油氣生產中的水處理
很多人通常不會將水與地下石油和天然氣的生產聯系起來。采出水既非能源，也無銷售價值，那么其分離、處理和排放還重要嗎？
石油天然氣行業以外的人普遍認為地下油藏中含有大量的碳氫類化合物（烴），而實際上碳氫化合物存在于多孔的巖石層中，而且上面覆蓋著一層不透水的巖層或頁巖。
沉積的砂巖和石灰巖是兩種主要的含油巖石。這些巖石為多孔結構，孔徑在亞微米到幾十微米之間。有些微孔是相通的，流體可以通過。石油中的水通常被稱作“原生水”或“地層水”。兩種水來源不同，原生水是在巖層的形成過程中被截留在巖層中的，其成分可能會變化。地層水就是在巖層中形成的，然后被不透水的冠巖截留在碳氫化合物中。
碳酸根離子可以與鈣離子結合，形成不溶性的碳酸鈣。這不僅會導致流速下降（產量損失），還會對系統完整性帶來不利影響。這一問題必須解決。向油藏中添加抑制性化學試劑可以抑制碳酸鈣的形成，同時保持高壓。
石油和其他組分進行分離的第一階段通常采用三級臥式分離器，其尺寸要保證石油和水具有最長的停留時間。石油、天然氣和水的采出過程中有時會產生固體，因此還要考慮固體的去除和處理。天然氣／石油／水／固體的分離過程遵守斯托克斯定律。
油水分離之后流出的水不可能是“干凈的”，其中含有部分渣油，以小液滴的形式分散在水中；也有可能含有部分固體。
這些水中還溶解有少量的烴和氣體，例如腐蝕性的二氧化碳和輕質烴，以及用于提高石油產量而添加的水溶性化學物質。這些水既沒有用也沒有價值。那么為什么要對它們進行處理？
首先，水通常會從海上油氣開采平臺直接排入海洋環境之中的，或從地上生產系統中排入當地的河流之中，或者從煉油廠排入河流入海口和近海水域。在環境法規的壓力之下，這些可能含有污染物的水必須得以處理。其次，這些水中確實含有部分烴，可以將其回收出來并送回到主生產系統中。
采出水的去油
在早期的處理工藝中，系統多以礦物處理技術為基礎，但只能去除較大的油滴，對于小油滴則無能為力。采出水中分散油滴的去除技術有下列幾種發展方向：
A）增大油滴的尺寸（結合法）；
B）使油滴吸附在氣泡上，改變油滴的比重；
C）增加分離過程的重力，例如水力旋流器和離心機。
這些降低采出水中殘留烴的技術通常可以將水中的石油濃度控制在40MG／L。在早些年，這一數據足以滿足英國相關法規的排放要求。但最近這一法規對于海上采油平臺運營商的要求有所提高，即降低烴的年排放總量。最低標準為：石油的排放總量必須比2001年低15％。對于烴排放超標的企業，必須支付每千克（超標排放量）108英鎊的罰款。所有新建油氣田均無寬限，采出水量增多的老油田也不例外。排放的采出水中，石油的最大含量規定為30MG／L。因此，為了滿足新的法規要求，一些運營商必須采取更嚴格的處理標準。有些運營商已經提出了采出水零排放的目標。
地上平臺的排放由相關的環境保護機構監督，其排放標準中可能規定了重金屬和溶解烴的最高濃度。
其他的水
隨著石油的采出，壓力下降，會產生另外兩種作用：氣頂膨脹和油水界面的升高。氣頂膨脹是我們不希望發生的，因為壓力的降低會使溶解在石油中的天然氣逸出溶液。由于天然氣比石油的流動性更強，因此它會優先流向油井。這一情況是我們非常不希望發生的，因為采出的石油會改道而遺留在油藏中。
油水界面高度的提升也是我們不希望發生的，因為，這會導致采出水水位隨著石油而提升。這一情況會導致兩大問題：石油產量的減少和大量采出水需要處理。這些情況如何避免，或者如何在油田達到最大效益之前盡量避免？
油田注水是石油生產過程的重要一環。注水有兩個目的：第一，將油藏的壓力保持在一定水平，防止天然氣逸出；第二，將石油推向油井。據預測，水的注入可以將烴類的采收率平均提高40％。
可用于含油層注水的水的類型包括
1、海水（海上平臺）；
2、采出水；
3、地層水（容易取得的情況下）；
4、河水或江水；
5、家庭或工業廢水
所有的水都必須在安全連續地注入含油巖層前經過一定形式的處理。
注入水的處理
迄今為止，最常用的注入水是海水，當前針對注入水的處理工藝也圍繞海水展開。
海水中含有懸浮固體、細菌和溶解氧，會對油藏承受注入水的能力和接觸注入水的材料壽命帶來不利影響。這些材料包括管道、注入井的相關設備和用于輸送水的地下金屬設備。
由于海水還具有其他功用，例如冷卻，因此首先必須滿足冷卻水水質的要求。也就是說，必須去除海水中的細菌、海洋生物和大型懸浮固體。細菌可以采用殺菌劑（通常是次氯酸鈉）來去除。大型懸浮固體（例如硬殼類海洋生物和浮游生物）可以采用粗濾工藝去除。
完成冷卻使命之后，這些水可能需要作進一步的過濾，方能注入含油巖層。關于這個問題，目前有兩種不同的思想流派：一種認為過濾可以防止油藏孔隙的堵塞；另一種則認為冷的海水進入熱的巖層會導致巖層碎裂，從而導致海水（和固體）四處流動。如果要進行二級過濾，通常會采用雙介質高速過濾器。去除了固體和大部分細菌之后，就需要去除溶解氧了。
碳化鋼是高壓注水的首選材料，而它很容易受到水中氧氣的腐蝕，因此溶解氧的去除不容忽視。海水除氧的常用技術是真空排氣系統，該系統包含一個具有多級真空的立式容器，可以將海水中的氧氣濃度從8MG／L降低至50礸／L以下。殘留的溶解氧通過亞硫酸鹽來去除。
不同等級的真空度由液環真空泵來完成，較低的真空度需要借助氣體噴射器。泵的密封／冷卻水通常是冷的粗濾海水，在進入注水井之前需要增壓。
隨著脫氣裝置從好氧向下游的厭氧狀態的轉變，可能會為厭氧微生物提供生長條件，從而對碳鋼系統造成嚴重損壞。
微生物腐蝕通常可以通過非氧化性有機生物殺滅劑得以緩解。這些物質不像氯氣一樣具有腐蝕性。化學生物殺滅劑包括醛（戊二醛和甲醛）、季銨鹽和一些特殊類型的季磷鹽，可以單獨添加，也可混合加入。有機生物殺滅劑價格昂貴，通常每周添加1－2小時，添加濃度最高為1000MG／L。真正的添加頻率、時長和速度要根據下游水質的檢測結果進行調整。
當注入水的溫度或壓力升至油藏溫度或壓力時，或者與之混合的海水和地層水化學不相容時，可能會形成不溶性固體。
向注入水內添加阻垢劑可以解決這一問題。例如，如果地層水中的堿金屬（特別是鋇和鍶）濃度較高，注入海水的硫酸鹽含量達到2700MG／L，就很有可能形成不溶性硫酸鋇和硫酸鍶。這些水垢的數量對于高效的化學阻垢系統來說可能太多了。讓海水先流經一排納米過濾器可以去除大部分的二價離子，例如硫酸根。如此，處理過的海水就可以安全地注入油藏。
注入水的處理是一個重要過程。但是，對于所有系統來講，最重要的一點是讓運營、操作團隊在設計階段就參與進來。
水的處理是石油和天然氣生產中非常重要的一部分。水處理系統的設計失敗或未進行操作優化，都可能導致石油生產系統的停機。而一旦停機，就必須在故障解決之后才能啟動，從而造成利潤的重大損失。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
