第二章 油田污水处理要求
随着地下原油的不断开采，地层压力不断下降，为保证地层压力，提高原油采收率，需要采用人工注水的方式来进行石油开采。这就导致原油含水量不断提高，进而导致原油生产处理后产生的含油污水总量急剧攀升。本章的主要内容就是通过对油田污水的水质特点进行分析，总结油田污水对环境的巨大危害，结合国家及行业的规范标准，得出油田污水处理的基本要求。
2.1 油田污水的特征及危害
2.1.1 油田污水的特征
油田污水成分极为复杂，及含有原油成分，还在地层中溶解了大量的无机盐类，并有大量的悬浮固体杂质，还有在原油处理过程中所投加的破乳剂、絮凝剂和杀菌剂等化学药剂。而且，由于采出水中含有大量无机物，十分适宜细菌生长，油田污水中通常会含有极多的细菌。由此可知，油田污水可以视为水、少量原油、悬浮固体、细菌、无机物以及油田集输场站在原油生产过程中所投加的各类化学药剂的混合体。根据大量的水质化验数据可知，油田污水主要特征有：细菌含量大，油田污水具有十分适宜细菌生长的环境，还富含各种丰富的有机物，细菌危害极大，会导致管线腐蚀及结垢，污染环境，对安全生产造成极大威胁；机物含量高，油田污水中有多种有机物，如挥发酚等；矿化度高，油田污水中含有大量的三价铁离子、二价钙离子、二价镁离子、碳酸氢根离子、硫酸根离子、碳酸根离子等离子，浓度最高每升可达几十万毫克，这大大促进了电化学反应，加快了管道的腐蚀。由于各油田地质条件不同，原油组成成分不同，各油田原油处理工艺差异极大，加之各油田地质条件决定的所需注水水质不同等多方面原因，各个油田的油田污水水质差别极大。
2.1.2 油田污水对环境的危害
如果不对油田污水进行有效处理而直接回注入地层，不仅不利于下一步的石油开采，还会对生产设施造成严重危害，甚至破坏地层结构：
1.油田污水富含各类离子，导致电化学活动活跃，加速了污水对各类管道的腐蚀，同时各类离子的高度聚集导致结垢现象加强，极易引起油管及注水管道的堵塞。
2.油田污水中含有大量的硫化物，如果不进行有效处理，硫化物在水中会由于化学反应逐步生成弱酸，导致水的腐蚀性大大加强，对高压运行的注水系统形成严重的安全隐患，如若发生事故必然导致油田生产活动的停止。
3.当使用河水、海水、江湖水等地表水与地层水混合进行注水采油时，由于这几种水都含有不同浓度的机械杂质，当机械杂质与地层水中的石油成分特别是乳化油接触时，就回相互吸附结合形成乳化块进而堵塞地层。同时如果回注水中含油份较多，还会诱发微生物大量繁殖，产生大量生物粘泥堵塞地层。因此在污水回注之前，必须对回注水进行处理，除去污水中的石油成分。
2.2 回注水的水质要求
2.2.1 注入水质的基本要求
如果将不符合要求的水回注地层，将会降低地层的通透能力，严重的甚至能导致地层堵塞，使油田注水作业不能正常进行，继续进行油田生产就会使得地下油层开采过度而得不到回注水补充，大大降低油田采收率。另外未经处理的水注入地层下还会导致管线、设备腐蚀、结垢，严重威胁到生产设施的运行安全。因而，针对油田注入水水质必须达到四点要求：
1、悬浮固体颗粒直径中值必须满足国标 SY/T5329 中对不同渗透能力油藏注入水中悬浮固体颗粒直径的要求。如果悬浮固体粒径过大，超过了油藏孔隙结构喉道的尺寸，将会堵塞地层，因而对于低渗透及超低渗透油藏的回注水处理，必须在回注前进行精细过滤处理。
2、溶于水的酸性物质是造成腐蚀加快的根源，当二氧化碳、硫化氢这类可溶于水的酸性气体在注入水中含量过高时，水显示为明显的酸性，这必将加快腐蚀的速度和规模。因此必须控制这类气体在水中的含量，这有助于控制管道腐蚀的速度，延长生产设施的寿命，保护地层不受腐蚀产物的危害。
3、必须控制回注水中原油成分的含量。目前油田注入水均为含油污水，原油在污水中呈细小微粒，当回注水中原油颗粒含量过高时，由于原油颗粒的吸附性，会跟周围的原油成分和悬浮固体聚合成为大颗粒，从而堵塞地层，降低油层的渗透性，继而危害石油开采。
4、 必须严格控制回注水中细菌的含量。当回注水中细菌含量过高时，会产生严重的结垢现象，堵塞管道。其中对油田注水危害最大的两种细菌分别为硫酸盐还原菌和铁细菌。
硫酸盐还原菌是一种厌氧条件下以有机物为营养的细菌，它能够将硫化物转化为硫化氢。在水体酸碱值为 7.1-7.6,水温在 20 至 50 摄氏度之间时是硫酸盐还原菌的最适宜生成环境。当硫酸盐还原菌含量过高时，其转化生成的硫化氢会溶入水中，使水体呈现为酸性，这会加速注水管线的腐蚀。而危害最大的是硫化氢与水中的铁离子结合生成硫化铁絮状物及大量粘液，加剧结垢的发生，严重的影响注水管道的安全。
铁细菌并不是一种细菌，而是一类细菌的总称。此类细菌能够催化氧化铁中的二价铁成为高价铁，并且利用铁的氧化反应释放的能量来维持其生长繁殖，并且与氧化铁反应生成大量的氢氧化铁。铁细菌在生长过程中生成粘性物质，经过不断的吸附作用形成大团堵塞物。铁细菌的生长同时会造成电位差加速管道腐蚀，同时还能形成局部厌氧区促进硫酸盐还原菌的生长，而硫酸盐还原菌的生长又为铁细菌提供了适宜其生长的酸性环境及高价铁。两种细菌能够相互依存互相提供适宜生长的条件，加剧了对油田设施的损害，所以必须严格控制注入水中的这两种细菌的含量。
2.2.2 注入水质的指标体系
水质的指标体系主要有溶解气、生物类、矿物质、综合类及其他五类。
1、溶解在水中的氧气、二氧化碳及硫化氢等气体统称为溶解气，单位为mg/L.
2、生物类指的是注入水中细菌的种类及该种菌的含量，单位统一为：个/mL .
3、矿物类指的是注入水中的三价铁离子、二价钙离子、二价镁离子、碳酸氢根离子、硫酸根离子、碳酸根离子。
4、综合类指标主要有悬浮固体含量与颗粒直径等指标。
①悬浮固体含量就是指单位体积内含有的固体物质的质量，在 SY/T5329 中推荐了膜过滤称重法，利用过滤膜将单位体积的水过滤，然后除去膜上残留物中的有机物，剩余物质烘干称重即为悬浮固体含量。
②悬浮固体颗粒直径可根据 SY/T5329 推荐的计算方法进行计算。
5、和腐蚀及结垢有关的指标还有以下三个：
①pH 值：由于结垢主要为碳酸盐等碱性类，当 PH 值降低时水体为酸性，结构趋势放缓，当 PH 值升高时水体呈碱性，有利于盐类析出，结垢趋势加强。
②温度：水温也影响着结垢趋势，当水温高时矿物质在水中的溶解度降低，而气体在水体中的溶解度也降低，结垢趋势加强。当温度低是刚好与之相反，结垢趋势减缓。
③含油：当水体含油量较高时，微小油珠不断吸附悬浮固体及周围油珠，形成较大悬浮物，加快了结垢趋势，反之在含油量较低时结垢趋势放缓。
2.2.3 回注水水质要求
回注水主要指的是油层采出水，另外可能还混有地下水、地表水等混合水。
回注水既要考虑水质不能对地层及生产设施造成破坏，还要考虑其经济性。如果对回注水水质要求过高，则必须采用更新更多的新技术，无疑会增加含油污水处理的成本。而对回注水水质要求过低，则会对油田的开采运行产生安全隐患。因而在实际生产运行中，要综合考虑各方面因素，选取最有利的方案。针对回注水水质通常有以下五点要求：
1、回注水性质稳定，与地层水混合时不会产生沉淀物；2、能够保证在进入油层后不与粘土发生膨化反应；3、悬浮固体含量和含油量较低，不会发生腐蚀和结垢反应；4、水质成中性，不会与其他物质发生中和反应。5、任何新水质的水在投入使用前必须经检验对地层无害方可投入运行。
