部出水管排出，实现边进边滤边排的连续净化过程。使油和悬浮物的总去除率达到90%以上，滤后水中油和固体悬浮物含量达到指标要求。
4、技术特点
该装置将向心气浮、涡流混凝分离和特殊吸附填料迷宫除油，微涡旋除污降，核桃壳介质过滤净化，机泵充装滤料及循环滤料冲洗再生等功能于一体，实现了一体化多级和一器多能需求，该装置具体有8大特点：
（1）涡流器特殊轨迹的流道引起涡旋混凝，实现向心气浮除油功能。
（2）特殊吸附填料形成的迷宫产生微涡旋起到除油和促成大颗粒生成功能。
（3）液流在过滤罐内多次改变流动方向，依靠离心效应和流速骤减后产生的惯性力，实现油水分离和固液分离功能。
（4）核桃壳颗粒滤料采用混液机泵充装，消除了充装或更换填料笨重而危险的体力劳动，确保劳动者的安全。
（5）反冲洗时独立的滤料循环系统，再生方便，能有效地防止滤料漏失；滤料磨损后只需补充不需更换，对环境不会造成污染，有着良好环境保护功能。
（6）反冲洗采用滤料罐内外循环搓洗方式，反冲洗效果好，抗污染能力强，杜绝滤料板结现象发生。
（7）含油采出水边进边滤边排，通过上吐下泻实现连续排油污，大大延長了运行周期，提高系统效率10%以上。
（8）系统自动化程度高，操作简便易行，运行安全可靠。
5、主要技术指标
三、装置的主要配置
（一）500m3/d设备基本配置
（1）Ф2000mm一体化罐一具，罐体工作压力可达1.0MPa。管道防腐采取喷砂除锈工艺和喷涂耐油、耐温、耐磨防腐涂料，罐内构件采用不锈钢材质，抗腐蚀性强。
（2）设备配置耐磨耐腐蚀提升泵、反冲洗泵、滤料循环泵各一台，电机防暴不低于EXdIIBT4，安全性好。
（3）阀门选用美国Keystone品牌20个，电动执行器选用韩国HQ品牌10套，使用寿命长。
（4）自动控制系统一套，其中PLC和触摸屏选用德国西门子产品，其它电器元件选用施耐德或欧姆隆品牌，性能可靠。
（5）罐体装高压极棒9套，罐内装金属烧结滤芯60根。
（6）辅助设备：多功能气浮极化罐一具、储气罐一具、空压机一台，加料池一具。
（二）自动控制部分
多功能一体化油田采出水处理器控制部分主要包括：控制柜、撬内电线电缆、电动蝶阀等一些相关仪表。工作过程包括过滤、反洗，这两个过程的实现主要是通过控制柜内PLC 的内定程序输出邏辑信号，控制电动阀的转向和电机起停，从而满足各种工艺流程的需求。
（1）PLC控制柜严格执行有关规范要求，PLC为控制核心。
（2）控制柜为立式，正面有触摸屏显示过滤系统运行状态，对应电器开关状态有指示灯显示。设有系统起动、总停、故障复位、状态确认等按钮，每当故障发生同时进行声、光报警。
（3）控制方式可采用手动、半自动、全自动三种控制方式，手动仅作为调试及事故处理时采用，常规操作不推荐。
（4）过滤器的运行状态可接口上传至中控室，中控室也可发指令到就地控制柜。
（5）电动蝶阀阀座与采出水接触部分全部采用不锈钢或聚四氟乙烯材料，满足-20～45℃环境要求。
四、效果及经济效益分析
（一）效果
经过近半年的运行，生产运行平稳，且采出水水质有较大改观，经过处理后，水样中悬浮物、污水含油达到双十以下标准，水质合格。
表3吴三联合站采出水改造后处理水质监测报表
（二）经济效益分析
1、设备总投资
原采出水处理装置需要300m³混凝沉降罐、反应器、污油回收装置以及相关配套管件、闸门，投资约为150万元。而500m3/d撬装多功能一体化油田采出水处理器设备总投资约99万元。
2、生产运行
原采出水装置需要每天按时添加阻垢剂和杀菌剂，两种药剂每天各按20kg计算，每个月需求总量为1200kg，每月的药剂总费用为3万元，一年的药剂费用为36万元，而撬装多功能一体化油田采出水设备采用物理处理，无需加药，大大的节省了运行成本。
五、结论
撬装多功能一体化油田采出水处理设备从建设周期、使用和管理方式、建设成本、运行成本及使用效果等各方面综合考虑和评价，均是目前油田采出水处理设备中的理想选择，建议在各大油田推广使用。
参考文献
【1】《吴三联合站采出水系统工艺流程图》 长庆设计院2009；
【2】《油田污水处理技术发展现状及展望》李平平石油工业出版社；
【3】《油田采出水处理技术应用》沈琛 中国石化出版社；
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：油田生产；多功能一体化；采出水处理；回注
Abstract: This article describes the current situation and existing problems of the produced water mode, through the analysis of the main configuration of the device, as well as the effectiveness and economic efficiency, the improvement program.Key words: oil production; multi-functional integration; produced water; reinjection
中图分类号：U664.9+2文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02
一、现状及存在问题
长庆油田超低渗透第三项目部吴三联合站设计规模为30×104t/a，主要接收该项目部吴410区块及五谷城、周湾区块含水油，采出水处理规模为1000m³/d，采出水经过处理后就地回注。
（一）工艺流程现状
油井来液→三相分离器（两具）→700m3自然除油罐（两具）→300m3混凝沉降罐（两具）→200m3净水罐→注水泵。
（二）存在问题
处理后的水质不达标，水中含油和固体悬浮物含量均在60mg/L以上（见表1），远远超出双10mg/L标准要求；现加入两种化学药剂，阻垢剂和杀菌剂，加药费用高但效果不明显，管线和泵继续存在结垢现象，取出的水样为黑色，水中存在着大量的FeS，说明水中存在严重硫酸盐还原菌腐蚀，可以判定硫酸盐还原菌超标严重。
表1吴三联合站采出水改造前处理水质监测报表
（三）原因分析
造成以上问题的主要原因：一是现有工艺流程长、装置的数量多、容量大；二是没有过滤设备及装置；三是处理的水量少，设计处理能力为1000m3/d，但现在的实际日处理水量不足200m3/d。依据容量计算水由进到出至少需要7天时间，从时间上讲给细菌的大量繁殖创造条件；四是加入的杀菌剂量低，而且加入又是一种杀菌剂易使细菌产生抗药性，导致杀菌效果降低，以至于硫酸盐还原菌沿流程往后越来越多，产生的腐蚀产物FeS也越来越多，致使沿流程往后取出来水样也越来越黑；五是药剂是开式暴氧情况下室内筛选的，而现场是在密闭隔氧的处理系统中使用，两者环境不同，其效果存在很大的差异。
二、改进方案
（一）改进原则及解决问题
1、设计原则
针对吴三联合站目前的运行现状和改造后的水质技术要求，结合近几年来油田采出水处理的实际运用经验，本着保证出水水质达标、运行节能高效、现场使用安全可靠以及管理方便的设计原则。
2、解决问题
本方案主要是优化采出水处理流程，使出水水质达到油田双10mg/L回注标准，且系统流程节能高效。
3、设计规模
设计规模为：500m3/d。
（二）改进方案
简化现有采出水处理流程，增建一套多功能一体化油田采出水处理器。
1、改进后工艺流程
油井来液→三相分离器（两具）→700m3除油罐（两具选用一具、停用一具）→多功能一体化油田采出水处理器→200m3净水罐→注水泵（见图1）。
图1 采出水处理工艺流程图
2、设备介绍
目前油田水处理在用过滤装置均存在功能单一的问题，即滤料性能和反冲洗功能单一，对于过滤精度要高和反洗后水质要好的回注水，为提高过滤精度，现场多采用不同精度的过滤器串联使用，这就存在流程长、设备数量多、工程投资及运行费用高、反冲洗回水量大、系统效率低以及滤板孔隙结垢堵塞、滤料板结等问题。
撬装多功能一体化油田采出水处理器是由多功能过滤器、高效采出水处理装置、多功能废水净化装置、多功能油田采出水过滤器综合改进而成。在装置内增加了向心气浮、涡流混凝、离心分离除油、微涡旋除污降浊及滤料体内涡流冲洗功能；在罐体上安装了电极；罐外增加加气筒。该装置将多功能油田采出水过滤器的两级滤罐合为一级滤罐；一种过滤介质变为多种过滤介质，过滤器和极化器合为一体，大大简化了采出水处理流程。
3、工作原理
该装置根据气浮原理、混凝动力学原理和微涡旋原理设计。采出水经提升泵加压溶气后进入过滤罐混凝器中进行向心气浮和混凝分离除油，除油后的采出水进微涡旋填料迷宫，进行微涡旋除污降浊；降浊后的采出水进过滤层过滤，由过滤介质截留住细小颗粒和油珠。分离出的污油从滤罐顶部的收油管排出，滤后水由底部出水管排出，实现边进边滤边排的连续净化过程。使油和悬浮物的总去除率达到90%以上，滤后水中油和固体悬浮物含量达到指标要求。
4、技术特点
该装置将向心气浮、涡流混凝分离和特殊吸附填料迷宫除油，微涡旋除污降，核桃壳介质过滤净化，机泵充装滤料及循环滤料冲洗再生等功能于一体，实现了一体化多级和一器多能需求，该装置具体有8大特点：
（1）涡流器特殊轨迹的流道引起涡旋混凝，实现向心气浮除油功能。
（2）特殊吸附填料形成的迷宫产生微涡旋起到除油和促成大颗粒生成功能。
（3）液流在过滤罐内多次改变流动方向，依靠离心效应和流速骤减后产生的惯性力，实现油水分离和固液分离功能。
（4）核桃壳颗粒滤料采用混液机泵充装，消除了充装或更换填料笨重而危险的体力劳动，确保劳动者的安全。
（5）反冲洗时独立的滤料循环系统，再生方便，能有效地防止滤料漏失；滤料磨损后只需补充不需更换，对环境不会造成污染，有着良好环境保护功能。
（6）反冲洗采用滤料罐内外循环搓洗方式，反冲洗效果好，抗污染能力强，杜绝滤料板结现象发生。
（7）含油采出水边进边滤边排，通过上吐下泻实现连续排油污，大大延長了运行周期，提高系统效率10%以上。
（8）系统自动化程度高，操作简便易行，运行安全可靠。
5、主要技术指标
三、装置的主要配置
（一）500m3/d设备基本配置
（1）Ф2000mm一体化罐一具，罐体工作压力可达1.0MPa。管道防腐采取喷砂除锈工艺和喷涂耐油、耐温、耐磨防腐涂料，罐内构件采用不锈钢材质，抗腐蚀性强。
（2）设备配置耐磨耐腐蚀提升泵、反冲洗泵、滤料循环泵各一台，电机防暴不低于EXdIIBT4，安全性好。
（3）阀门选用美国Keystone品牌20个，电动执行器选用韩国HQ品牌10套，使用寿命长。
（4）自动控制系统一套，其中PLC和触摸屏选用德国西门子产品，其它电器元件选用施耐德或欧姆隆品牌，性能可靠。
（5）罐体装高压极棒9套，罐内装金属烧结滤芯60根。
（6）辅助设备：多功能气浮极化罐一具、储气罐一具、空压机一台，加料池一具。
（二）自动控制部分
多功能一体化油田采出水处理器控制部分主要包括：控制柜、撬内电线电缆、电动蝶阀等一些相关仪表。工作过程包括过滤、反洗，这两个过程的实现主要是通过控制柜内PLC 的内定程序输出邏辑信号，控制电动阀的转向和电机起停，从而满足各种工艺流程的需求。
（1）PLC控制柜严格执行有关规范要求，PLC为控制核心。
（2）控制柜为立式，正面有触摸屏显示过滤系统运行状态，对应电器开关状态有指示灯显示。设有系统起动、总停、故障复位、状态确认等按钮，每当故障发生同时进行声、光报警。
（3）控制方式可采用手动、半自动、全自动三种控制方式，手动仅作为调试及事故处理时采用，常规操作不推荐。
（4）过滤器的运行状态可接口上传至中控室，中控室也可发指令到就地控制柜。
（5）电动蝶阀阀座与采出水接触部分全部采用不锈钢或聚四氟乙烯材料，满足-20～45℃环境要求。
四、效果及经济效益分析
（一）效果
经过近半年的运行，生产运行平稳，且采出水水质有较大改观，经过处理后，水样中悬浮物、污水含油达到双十以下标准，水质合格。
表3吴三联合站采出水改造后处理水质监测报表
（二）经济效益分析
1、设备总投资
原采出水处理装置需要300m³混凝沉降罐、反应器、污油回收装置以及相关配套管件、闸门，投资约为150万元。而500m3/d撬装多功能一体化油田采出水处理器设备总投资约99万元。
2、生产运行
原采出水装置需要每天按时添加阻垢剂和杀菌剂，两种药剂每天各按20kg计算，每个月需求总量为1200kg，每月的药剂总费用为3万元，一年的药剂费用为36万元，而撬装多功能一体化油田采出水设备采用物理处理，无需加药，大大的节省了运行成本。
五、结论
撬装多功能一体化油田采出水处理设备从建设周期、使用和管理方式、建设成本、运行成本及使用效果等各方面综合考虑和评价，均是目前油田采出水处理设备中的理想选择，建议在各大油田推广使用。
参考文献
【1】《吴三联合站采出水系统工艺流程图》 长庆设计院2009；
【2】《油田污水处理技术发展现状及展望》李平平石油工业出版社；
【3】《油田采出水处理技术应用》沈琛 中国石化出版社；
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。