מקורות ומאפיינים של שפכים
01
שפכים להפקת נפט
רוב שדות הנפט של ארצי מפותחים על ידי הזרקת מים. צריך בערך 2 עד 3 טון מים כדי להפיק 1 טון של נפט גולמי. במיוחד בשלב המאוחר של הפקת שדות נפט, תכולת המים של נפט גולמי יכולה להגיע עד 90% או יותר.
שפכים להפקת נפט נכנסים לתחנת ההתייבשות וההעברה של מערכת איסוף והובלת נפט גולמי עם נפט גולמי להתייבשות והתפלה. שפכים "מנופלים" אלה נכנסים לתחנת טיפול בשפכים ויוצרים שפכים המכילים נפט ספציפיים לשדה נפט, הידועים גם כ"מים מופקים" או "מי פלט".
(1) High oil content Generally, oil production wastewater contains 1000~2000mg/L of crude oil, and some contain up to 5000mg/L of oil. Oil production wastewater contains floating oil, dispersed oil, emulsified oil and dissolved oil, of which about 90% of the oil exists in the form of floating oil with a particle size >100um ושמן מפוזר עם גודל חלקיקים של 10~100pm. שאר ה-10% הם בעיקר שמן מתחלב בגודל חלקיקים של 0.1~10pm, ותכולת השמן המומס בגודל החלקיקים<0.1pm is very low.
(2) מכיל חלקיקים מוצקים מרחפים. גודל החלקיקים הוא בדרך כלל 1 ~ 100um, כולל בעיקר חלקיקי חימר, סחף וחול דק.
(3) תכולת מלח גבוהה. תכולת המלחים האנאורגניים בשפכים להפקת נפט נעה בדרך כלל בין כמה אלפים למאות אלפי מ"ג/ליטר, המשתנה מאוד בהתאם לשדה הנפט ולגוש.
(4) מכיל חיידקים. שפכים להפקת שמן מכילים בעיקר ספרופיטים וחיידקים מפחיתי סולפט.
(5) טמפרטורת מים גבוהה וערך pH גבוה. לשפכים להפקת נפט יש גם מאפיינים של טמפרטורת מים גבוהה (40 ~ 80 מעלות) וערך pH גבוה.
02
קידוח שפכים
במהלך תהליך הקידוח, מי השפכים הנוצרים מאובדן בוץ במהלך פעולת הקידוח, דליפת מערכת מחזור הבוץ ושטיפת בוץ ושמן על ציוד הקרקע וכלי הקידוח נקראים מי קידוח.
הבוץ הנפוץ בפרויקטי קידוח עשוי מחימר, מים וחומר טיפול בשיעור מסוים. ביניהם, חומר הטיפול פועל על ידי הידרוליזה של החימר, מה שמשפר מאוד את ביצועי הבוץ כדי להבטיח את מהירות הקידוח ולשפר את איכות הקידוח. שלב מוצק נמוך ובוץ נטול מוצקים משמשים בעיקר בקידוח רדוד, שיש בו פחות חומרים מזיקים ודרגת זיהום נמוכה יותר. ככל שעומק הקידוח עמוק יותר, הדרישות לבוץ גבוהות יותר, כך מתווספים יותר סוגים וכמויות של חומרי טיפול כימיים, ואפילו יש לערבב חלק מסוים של נפט גולמי או פסולת, ומידת הזיהום עולה. לכן, ניתן לראות בשפכי הקידוח המופקים מזיהום תוצר של דילול גבוה של בוץ.
מאחר והשימוש בשפכי קידוח ובוץ קידוח קשור קשר הדוק, תכונות השפכים הנוצרים במהלך הקידוח שונות בשדות נפט וגז שונים, באזורי קידוח שונים ובעומקי בארות שונים. באופן כללי, בעת קידוח במים רדודים, רק תכולת השמן בשפכי הקידוח חורגת מהתקן; בעת שימוש בבוץ PAM, המוצקים המרחפים, הפנול, הכרום והשמן בשפכים חורגים מהסטנדרט; כאשר משתמשים בבוץ רגיל, תכולת השמן עולה על התקן, והמוצקים המרחפים, הפנול והכרום עולים על התקן בנפרד; בעת קידוח בארות עמוקות, הנפט, הפנול, הכרום והמוצקים המרחפים עולים על השיעור הסטנדרטי. לכן, ניתן לדעת שהחומרים המזיקים העיקריים בשפכי קידוח הם מוצקים מרחפים, שמן, כרום ופנול.
03
שפכים משטיפת באר
בארות הזרקה הן בארות מיוחדות להזרקת מים לשכבות שמן. על מנת למנוע מהמוצקים המרחפים במים המוזרקים לסתום את התצורה, מותקן מסנן מפיץ מים בקצה צינור ההזרקה. לאחר פרק זמן של פעילות, עקב העלייה במוצקים מרחפים שיירט המסנן, לחץ הצנרת עולה בהדרגה, וגם כמות המים המוזרקת מצטמצמת בהתאם. כאשר לא מגיעים לנפח ההזרקה המתוכנן, יש לשטוף את באר ההזרקה לאחור כדי להסיר את המוצקים והביופילם שהופקדו על המסנן, ובכך ליצור מי שפכים לשטיפת באר.
04
שפכים להפקת גז
שפכים להפקת גז מתייחסים למי היווצרות או מי שדות גז שהוצאו עם הפקת גז. שפכים להפקת גז מכילים בעיקר שמן קונדנסט, מלח, מוצקים מרחפים, מימן גופרתי וכמה תוספים (חומרים אורגניים). תכולת ה- Cr בשפכי הפקת גז יכולה להגיע לעשרות אלפי מ"ג/ליטר. בנוסף, הוא מכיל גם גופרית ומתכת יסודות כמו ליתיום, אשלגן, ברום, אבץ, קדמיום וארסן.
רעיונות לטיפול בשפכים
עבור התעשייה הכללית, העיקרון של טיפול בשפכים הוא קודם כל להחזיר את המשאבים והאנרגיה שבהם, לשפר את ניצול החומרים ולהפחית את הזיהום.
שיעור השימוש החוזר הגבוה ביותר בשפכי נפט הוא שפכי שדות נפט. הדרך העיקרית לשימוש חוזר היא להשתמש בשפכים המטופלים כמי הזרקה מחדש. שפכי שדה הנפט המטופלים הם בעלי מאפיינים של מינרליזציה וצמיגות גבוהים, מכילים פעילי שטח, טמפרטורת מים גבוהה וחדירות טובה. על פי הסטטיסטיקה, אם סוג זה של שפכים יוזרקו לתוך שכבת הנפט, שיעור ההשבה של נפט גולמי יהיה גבוה ב-5% ~ 8% מזה של הזרקת מים מתוקים. במקביל, היא יכולה גם להפחית את הזרמת שפכים, להשיג את המטרה של חיסכון במשאבים והפחתת זיהום.
01
דרישות להזרקת מים מחדש
עבור שפכים המוזרקים מחדש לתוך התצורה, יש לעמוד בדרישות הבסיסיות הבאות.
1. הרכב כימי יציב
המים המטופלים להזרקה מחדש אינם אמורים ליצור מוצקים מרחפים עקב תגובות כימיות במהלך אחסון והובלה. רוב שפכי שכבת השמן מכילים כמות גדולה של ביקרבונט (HCO3) ומלח ברזל Fe(HCO3)2 בצורה של ביקרבונט, מה שהופך את היציבות הכימית ירודה. אם סוג זה של שפכים בא במגע עם חמצן באוויר, משקע הברזל הידרוקסיד הנוצר לאחר התגובה יקטין את החדירות של שפכי ההזרקה מחדש. לכן, יש צורך מאוד להבטיח את היציבות הכימית של השפכים.
2. יכולת שטיפת שמן גבוהה
שפכים המוזרקים מחדש לשכבה המייצרת שמן חייבים להיות בעלי יכולת שטיפת שמן מסוימת, כך ששיעור ההשבה במהלך הזרקת המים לא יפחת מ-60% מהעתודות. שפכי הפקת הנפט המטופלים מכילים פעילי שטח. כאשר קיימת כמות קטנה של חומרים פעילי שטח, הם יכולים להיספג בממשקי נוזל-גז, נוזל-נוזל ונוזל-מוצק, ויכולים להפחית משמעותית את מתח הפנים של הממשק. במהלך תהליך ההזרקה מחדש, מתח הפנים של מים המכילים חומרים פעילי שטח מצטמצם בממשק במגע עם נפט גולמי, והוא יכול להרטיב ביעילות את הסלע של השכבה המייצרת שמן, כלומר תחת פעולת כוח נימי והידבקות, מים יכולים לשטוף לגמרי את הנפט הגולמי בסדקים בסלע. מכיוון שרוב חומרי השטח במים נספגים על פני הסלע, כאשר משתמשים בהזרקת מי קצה, תכולת פעילי השטח במים לא צריכה להיות גדולה מדי, כדי שניתן יהיה להעלות את ריכוז חומרי השטח על פני השטח הנימים, וגם שיעור ההחלמה יגדל בהתאם. לפיכך ניתן לראות כי לחומרי השטח הכלולים בשפכי שכבת השמן ובשפכי ההזרקה מחדש יש השפעה רבה על שיפור קצב ההחלמה של השכבה המייצרת שמן.
3. ודא את יכולת הספיגה של הזרקה
על מנת לשמור היטב את ההזרקה על כושר ספיגה מסוים, יש צורך לשלוט בקפדנות על תכולת הזיהומים המכניים והשמן במי ההזרקה מחדש. בעת ניסוח התקן לתכולת הטומאה המכנית של מי הזרקה מחדש, יש לקחת בחשבון את המאפיינים הגיאופיזיים של השכבה המייצרת נפט (בעיקר חדירות ונקבוביות), וכן לשים לב למאפייני ההפצה של בארות ההזרקה בשדה הנפט. (כלומר, בארות הזרקה חיצוניות או בארות הזרקה פנימיות). כמו כן, לחץ ההזרקה ותאימות מי ההזרקה לסלע הם גם גורמים המשפיעים על כושר הספיגה של בארות ההזרקה.
4. קורוזיה נמוכה
על פי הסטטיסטיקה, כל שדה נפט סופג הפסדים עצומים מדי שנה עקב קורוזיה של הצינורות והציוד של מערכת ההזרקה. הפסד זה כולל לא רק את ההפסד שנגרם מקורוזיה מתכת, אלא גם את ההפסד שנגרם מהפחתת כושר הספיגה של בארות ההזרקה עקב הימצאות חומרים קורוזיביים במי ההזרקה.
5. עלות מינימלית לטיהור וטיפול בשפכים
כל שדה נפט צריך לגבש תקני איכות מים להזרקה בהתאם לתנאים הספציפיים של שכבת הנפט שלו. למרות שככל שעוצמת הטיהור של מי השפכים המוזרקים לתצורת הסלע גבוהה יותר, ככל שכושר הספיגה של באר ההזרקה טובה יותר, ייתכן ומים מטוהרים לא יהיו ישימים בכל אזור. לשכבות מפיקות נפט בעלות חדירות גבוהה, אין צורך לבנות מתקני טיהור מורכבים ויקרים. לכן, יש צורך למזער את עלות הטיפול בשפכים תוך הקפדה על איכות המים בהזרקה חוזרת.
02
שיטות הזרקת שפכים
1. סיווג לפי האם שפכים מעורבבים במים נקיים או לא לפי אם מעורבבים שפכים עם מים נקיים או לא, שיטות ההזרקה מחדש מתחלקות להזרקה בודדת והזרקה מעורבת.
(1) הזרקה בודדת הזרקה בודדת פירושה שהשפכים המטוהרים אינם מעורבבים עם מים אחרים ומוזרקים לתצורה לבד. היתרונות בשיטה זו הם שאיכות המים יציבה יחסית, בעצם אין תופעת לחמית חיידקית, האבנית קלה ומערכת ההזרקה מחדש פועלת כרגיל. החסרונות הם שכמות המים הנכנסת וכמות המים המוזרקים אינם קלים לאיזון, לא ניתן להבטיח שהשפכים יוזרמו במלואם, ולעיתים קרובות יש צורך להזרים אותם, דבר שקל לגרום לזיהום סביבתי.
(2) הזרקה מעורבת הזרקה מעורבת פירושה שהשפכים המטוהרים מעורבבים עם מים אחרים (מי תהום או מים עיליים) ואז מוזרקים לתצורה. היתרונות של שיטה זו הם תהליך גמיש, ניתן לנצל את מי השפכים במלואם, ולהפחית קורוזיה של שפכים קורוזיביים לציוד ולצנרת. החיסרון הוא שחלק מהשפכים של שדה הנפט אינם תואמים למים נקיים, ולכן קל לייצר אבנית ותופעות של לחמית חיידקית, המשפיעות על הפעולה הרגילה של הציוד.
2. סיווג לפי מיקום הערבוב של שפכים ומים נקיים
לפי עמדת הערבוב של שפכים ומים נקיים, שיטות הערבוב מתחלקות למספר סוגים כמו ערבוב לאחר המשאבה, ערבוב בצינור היניקה לפני המשאבה וערבוב במיכל המים הנקיים לפני המשאבה.
(1) ערבוב לאחר המשאבה מכיוון ששיטה זו משתמשת בשפכים מטוהרים ובמים נקיים לערבב לאחר משאבת המים, היא לא תגרום לדלקת הלחמית ואבנית בתחנת הזרקת המים. עם זאת, כאשר משתמשים בשיטה זו, לא ניתן להזרים את מי השפכים מחדש במלואם.
(2) ערבוב בצינור היניקה לפני המשאבה כאשר נעשה שימוש בשיטה זו, למרות שדרגת דלקת הלחמית קלה מאוד, קל לגרום להצטברות אבנית במשאבת הזרקת המים.
(3) ערבוב במיכל המים הנקיים לפני המשאבה כאשר נעשה שימוש בשיטה זו, למרות שתופעת האבנית של משאבת הזרקת המים היא קלה, תופעת דלקת הלחמית חמורה שתגרום לחסימת מסנן משאבת הזרקת המים.
בנוסף לשיטות שהוצגו לעיל, חלק משדות הנפט מערבבים גם שפכים עם מים נקיים כאשר השפכים נכנסים לתחנת טיהור שפכים כדי להפחית את ריכוז המזהמים ולהפחית את קורוזיביות השפכים. שדות נפט מסוימים גם מערבבים מים נקיים עם שפכים לפני שהשפכים מתייבשים, מה שמסייע בהפשרת נפט גולמי והובלת נפט כבד.
לסיכום, לכל שיטה להזרקת שפכים יש יתרונות וחסרונות משלה. הזרקה בודדת יעילה, אך אי אפשר להזריק מי שפכים מחדש לחלוטין; למרות שהזרקה מעורבת יכולה לפתור את בעיית הזרקת שפכים מחדש, קל להביא קשיים אחרים המשפיעים על הזרקה חוזרת. מהמצב בפועל של שדות נפט שונים, רוב תחנות ההזרקה מחדש משתמשות בהזרקה מעורבת.
תהליך טיפול בשפכים מומלץ
01
טיפול בשפכי הפקת שדות נפט רגילים
שדות נפט רגילים מתייחסים לשדות נפט שבהם מי התהום או המים העיליים באזור שייכים לקטגוריה של מים רגילים. בדרך כלל, שפכי שדות נפט הם בעיקר שפכים שמנים, ולכן המטרה העיקרית של טיפול בשפכים היא פינוי נפט.
אם שפכים מטופלים בתקן איכות מי הזרקה חוזרת, הם מחולקים בדרך כלל לשני המצבים הבאים: עבור שפכים עם ריכוז שמן גבוה יותר, משתמשים לרוב בשיטת שלושת השלבים; עבור שפכים עם ריכוז שמן נמוך יותר, ניתן להשתמש בשיטה הדו-שלבית כדי לעמוד בדרישות של הזרקת מים לשטיפת באר של שמן גולמי המכיל מים. במידה והשפכים צריכים לעמוד בתקן ההזרמה, בנוסף לשיטות הפיזיקליות והכימיות הנדרשות (קרישה, שקיעה, סינון וכדומה), נדרש בדרך כלל טיפול ביולוגי כטיפול משני.
02
טיפול בשפכי הפקת שדות נפט בעלי מינרליזציה גבוהה
עבור שפכי שדות נפט בעלי מינרליזציה גבוהה, תהליך הטיהור זהה לזה של שפכי שדות נפט רגילים. מי השפכים מתחנת העברת הנפט ומתחנת ההתייבשות נכנסים תחילה למיכל פינוי השמן הראשי. מי השפכים שנוקו באופן טבעי מגיבים עם המטהר והציף ונכנסים למיכל פינוי השמן המשני (מיכל פינוי שמן קרישה). הקולחים מסוננים על ידי מיכל סינון הלחץ ונכנסים לתחנת ההזרקה מחדש. עם זאת, יש להקים בריכת ייצוב מקורות מים לטיפול בשפכים ולשימוש חוזר, ולהוסיף מייצבים שונים במקביל. יש לקבוע בניסויים את הסוגים והמינונים של מייצבי איכות מים שונים.
המייצבים הנפוצים בשדות נפט הם מעכבי קורוזיה אמינים אורגניים סופחים, מעכבי אבנית פוספטים אורגניים, קוטלי חיידקים אורגניים וכו' יש להשתמש בשני קוטלי חיידקים או יותר לסירוגין כדי למנוע עמידות לתרופות.
על פי ביצועי הסוכן הכימי וצרכי איכות המים, יש לבחור את מקום המינון המתאים כדי להפעיל את יעילות הסוכן. יש להתאים את מינון התרופה בהתאם לשינויים באיכות המים ובנפח המים.
בנוסף, מערכת הגז הטבעי הסגורה היא גם מערכת הכרחית לטיפול בשפכים עתירי מינרליזציה. גז טבעי משמש לעתים קרובות כגז בידוד מילוי בשדות נפט לבידוד האוויר (גם חנקן משמש). מערכת הגז הטבעי הסגורה חייבת לא רק להשיג בידוד חמצן טוב ואיכות ויסות לחץ גבוה, אלא גם להבטיח בטיחות ואמינות. ניתן לכוון את שיטת ויסות הלחץ של מערכת הגז הטבעי הסגור על ידי מיכל גז בלחץ נמוך; כאשר מקור הגז הטבעי מספיק, ניתן להשתמש בשסתום ויסות לחץ עצמי לוויסות לחץ אספקת האוויר, וניתן להשתמש בווסת לחץ דיאפרגמה חשמלית (מוגנת פיצוץ) לוויסות לחץ הפליטה.
03
טיפול בשפכי קידוח נפט
בדרך כלל, השילוב של חלקיקים מרחפים וחימר בשפכי קידוח הוא לרוב טעון שלילי. בשל אפקט השכבה החשמלית הכפולה, לשפכים לקידוח יש יציבות מסוימת ולא קל להפריד בין רכיבים שונים. לכן, שיטת הקרישה הכימית משמשת בעיקר לטיפול בשפכי קידוח.
שפכי קידוח נכנסים תחילה למיכל ויסות שפכים כדי להתאים את ערך ה-pH של מי השפכים כדי לשמור אותו בין 7.5 ל-8. השפכים המותאמים נכנסים לכור הציקלון הרב-שלבי ומגיבים עם חומר הקרישה. לאחר אפקט ערעור היציבות של נטרול חשמלי, נוצרים בהדרגה פקקים. בתגובה יש להוסיף חומר קרישה בכמויות מתאימות בהתאם למצב כדי לקדם יצירת חלקיקים גדולים יותר של אלום. קיבולת הטיפול בשפכים של כור הציקלון הרב-שלבי היא רצוי 6~8m{3/h. מי השפכים שטופלו על ידי כור הציקלון הרב-שלבי נכנסים למיכל שקיעת הלוח המשופע לצורך משקעים נוספים. אם נמצא שהמשקעים נעים עד לאזור הפלטה המשופעת במיכל, יש לעצור אותו מיד ולהתאים את ערך ה-pH של מי השפכים ולהוסיף את חומר הקרישה כדי להחזירו לקדמותו. הסופרנטנט לאחר הטיפול במיכל שקיעת הלוח המשופע הגיע בעצם לתקן הזרמת שפכים וניתן להזרים אותו או להיכנס למיכל איסוף המים למים תעשייתיים. נוזל הסיגים הנפלט מהחלק התחתון של מיכל שיקוע הצלחת המשופע נכנס למיכל ריכוז נוזל הסיגים. לאחר תקופה של ריכוז, הסופרנטנט נכנס למערכת הפריקה החיצונית או למערכת השימוש החוזר של מיכל שקיעת הלוח המשופע; הנוזל המרוכז נכנס למייבש הבוצה ויוצר סיגים יבשים למחצה עם תכולת מים של כ-80%. מרכיביו העיקריים הם חלקיקי סלע וחימר, שניתן ליצור ולערום.
04
טיפול בשפכים להפקת גז
שפכים להפקת גז יכולים להוביל ישירות לירידה או חוסר יציבות בהפקת הגז. לכן, הטיפול בשפכי הפקת גז הפך לאחד הנושאים המרכזיים העומדים בפני פיתוח שדות גז. השיטה המוקדמת של הזרקת שפכים להפקת גז לתצורה הוחלפה בהדרגה במסלול הטכני לטיפול והזרמה בשל מגבלות התנאים הגיאוגרפיים (מרחב היווצרות, חדירות, מדד הפקת מים וכו') ולחץ ראש הבאר וכן הזיהום. של מי תהום בהזרקה רדודה.
איכות המים של שפכים להפקת גז במפעל לייצור גז: נפח שפכי הפקת הגז Q של מכרה הגז הוא 2~5m3/h.
מכיוון שלאיכות המים הגולמיים יש מתכלות ביולוגית ירודה, לא ניתן לטפל בהם באופן ביוכימי ישירות, ודרישות הטיפול המקדים גבוהות, כך ששיטת ה- electro-flocculation משמשת לטיפול מקדים להסרת שמנים, מוצקים מרחפים ו-COD, ולאחר מכן מתבצע טיפול ביוכימי. . הטיפול הביוכימי המשני מאמץ את שיטת SBR. זרימת התהליך מוצגת באיור למטה.
לאחר הפעלת הפרויקט, תוצאות איכות מי הקולחין: שיעורי ההרחקה של שמנים, מוצקים מרחפים ו-COD הם כולם מעל 90%, ומגיעים לתקן ההזרמה המשני ב-GB8978-1996.
