油田采出水与市政污水协同处理回注技术研究：降垢增效与资源化利用新策略

为解决油田注水开发中高矿化度采出水(C6-PW)回注结垢与市政污水(MW)资源化难题，西安石油大学团队创新性提出5:5体积比混合协同处理工艺，通过氧化-除硬-絮凝-过滤-脱氧多级联用技术，使处理后水质达到SY/T 5329-2022标准（SS<8 mg/L，OC<4 mg/L），结垢量降低64%，储层伤害率(RDR)<20%，较传统工艺节约成本0.189 USD/m3，为油田可持续开发提供双赢方案。

　　

在油田开发的中后期阶段，采出液含水率普遍超过85%，注水开发成为维持地层压力和提升采收率的关键手段。然而传统采出水回注面临两大痛点：一方面高矿化度采出水易导致CaCO₃、CaSO₄等矿物结垢，堵塞储层孔喉；另一方面市政污水处理厂出水虽达标却利用率不足20%，造成水资源巨大浪费。更棘手的是，两种水质混合会因离子协同效应加剧结垢趋势——采出水中Ca²⁺浓度高达4168.32 mg/L，是市政污水的65.5倍，而市政污水富含HCO₃^-和SO₄^2-，混合后离子活度积(K)远超溶度积(K_sp)，形成"结垢炸弹"。

西安石油大学石油工程学院Hu Haijie团队在《Dermatologic Clinics》发表的研究中，开创性地提出"先混合后处理"新范式。研究人员采集延安子长油田Chang-6地层采出水与当地污水处理厂出水，通过系统实验筛选出5:5最优混合比，建立包含氧化（100 mg/L NaClO）、双碱法除硬（Na₂CO₃-NaOH）、絮凝（PAC-PAM）、三级过滤和化学脱氧（Na₂SO₃）的阶梯式处理工艺，并采用岩心驱替实验评估储层适应性。

3.1 水质分析与配伍性

水质检测显示C6-PW中Ca²⁺/Mg²⁺分别达4168.32/753.61 mg/L，MW则含439.34 mg/L HCO₃^-。当混合比为5:5时，K_CaCO3/K_SP比值高达4.76×10⁴，XRD证实CaCO₃是主要垢型（图3），但直接混合处理使结垢量较分别处理再混合降低64%。

3.4 直接混合处理工艺

氧化阶段优选NaClO而非H₂O₂，因其在pH中性条件下可同步实现破乳（OC降至0.65 mg/L）和硫化物氧化；双碱法在4000 mg/L剂量下使Ca²⁺去除率达98.08%，生成的CaCO₃沉淀作为絮凝核提升沉降效率；优化后的PAC-PAM体系（200+8 mg/L）使SS降至7.5 mg/L，透光率(LT)达98.2%。

3.6 水质稳定性

对比实验显示直接混合处理水样静置48h后钙损失率(CLR)仅5.81%，远低于分别处理再混合的11.33%；平均腐蚀速率(ACR)0.011 mm/a，满足SY/T 5329-2022≤0.076 mm/a要求。

3.7 储层伤害评估

岩心流动实验表明处理水注入后RDR为14.62%，SEM显示孔喉中仅存在非晶态沉积膜（图10），显著优于未处理采出水造成的结构破坏。20 m³/h规模现场试验证实系统可稳定运行，出水SA<12 mg/L。

该研究突破传统"分而治之"的处理思路，通过离子平衡调控和阶梯式工艺设计，既解决采出水结垢难题，又实现市政污水资源化。较单独处理采出水方案节约成本0.189 USD/m³，按500 m³/d处理规模计算，年经济效益达3.45万美元。更深远的意义在于，为"以废治废"的环保理念提供了可复制的技术模板，特别适用于我国鄂尔多斯盆地等低渗透油田的注水开发。研究揭示的Ca²⁺-HCO₃^-协同结垢机制，也为其他高盐废水混输处理提供了理论依据。