油田水處理水中鐵離子對注水水質(zhì)的影響及消除措施

孫東明

摘要：油田污水中一般還有較高的鐵離子含量，這些鐵離子如果沒有消除干凈的話，會對后續(xù)水質(zhì)及注水效果產(chǎn)生一定影響。這里討論沙南聯(lián)合處理站處理水中存在較多鐵離子2--10mg/L，大于油田公司水質(zhì)要求，在后續(xù)處理中懸浮固體含量大量上升，造成水體二次污染，是注入水水質(zhì)變差，影響注水效果，損傷儲層。處理水中的二價鐵在取樣過程中，曝氧生成三價鐵形成沉淀，造成分析結(jié)果懸浮物含量比系統(tǒng)偏高，對水質(zhì)分析結(jié)果產(chǎn)生影響。本文對鐵離子來源，影響的反應(yīng)機(jī)理，及消除措施進(jìn)行討論，鑒于鐵離子含量對水質(zhì)影響明顯，建議專門投入消除鐵離子的設(shè)備或工藝。

注水是人工補(bǔ)充底層能量，提高二次采收率的主要措施。處理合格的水才能保證油田水順利回注底層，才能起到保護(hù)油田，提高采收率的效果。相反，處理不合格的水注入地層后會破壞底層。所以，處理合格的水才能進(jìn)行回注。

據(jù)實(shí)驗(yàn)測試，沙聯(lián)站注水出口的鐵離子含量在2-3mg/L，高于新疆油田出臺的《沙南油田梧桐溝組油藏注水水質(zhì)輔助性指標(biāo)》中，總鐵含量≤0.5mg/l的要求。超標(biāo)的鐵離子在后續(xù)處理中被水中的溶解氧氧化為三價鐵，生成氫氧化鐵固體沉淀造成水體二次污染。含有較高沉淀的水注入地層過程中，易造成管線阻塞，甚至損壞地層。而含有較高鐵離子含量的處理水在取樣化驗(yàn)過程中，曝氧生成固體沉淀，使測驗(yàn)結(jié)果高于系統(tǒng)處理水中的懸浮物含量，造成測驗(yàn)不準(zhǔn)確。對于這些影響的反應(yīng)機(jī)理和消除措施進(jìn)行進(jìn)一步探究。

1.機(jī)理探究

1.1鐵離子來源

沙聯(lián)站處理水的來源分為，原油處理來水和蒸發(fā)場回打水;原油處理來水又分為系統(tǒng)來水和罐車卸油含水;蒸發(fā)場回打水為站內(nèi)排污，洗井廢液，壓裂液等。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得，系統(tǒng)來水鐵離子含量為0.1mg/l，來水量1000m?/d左右。罐車卸油含水為0.2mg/l，來水量400m?/d。含鐵量均小于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的0.5mg/l。而蒸發(fā)場來水檢測為10mg/l，來水量300m?/d。得出處理水中鐵離子主要含鐵來源于蒸發(fā)場回答水。

1.2鐵沉淀的形成

鐵在水中通常以Fe²⁺、Fe³⁺的形式存在，處理水中以Fe²⁺為主，當(dāng)水中含有氧時，會將Fe²⁺迅速氧化為Fe³⁺，而Fe³⁺在水中溶解度很低，會與OH^-形成Fe（OH）₃沉淀，進(jìn)而生成Fe₂O₃（鐵銹）。

Fe²⁺+O₂+H₂O→Fe（OH）₃↓+H⁺（1）

2Fe（OH）₃→Fe₂O₃↓+3H₂O（2）

反應(yīng)互相影響，并且當(dāng)環(huán)境變化時，反應(yīng)平衡有所改變。

1.3反應(yīng)影響因素

上述反應(yīng)影響因素主要有酸堿性、溫度、硫含量等，鑒于沙南聯(lián)合站處理水酸堿性和溫度較為穩(wěn)定，PH=7、溫度為30度左右，硫含量較低，這里就不做過多贅述。

2.鐵離子的影響

2.1對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響

在處理系統(tǒng)中，鐵以溶解于水的鐵離子形式存在，在水質(zhì)化驗(yàn)室不能將這部分鐵離子計入懸浮物中。而在水質(zhì)化驗(yàn)中，按照標(biāo)準(zhǔn)，使用濾膜儀，使所取水樣經(jīng)過0.45微米的微孔濾膜過濾后烘干稱重，但在取樣中，混入水樣的氧會將二價鐵轉(zhuǎn)化為鐵沉淀，使化驗(yàn)結(jié)果偏高。

Fe²⁺+O₂+H₂O→Fe（OH）₃↓+H⁺;（3）

從表中可以看出，隨著放置時間的增長，實(shí)驗(yàn)偏差加大。而現(xiàn)場中，到處理末端，其他機(jī)械雜質(zhì)降低時，鐵離子影響逐步加大。

2.2對水質(zhì)的影響

聯(lián)合站處理完的水，進(jìn)入注水罐，經(jīng)過一天左右進(jìn)入注水泵，一天中曝氧時間，使得水中二價鐵充分轉(zhuǎn)化為三價鐵沉淀懸浮于水體中，使水體二次污染。

2.3對注水管線及地層的影響

由于注水中存在大量不溶解的鐵沉淀，長時間積累造成管線阻塞，地層破壞及細(xì)菌超標(biāo)等影響。

3.鐵離子的消除

3.1消除方式的對比

對于消除水中鐵離子方法很多，有曝氧法，絮凝沉淀法，藥劑氧化法等。結(jié)合聯(lián)合站實(shí)際優(yōu)選最佳方法。

在濾料表面接種細(xì)菌，通過細(xì)菌催化氧化反應(yīng)去除鐵離子。

接種時間長，過濾出效果跟細(xì)菌數(shù)成正比，反洗容易遭到破壞

鑒于，聯(lián)合站水體中鐵離子含量較少，對系統(tǒng)影響影響不大，而鐵離子影響存在時效性，對比各種方法優(yōu)缺點(diǎn)，選擇藥劑氧化法，無需額外設(shè)備及工藝，操作方便，投入小。

3.2藥劑優(yōu)選

結(jié)合實(shí)際，選擇出三種氧化藥劑，分別進(jìn)行對比。

3.2.1加過氧化氫

2Fe²⁺+ H₂O₂+H⁺→2Fe³⁺+2H₂O（3）

H₂O₂/2Fe²⁺ =34/2*55.85=0.304

即氧化1mg/L的二價鐵，理論需0.304mg/L的過氧化氫。

3.2.2加高錳酸鉀

高錳酸鉀是比氧和氯都強(qiáng)烈的氧化劑，能迅速地將二價鐵氧化為三價鐵：

3Fe²⁺+MnO₄-+2H₂O=3Fe³⁺+MnO₂+4OH^-（4）

按這個反應(yīng)式計算;

KMnO₄/3Fe²⁺=158/3*55.85=0.94

即氧化1mg/L的二價鐵，理論需要0.94mg/L的高錳酸鉀

3.2.3加次氯酸鈉

2Fe²⁺+ClO^-+4OH^-+H₂O==2Fe（OH）₃↓+Cl^-（5）

按這個反應(yīng)式計算;

NaClO^-/2Fe²⁺=74.45/3*55.85=0.444

即氧化1mg/L的二價鐵，理論需要0.44mg/L的次氯酸鈉。

3.2.4藥劑對比

3.2.4.1效果對比

從相關(guān)文獻(xiàn)中得到，以上三種藥劑對亞鐵氧化率效果對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從圖中可以看出次氯酸鈉效果最佳。

3.2.4.2 經(jīng)濟(jì)對比

從上表中可以看出次氯酸鈉最優(yōu)，藥劑優(yōu)選結(jié)果，次氯酸鈉最佳。

3.3驗(yàn)證試驗(yàn)

取蒸發(fā)場水樣，加入次氯酸鈉溶液，觀察不同時間后，水樣上層清液中鐵含量。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知，3h后，水樣中剩余鐵含量為0.1mg/l，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，而3h滿足現(xiàn)場實(shí)際處理要求，試劑驗(yàn)證合格。

4.結(jié)論

（1）系統(tǒng)中的鐵離子超標(biāo)，濃度為2m/l，鐵離子來源于蒸發(fā)場;

（2）鐵離子影響過濾器濾后機(jī)雜，對化驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，注水罐機(jī)雜上升，水質(zhì)二次污染，為鐵細(xì)菌提供營養(yǎng);

（3）加入氧化劑，分析優(yōu)選后，次氯酸鈉最佳;

（4）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，次氯酸鈉除鐵劑符合實(shí)際生產(chǎn)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 商莉，李素芝.中原油田污水中鐵離子對注入水水質(zhì)的影響.內(nèi)蒙古石油化工.2012.（16）.39-40.