張 濤 吝擁軍 王宏華

(中國石化中原油田分公司文衛(wèi)采油廠)

0 引 言

井下作業(yè)是保證油田生產(chǎn)、增產(chǎn)的重要措施。目前的采油作業(yè)工藝措施容易發(fā)生廢水、固廢及其他廢液落地現(xiàn)象，造成井場地面環(huán)境污染。文衛(wèi)采油廠是中原油田下屬二級(jí)單位，油水井處于人口集中、耕地密集地帶，采油作業(yè)措施產(chǎn)生的以廢水、固廢(鉆塞、沖砂、刮削過程中產(chǎn)生)、廢酸(酸化過程中產(chǎn)生)為主的“三廢”對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的破環(huán)性不容小視。采油作業(yè)過程產(chǎn)生的“三廢”存在以下問題：一是酸化措施產(chǎn)生的廢酸無法處理，用堿中和后處理仍達(dá)不到環(huán)保要求；二是固廢處理困難，成本高；三是消耗的處理合格的污水和產(chǎn)生的廢水多，運(yùn)輸及處理費(fèi)用高。本文對(duì)采油作業(yè)“三廢”的處理進(jìn)行了研究與探討，旨在進(jìn)一步提高采油作業(yè)“三廢”處理能力，保護(hù)環(huán)境[1]。

為了有效解決上述“三廢”處理存在的環(huán)保問題，從三個(gè)方面對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了攻關(guān)研究。

1 廢酸低成本處理再利用技術(shù)

酸化措施產(chǎn)生的廢酸低成本處理難度較大，堿中和后處理仍達(dá)不到環(huán)保要求，同時(shí)水處理產(chǎn)生的污泥也需要處理。目前污泥采用注水壓力較低的中高滲油藏水井注入處理，但在注入過程中由于施工設(shè)備因素，污泥在井底及地層近井地帶、井筒堆積，導(dǎo)致注入壓力升高，增加污泥處理難度，降低污泥處理量。

1.1 廢酸低成本處理再利用思路

水處理后的污泥主要成分是65%以上的輕質(zhì)CaCO3、MgCO3、CaSO4、Fe2S3和Ca(OH)2。污泥干粉不溶于水，攪拌10 min后呈顆粒狀懸浮于水中。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，在污泥中加入鹽酸后可產(chǎn)生大量氣體，主要是CO2氣體，溶液表面有大量泡沫，反應(yīng)后溶液中有少量殘?jiān)?。利用廢酸中的鹽酸和污泥反應(yīng)的現(xiàn)象，通過污泥處理井注入酸化后產(chǎn)生的廢酸，利用廢酸和污泥反應(yīng)產(chǎn)生的大量氣體來降低污泥處理壓力，提高污泥處理量，對(duì)酸化過程中返排的殘酸進(jìn)行再利用[2]。

1.2 廢酸處理再利用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)可知，146 g 5%鹽酸與15.3～17 g石灰泥反應(yīng)產(chǎn)生2 450～2 810 mL氣體；91.5 g 8%鹽酸與15.3～17 g石灰泥反應(yīng)產(chǎn)生2 610～2 800 mL氣體；73 g 10%鹽酸與16～17 g石灰泥反應(yīng)產(chǎn)生2 720～2 930 mL氣體。反應(yīng)生成的氣體體積大于理論值(CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑，MgCO3+2HCl=MgCl2+H2O+CO2↑)，表明有其他氣體生成。在體積均為10 mL的條件下，8%鹽酸與15%石灰泥完全反應(yīng)，生成的氣體體積為280 mL。

通過污泥和鹽酸反應(yīng)的正交實(shí)驗(yàn)可知，常溫、常壓下，1.5 t污泥干粉加水?dāng)嚢?，與2.4 t 31%鹽酸反應(yīng)(稀釋成8%鹽酸體積為10 m3)，產(chǎn)生約48 m3氣體，并有大量泡沫產(chǎn)生。不同濃度鹽酸、廢酸及廢酸添加鹽酸后與污泥反應(yīng)變化情況見表1～表3。

表1 不同濃度鹽酸與污泥反應(yīng)變化情況 %

表2 不同濃度廢酸與污泥反應(yīng)變化情況 %

表3 廢酸添加鹽酸后與污泥反應(yīng)變化情況 %

由表1～表3可知，鹽酸濃度在4%以上時(shí)，與污泥反應(yīng)程度高，在80%以上；鹽酸濃度在6%以上時(shí)，基本完全反應(yīng)；而不同濃度的廢酸與污泥中的碳酸鹽反應(yīng)不完全，廢酸濃度達(dá)到7%時(shí)，反應(yīng)程度才達(dá)到80%。說明廢酸濃度雖高，但酸液的活性相對(duì)較差。通過在廢酸中添加鹽酸，提高廢酸的活性，則廢酸與污泥反應(yīng)程度提高，廢酸濃度在6%時(shí)基本達(dá)到鹽酸的反應(yīng)程度，因此，優(yōu)選廢酸添加鹽酸至濃度為6%來處理廢酸，以降低污泥回注井施工壓力。

典型井例：WC-X1污泥回注井降壓。

2017年3月20日，WC-X1污泥回注井實(shí)施改性廢酸降壓措施，采用WCY-X2井酸化后返排的廢酸，廢酸量為32 m3。在用鹽酸調(diào)配至濃度為6%的廢酸中加入0.5%的酸化緩蝕劑，注入地層后，油壓由25 MPa降至18 MPa，下降了7 MPa。措施前后注水曲線見圖1。

圖1 WC-X1污泥回注井改性廢酸降壓增注前后注水曲線

2 固廢無害化低成本處理技術(shù)

油水井作業(yè)過程中井筒返排的固體殘?jiān)饕瑳_砂返排的砂(水井含有部分垢)、刮削返排的垢及蠟質(zhì)、鉆塞返排的灰漿及套管內(nèi)壁的垢、地層返吐的地層砂等固體，主要以水泥漿和河砂、地層砂為主，其中夾雜部分有機(jī)雜質(zhì)及部分蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)。這些固廢的特點(diǎn)是粒徑小，分散性好[3]。

2.1 固廢無害化注入處理技術(shù)思路

用球磨機(jī)將回收的固廢磨細(xì)，使其粒度均勻，再用密度較高的污水配制成懸浮性較好的泥漿，用罐車?yán)\(yùn)至回注井進(jìn)行回注[4]，技術(shù)路線見圖2。

圖2 處理技術(shù)路線

2.2 固廢低成本處理工藝

對(duì)作業(yè)過程中產(chǎn)生的固廢通過物理方法就地深加工，就地取材，用MY污水處理站的污水配制成泥漿回注。分選+球磨+配漿+回注的處理工藝不產(chǎn)生新的固廢。采用該工藝處理固廢，將含油污水與污泥調(diào)配回注油層，實(shí)現(xiàn)了水資源和固廢的循環(huán)利用[5]，達(dá)到了固廢處理減量化和無害化的目的。該工藝經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、簡捷。

典型井例：WM-X3井回注。

該井屬于MY西區(qū)塊注水井，正常注水壓力8～9 MPa。2016年以來，在該井實(shí)施注水污泥處理措施，每天處理濃度為15%的污泥50 m3，處理污泥時(shí)油壓13 MPa左右。2016年11月，在該井實(shí)施固廢處理實(shí)驗(yàn)，初期將磨碎的固廢每天按5%的比例添加，攪拌后固廢分散性好，不沉降，處理順利，油壓12 MPa；提高固廢添加比例至10%，攪拌后固廢分散性好，不沉降，處理順利，油壓12.5 MPa；繼續(xù)提高固廢添加比例至15%，攪拌后固廢分散性好，不沉降，處理順利，油壓13 MPa；提高固廢添加比例至20%，攪拌后固廢分散性好，部分沉降。最終將固廢添加比例確定為15%，累計(jì)處理固廢15 m3。

3 廢水低成本再利用技術(shù)

油水井常規(guī)打水泥塞需反洗井，產(chǎn)生大量廢水，如何控制或減少打塞過程中產(chǎn)生的廢水是打塞工藝面臨的難題。在不影響打塞成功率的前提下，減少打塞洗井產(chǎn)生的廢水是技術(shù)攻關(guān)的關(guān)鍵。

3.1 原井液打塞工藝

常規(guī)油水井注灰打塞是將注灰打塞管柱下入一定深度，用清水將一定量的灰漿輸送至設(shè)計(jì)位置，上提管柱至設(shè)計(jì)灰面位置，清水反洗井至進(jìn)出口水質(zhì)一致，再上提管柱，至灰漿凝固形成灰塞，達(dá)到封堵下部油層的目的。這個(gè)過程是產(chǎn)生污水的主要環(huán)節(jié)。為避免洗井，將施工管柱進(jìn)行了優(yōu)化，打塞后不用洗井，上提管柱400 m以上，保證管柱安全，減少清水用量，最大限度地減少廢水的產(chǎn)生。

3.2 低耗水打塞工藝

在油田生產(chǎn)過程中，常規(guī)打塞需清水20～50 m3，同時(shí)需要處理產(chǎn)生的洗井污水20～50 m3。低耗水打塞工藝通過半球面鐵芯膠塞推動(dòng)灰漿從球座、篩管進(jìn)入套管內(nèi)，半球面鐵芯膠塞將油管柱內(nèi)壁上的殘灰刮削干凈并頂替至井底套管內(nèi)，不需要清水反洗，縮短施工時(shí)間，減少施工污水的產(chǎn)生。

3.3 原井液現(xiàn)場處理再利用

作業(yè)洗井、沖砂等措施產(chǎn)生的廢水經(jīng)地面防滲溝流入防滲池，初步沉淀后由泵車通過進(jìn)口接頭導(dǎo)入一級(jí)沉淀系統(tǒng)，按照重力沉降原理進(jìn)行一級(jí)沉淀；當(dāng)一級(jí)沉淀池內(nèi)的液面達(dá)到溢流過濾裝置時(shí)，通過溢流過濾裝置流入二級(jí)沉淀池進(jìn)行二次沉淀；當(dāng)二級(jí)過濾池內(nèi)的液面上升至溢流過濾裝置時(shí)，通過溢流過濾裝置流入三級(jí)沉淀池進(jìn)行三次沉淀。在三級(jí)沉淀池內(nèi)沉淀后，用泵車連接出口接頭，將三級(jí)沉淀池內(nèi)液體經(jīng)出口過濾裝置吸出，并注入井筒內(nèi)進(jìn)行洗井、沖砂、鉆塞、刮削等措施。廢水在沉淀過濾一體化裝置內(nèi)沉淀情況見表4。

表4 廢水在沉淀過濾一體化裝置內(nèi)沉淀情況 %

由表4可知，措施產(chǎn)生的廢水經(jīng)過沉淀過濾裝置的三級(jí)沉淀及出口過濾后，水質(zhì)逐步改善，出口水質(zhì)基本滿足后續(xù)工序的要求。

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

采油作業(yè)“三廢”低成本處理技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用82井次，其中低耗水打塞管柱打塞42井次，合計(jì)降低產(chǎn)水量924 m3；原井液進(jìn)行現(xiàn)場處理再利用22井次，減少用水770 m3，減少廢水產(chǎn)生量660 m3；固廢低成本無害化回注處理9口井，累計(jì)處理固廢102 m3，減輕了環(huán)境污染；現(xiàn)場應(yīng)用污泥回注井4口，處理廢酸68 m3?？偼度胭M(fèi)用120.6萬元，產(chǎn)生效益264.584萬元，投入產(chǎn)出比為1∶2.2；解決了采油作業(yè)“三廢”控制及再處理的難題。

5 結(jié) 論

1)通過廢酸改性，實(shí)施改性廢酸污泥回注井降壓增注是解決廢酸的有效途徑。

2)研磨懸浮回注實(shí)現(xiàn)了固廢的低成本無害化處理，形成了注水殘?jiān)刈⑴涮准夹g(shù)，并頒布中原油田局標(biāo)準(zhǔn)Q/SH 1025—2017《注水殘?jiān)刈⒓夹g(shù)規(guī)范》。

3)低成本低打塞和多級(jí)沉淀處理廢水的工藝創(chuàng)新減少了施工用水，加強(qiáng)了廢水重復(fù)利用。

4)采油作業(yè)“三廢”低成本處理新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了廢酸、固廢、廢水的工業(yè)化利用，為油田綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展提供了工藝保障，社會(huì)效益顯著。