稠油联合处理站含油污水深度除硅技术分析

摘要：稠油开采的热采技术，会产生一种高矿化度、高含硅量的高温分离水，高温分离水中的离子在循环过程中不断累积，对污水处理单元及管线、锅炉都产生严重影响，导致炉管结垢现象频发。通过对采集的垢样分析发现，垢样为硅垢。而且采用常规的除垢方法，如酸洗，很难除去，最终将会导致炉管和注汽管线穿孔甚至报废。目前稠油污水经净化处理后，水的硬度和二氧化硅仍然偏高，二氧化硅浓度偏高，会造成锅炉结硅垢，高温膜因结硅垢而造成难以恢复的污堵，硬度较高会加重软化器运行负荷，增加高、低含盐废水水量，并且制约软化器产水量。因此，选择合适的除硅剂或除硅配方对稠油污水除硅以及防垢有重大意义。

关键词：稠油；联合处理站；含油污水；深度除硅；技术分析

若稠油污水处理后不达标而直接用作热采锅炉用水，水中的各种硅、钙、镁等溶解或悬浮物将在高温下析出长大成垢，主要是硅垢，通过开展稠油污水深度除硅除硬技术研究，将二氧化硅降至50mg/L以下，提高过热蒸汽锅炉给水水质，减少锅炉结垢频次，降低锅炉维修费用，改善蒸汽品质，提高过热蒸汽驱油效率，满足稠油开发提质增效；硬度控制在50mg/L以内，可进一步减少软化系统运行负荷，提高产水量，减少高含盐废水外排量以及工业用盐，降低环保压力。

一、污水处理体统来水水质分析

（1）含硫分析。目前污水处理系统来水含硫较投产初期上升较大，冬季由0～1mg/l上升为0.5～2mg/l，夏季由4～6mg/l上升为8～12mg/l；同时具有阶段性增高的特点，这主要是由于夏季油水井措施较多和水温升高引起。

（2）水中原油乳化程度分析。目前污水处理系统来水水中含粒径小于30μm的油珠由投产初期的30%以下，增加到了76%以上，水中油珠更加细小，乳化程度较高，油水界面稳定，油水重力分离难度较大。

（3）结垢分析。污水处理系统来水为重碳酸钠型，具有较强的结垢趋势，低温长时间放置，会产生钙的流失，其垢主要成分为碳酸钙。

（4）腐蚀性分析。污水处理系统目前水质具有低温、含聚、水中原油乳化程度高、含硫阶段性增高、腐蚀性强、结垢趋势严重等特点。处理该污水具有油水分离困难；水中悬浮颗粒稳定性强，沉降困难，所以现有的污水处理工艺不能充分发挥作用。

二、稠油采出水中硅的存在形式

硅是地壳中含量第二丰富的元素，仅次于氧元素。地层中的岩石矿物及黏土矿物包括石英、长石、高岭石、蒙脱石等，这类岩石中的硅以二氧化硅晶体或金属硅酸盐的形式存在，在驱油过程中，热和碱对这类岩石具有溶蚀作用。地层中的硅进入稠油采出水中，由于矿物的溶解度较低，水能与其发生水解反应生成硅酸，随着温度的冷却，污水中的硅酸发生着复杂的聚合作用，因此，稠油采出水中的硅酸有着复杂的形态，包括呈离子分子状态的、胶体状态的、不溶的吸附态和颗粒态等。

（1）呈离子、分子状态的硅酸化合物。该形态的粒径在0.001μm以下，可溶于水，为真溶液状态，水与地层中岩石的长期接触中，通过溶蚀作用，会以硅酸的形式存在，因此稠油采出水中含有呈离子、分子状态的硅酸，包括单体硅和低聚合硅。

（2）胶体硅。该形态的粒径在0.001～1μm之间，呈胶体分散体系，不能通过半透膜但能透过滤纸。水中单体硅和去质子化的硅酸发生脱水缩聚反应，通过聚合作用形成胶体硅，在低温和低pH值的条件下，加剧硅酸的聚合作用，胶体硅的含量增加。

（3）吸附状态的硅酸化合物。该状态不溶于水，水中的部分硅酸化合物会吸附在悬浮颗粒上，可以通过过滤去除。

（4）呈颗粒态的硅酸化合物。污水中存在的岩石矿物、黏土颗粒等属于此类，颗粒硅主要通过晶体长大、成团等方式生成，部分胶体硅也可与水中的悬浮物和黏土合成一个整体形成颗粒硅，通过过滤即可去除。

上述的第一类可溶性硅酸化合物可称为反应硅，后面的3类不溶硅酸化合物合称为非反应硅，也称非活性硅。其中第一类可溶性硅酸化合物，呈真溶液状态，可以采用钼酸铵比色法直接测定。后3类硅酸化合物实际上不可以用钼酸铵比色法直接测定，需要将水样中的非反应硅由氢氟酸转化为反应硅。将氢氟酸加入水样中，反应硅与氢氟酸作用生成硅氟酸。将三氯化铝加入生成的硅氟酸来解离硅氟酸并掩蔽过剩的氢氟酸，再用分光光度法测定硅含量。

三、水中硅的去除工艺

（1）化学混凝除硅技术。化学混凝除硅技术是利用钙、镁、铝、铁以及其他金属氧化物、氢氧化物或者盐类，通过沉淀，吸附和凝聚作用将水中的硅酸和硅酸根除去的一种技术。因为这方法便宜，操作简单，对于设备的要求低，除硅效果较好，因此在各油田中得到较为广泛的应用。

（2）离子交换除硅技术。离子交换除硅技术是采用强碱阴离子交换树脂上可交换的阴离子，与稠油采出水中的溶解盐发生离子交换，从而去除水中的硅，强碱阴离子交换树脂是一种新兴除硅技术，通过使用不同的离子交换树脂，可以完成除盐、软化及除硅。虽然离子交换树脂对于活性硅去除的效果较好，但其对胶体硅几乎无去除能力，所以，稠油污水在进入离子交换树脂之前，需要去除污水中较大颗粒的悬浮物、沉淀杂质以及胶体硅，才能有效地防止污染离子交换树脂，所以此法对于生产工艺要求较高。并且离子交换法的交换吸附和再生过程会产生大量废酸，从而造成环境污染，并且需要对水进行预处理，因此对于硅含量较高的稠油采出水硅应用离子交换树脂法进行深度处理的工艺还在研究探讨中。

（3）电凝聚除硅技术。电凝聚除硅技术的原理是电化学法。电化学法是发生在专门的电化学反应器中，利用来自外加电场的作用，达到净化污水的目的。电凝聚是通过采用电化学发生电极反应来产生多形态的具有凝聚作用的金属氢氧化物，金属氢氧化物可以吸附含硅物质，从而达到去除硅的目的。在外加电场的作用下，阳极上的金属离子如铁、铅、铝等进入污水中，水在电流的作用下可以发生电解反应生成H+和OH-，OH-会和金属反应生成金属氢氧化物凝聚剂，通过凝聚剂吸附水中的含硅物质或者加入絮凝剂生成絮体从而除硅。电凝聚一般在离子交换、电渗析等过程之前，此方法不仅能达到除硅效果还能有效降低水中的重金属离子和COD。电凝聚技术相对容易操作，所需设备简单，电凝聚过程形成的絮体比化学絮凝形成的絮体比稳定性较高，易于分离，但是由于电凝聚技术主要消耗电力，因此会造成一定的电耗成本，并且电凝聚阳极在电解过程中不断消耗，需要经常更换阳极板。

（4）膜分离法除硅技术。膜分离法是通过特殊制做的微孔薄膜对二氧化硅和水的不同拦截作用，除去污水中所含二氧化硅，从而达到让二氧化硅和水发生分离的一种方法。膜分离除硅技术包括超滤和反渗透等，在水处理要求较高的领域中，应用逐渐广泛。膜分离法对于水中的大颗粒或胶体硅的去除有很好的效果，但是对于溶解性硅几乎没有效果。

（5）微泡气浮法除硅技术。微泡气浮法的原理是利用大量的细微气泡作为载体，将要去除的胶体硅会附着在气泡上面，进而使去除水中的硅。微泡气浮法对污水中的胶体硅具有明显的去除效果，对溶解硅的去除效果较差，还需要添加少量的电解质和调整pH值使胶体得以聚团并添加合适的捕收剂和起泡剂以形成合乎要求的泡沫层以及气泡直径必须在40～60μm以下。采用微泡浮选的方法进行了污水除硅研究发现对污水中的胶体硅有明显的去除效果，并分析了在去除过程中，将pH值调节到8-11时，胶体硅的去除效果最佳，去除率可以达到90％，而且在微泡气浮除硅加入铝盐会提高除硅效果。微泡气浮除硅技术要求设备产生的气泡直径范围小，操作难度较大，处理后产生的污泥会上浮较难处理，对硅的去除能力较小。

四、结论与认识

（1）需要更多关注处理后的水的其他指标。现阶段对于油田稠油采出水的除硅处理更注重除硅效果，将硬度、悬浮物、COD的影响与除硅效果结合起来，进行化学药剂的挑选及其适宜的加入量和复配比，达到不仅除硅效果最佳，还能为后续的其他水处理工艺减轻负担。

（2）采用化学混凝除硅势必会产生大量的污泥，但是如果从污泥的无害化处理方面，研究清楚污泥的成分，将污泥固定化处理，利用起来，也不失为一种好的解决方式。

（3）随着现在对药剂的研究越来越多，更多的低成本、更稳定、能耐高温的除硅剂也将会被开发出来，将会使化学混凝除硅方法更加的高效。

参考文献

[1]袁鹏.新疆油田超稠油净水除硅一体化技术研究[J].油气田地面工程,2019,38(02):49-52．

[2]单朝晖,孙森,金志娜,等．新疆油田稠油采出水电化学深度除油除硅现场试验研究[J].油气田地面工程,2021,40(10):35-39．