CN100548907C - 三元复合驱采出污水气浮除硅降低悬浮物一体化处理工艺 - Google Patents

Abstract

一种三元复合驱采出污水气浮除硅降低悬浮物一体化处理工艺，应用于油田三次采油三元复合驱污水处理。特征是：处理工艺采用气浮和两级纤维球(束)过滤。将pH调节剂和除硅剂同时加入到气浮装置中，将除硅和去除悬浮物在气浮装置内同时进行，以适应油田三元复合驱采出水悬浮物浓度高，硅含量高的特点，从而达到提高去除效果，减少工艺步骤的技术效果。效果是：按本发明工艺方法，能高效率除硅降低悬浮物，处理后水中悬浮物含量小于20mg/L，达到油田回注水的要求。设备流程简单，工艺运行易于管理和操作的特点，对于油田三元复合驱污水再利用，节约水资源，保护油田环境具有很大的经济和社会效益。

Description

三元复合驱采出污水气浮除硅降低悬浮物一体化处理工艺

技术领域

本发明涉及油田采油技术领域，特别涉及一种油田三次采油污水处理方法，是一种三元复合驱采出液分离出来的含油污水处理方法。

技术背景

三元复合驱是油田三次采油技术之一。三元复合驱是继聚合物驱油技术后，又一项提高原油采收率的新技术。三元复合驱与水驱比具有能将采收率提高20％的技术效果。三元复合驱技术已逐渐成为油田可持续发展的关键技术之一。

三元复合驱(ASP)是向注入水井中注入按一定比例添加工业碱(alkaline)、表面活性剂(surfactant)和聚合物(polymer)的水，以达到调整吸水剖面，提高洗油效率的联合驱油技术。

三元复合驱具有很好的乳化和降低界面张力作用，但同时也造成原油采出液组成复杂。正常开采的原油采出液主要为油外相乳化液，使用常规的非离子型破乳剂即可使油水分离，使用电脱不会受到影响；而采用三元复合驱提高采收率，原油采出液会形成W/O、O/W、W/O/W等多层的乳化液。这种乳化液十分稳定，给破乳脱水带来难度，其中影响最严重的成分是表面活性剂-非离子型乳化剂(如OP-10、平平加等)、阴离子表活剂(石油磺酸盐类)，其次为碱。为了降低界面张力，三元复合驱配方中需要加入大量的Na₂CO₃或NaOH等。个别的三元复合驱中加入硅酸盐类物质来降低成本或降低界面张力，这样使采出液的破乳及后续的污水处理更加困难。

由于在注入水中加入强碱，在地层中岩石矿物被溶蚀析出，造成污水中硅含量大大增加，三元复合驱污水中含硅量增加的原因是：油层中岩石主要成分为：长石、石英、岩屑及粘土矿物等，粘土矿物主要以伊利石、绿泥石、高岭石、蒙脱石为主。

这些矿物主要化学成分以硅铝酸盐为主，其化学组成是：

长石：K[AlSi₃O₈]+Ca[Al₂Si₂O₈]；

石英：SiO₂；

伊利石：(K，H₃O⁺)(Al，Mg，Fe)₂[(Si，Al)₄O₁₀](OH)₂；

绿泥石：Y₃[Z₄O₁₀](OH)₂+Y₃(OH)₆，其中Y为Mg、Al、Fe，Z为Si和Al；

高岭石：Al₄[SiO₄](OH)₈；

蒙脱石：(Na，Ca)_m(Al，Mg，Fe)₂[(Si，Al)₄O₁₀](OH)₂·nH₂O

在三元复合驱强碱体系中，NaOH与地下岩石矿物发生如下反应：

长石：

K[AlSi₃O₈]+Ca[Al₂Si₂O₈]+OH^-→Al(OH)₃↓+K⁺+Ca²⁺+SiO₃ ^2-

石英：

SiO₂+2OH-→SiO₃ ^2-+H₂O

粘土矿物与NaOH发生的化学反应与长石基本相同。

由以上碱与地层岩石矿物的化学反应，均溶蚀出大量SiO₃ ^2-，从而造成三元复合驱采出水中硅含量的增加。

胶体硅的形成：溶蚀出的硅在pH值大于8的情况下，硅酸会缓慢生成二缩体，二缩体一旦形成，立即生成三缩体；随后会生成四缩体和五缩体，六缩体形成时开始出现侧基反应，形成异构体并发生交联，导致胶体硅的形成。胶体硅粒径较小，为0.001微米～1微米。这种胶体硅在水中非常稳定。由于胶体硅的形成，造成三元复合驱污水悬浮物的严重超标。这些胶体粒子可以通过滤纸和普通石英砂滤料，但不能通过半透膜。因此，只有除掉污水中的胶体硅，才能解决污水悬浮物严重超标的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决三元复合驱采出液含油污水处理问题而提供的一种三元复合驱采出污水气浮除硅降低悬浮物一体化处理工艺。通过本工艺处理，可将三元复合驱采出污水中形成的胶体硅去除以达到降低水中悬浮物的目的。经使用本专利所提供的工艺和药剂可使三元复合驱采出水中悬浮物含量≤20mg/L。

本专利胶体硅的聚沉原理：胶体的“稳定”是有条件的，一旦稳定条件被破坏，溶胶中的粒子就会从介质中沉出，这种现象成为胶体的聚沉。影响溶胶聚沉的因素很多，如加入电解质、加热、辐射以及溶胶本身的一些因素都可以影响溶胶的聚沉。其中加入电解质对胶体溶液的聚沉影响最大。在油田的现场试验中，采用加入电解质MgCl₂聚沉胶体硅，取得了很好的效果。胶体硅表面带负电，MgCl₂加入胶体硅溶液中后，带正电荷的Mg²⁺离子将硅胶表面的负离子压缩到吸附层，从而减小了胶粒的带电量，使硅胶表面Zeta电位降低；当Mg²⁺离子浓度达到某一定数值时，扩散层中的阴离子全部被压入吸附层内，硅胶粒处于等电状态，Zeta电位为零，这时胶体硅最容易聚沉。如果加入的Mg²⁺离子过量，则不仅扩散层阴离子全部进入吸附层，而且一部分Mg²⁺离子也因被硅胶粒强烈地吸引而进入吸附层，这时硅胶粒又重新带电，但电性和原来的相反，这种现象称为“再带电”。显然再带电的结果使Zeta电位反号。整个过程参阅图1、图2、图3示意图。

在研究过程中，关键是找到等电状态的Mg²⁺加量，确定最佳加药浓度。电解质对溶胶稳定性的影响不仅取决于其浓度，还与离子价有关系。在相同浓度时，离子价越高，聚沉能力越大，聚沉值越小。所谓聚沉值是指，能引起某一溶胶发生明显聚沉所需外加电解质的最小浓度(mmol/L)。电解质的聚沉值r_c有如下关系式：

${\mathrm{\γ}}_c=c\frac{D^3{\left(\mathrm{KT}\right)}^5}{A^2{e}^6{Z}^6}$

式中，C为与电解质阴阳离子性质有关的常数；D为介质的介电常数；K为Boltzmann常数；T为绝对温度；A为Van Der Waals引力常数；e为单位电荷；Z为反离子价数。可见，在其他条件相同时，电解质的聚沉值反比于Z⁶。即二价阳离子的聚沉值要远远小于一价离子。因此选用二价镁离子作为聚沉电解质。在聚沉值浓度加量下，辅以高分子聚合物的架桥作用，胶体硅会很快聚沉。

本发明是通过以下工艺流程实现的：

本发明工艺中采用的主要设备为YF一元化气浮装置和纤维球过滤器或纤维束过滤器。以上两种装置均由无锡江南水处理设备厂生产，元化气浮装置型号为YF型；YF一元化气浮装置有四个部分组成：加药絮凝部分、回流水溶气释放部分、气浮部分和电器控制部分。纤维球过滤器型号是JL型，纤维束过滤器的型号为JXNS型。

本发明采用的三元复合驱采出污水除硅降低悬浮物处理剂包括pH调节剂、除硅剂。

所述的pH调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾；pH调节剂的加量为2000～10000mg/L，pH调节范围在10～13之间。

所述的除硅剂为金属镁盐。金属镁盐为氯化镁或硫酸镁，加量为10～300mg/L。

本发明的工艺过程为：

A、三元复合驱采出液经破乳工艺后，脱出的含油污水首先进入调节池1自然沉降，在调节池1与污水泵3之间的管线上安装有加药装置2，通过加药装置2往污水内按比例加入三元复合驱采出污水除硅降低悬浮物处理剂。pH调节范围在10～13之间。

B、污水与三元复合驱采出污水除硅降低悬浮物处理剂混合后由污水泵3送到折板凝聚池4。污水与三元复合驱采出污水除硅降低悬浮物处理剂通过污水泵3的叶轮旋转而得到充分的混和，然后从折板凝聚池4底部进入气浮池7内。在气浮池7内，污水得到充分的凝聚。

C、气浮：在气浮池7中，由溶气罐中的溶气水在进水管口下部由溶气释放器瞬时减压，使溶解于水中的空气由突然减压而释放出大量微气泡，微气泡在上升过程中遇到污水中已经聚凝的悬浮物，微气泡附着在悬浮物上，使这很快上浮，这样污水中处理掉的悬浮物全部浮于水面，然后通过气浮池7上部的刮沫机6把悬浮物刮入排到污泥池9中，并从污泥池9排出。清水从池底部进入溶气水存放池8，并排出。

D、回流水溶气释放：使空压机12的压缩空气与处理后通过水泵加压的回流水在溶气罐11中充分混合溶解，形成溶气水。溶气罐11的工作压力一般为2～3.5kg/cm²。

E、排出水通过水泵13输送到纤维球过滤器14和纤维束过滤器15过滤。过滤后的水中悬浮物含量小于20mg/L，达到油田回注水的要求。

本发明的有益效果是：采用三元复合驱采出污水除硅降低悬浮物工艺及处理剂处理污水，具有除硅降低悬浮物效率高，处理后水中悬浮物含量小于20mg/L，达到油田回注水的要求。设备流程简单，工艺运行易于管理和操作的特点，对于油田三元复合驱污水再利用，节约水资源，保护油田环境具有很大的经济和社会效益。

附图说明

图1是带负电的硅胶粒示意图，Zeta电位＜0

图2是等电状态示意图，Zeta电位＝0

图3是由于Mg2+加量过大，致使硅胶粒再带正电示意图，Zeta电位＞0

图4为污水处理工艺流程示意图。

1-调节池；2-加药装置；3-污水泵；4-折板凝聚池；5-释放器；6-刮沫机；7-气浮池；8-溶气水存放池；9-污泥池；10-溶气水泵；11-溶气罐；12-空压机；13-水泵；14-纤维球过滤器；15-纤维束过滤器。

具体实施方式

实施例1：

气浮加药絮凝部分所加入的污水除硅降低悬浮物处理剂中，pH调节剂是氢氧化钾，加入的除硅剂是硫酸镁。

参阅图4。三元复合驱污水通过污水泵从调节池1进入折板凝聚池4，流量为10m³/h，通过加药装置2均匀加入氢氧化钾5000mg/L，调节污水pH值为12.5；均匀加入硫酸镁的量为50mg/L。加药后的水进入气浮池7，去除硅及其他机械杂质形成的絮体随气泡上浮，通过刮沫机6刮走进入污泥池9。清水通过底部排出进入过滤处理单元。过滤器为两台串联的纤维球过滤器14和纤维束过滤器15，处理流量为10m³/h。经以上工艺处理后，得到表1的结果：

实施例1试验结果    表1

实施例1的工艺过程为：

A、三元复合驱采出液经破乳工艺后，脱出的含油污水首先进入调节池1自然沉降，在调节池1与污水泵3之间的管线上安装有加药装置2，通过加药装置2往污水内按比例加入三元复合驱采出污水除硅降低悬浮物处理剂。pH调节到12.5。

B、污水与三元复合驱采出污水除硅降低悬浮物处理剂混合后由污水泵3送到折板凝聚池4。污水与三元复合驱采出污水除硅降低悬浮物处理剂通过污水泵3的叶轮旋转而得到充分的混和，然后从折板凝聚池4底部进入气浮池7内。在气浮池7内，污水得到充分的凝聚。

C、气浮：在气浮池7中，由溶气罐11中的溶气水在进水管口下部由溶气释放器瞬时减压，使溶解于水中的空气由突然减压而释放出大量微气泡，微气泡在上升过程中遇到污水中已经聚凝的悬浮物，微气泡附着在悬浮物上，使这很快上浮，这样污水中处理掉的悬浮物全部浮于水面，然后通过气浮池7上部的刮沫机6把悬浮物刮入排到污泥池9中，并从污泥池9排出。清水从池底部进入溶气水存放池8，并排出。

D、回流水溶气释放：使空压机12的压缩空气与处理后通过水泵加压的回流水在溶气罐11中充分混合溶解，形成溶气水。溶气罐11的工作压力为3kg/cm²。

E、排出水通过水泵13输送到纤维球过滤器14和纤维束过滤器15过滤。过滤后的水中悬浮物含量小于20mg/L，达到油田回注水的要求。

F、使用的设备是YF一元化气浮装置，纤维球过滤器14型号是JL型，纤维束过滤器15的型号为JXNS型。

实施例2：

气浮加药絮凝部分所加入的pH调节剂是氢氧化钠，加入的除硅剂是氯化镁。

参阅图4。三元复合驱污水通过污水泵3从调节池1进入折板凝聚池4，流量为1m³/h，通过加药装置加入3000mg/L氢氧化钠，调节来水pH值为12.2。氯化镁的加入量50mg/L。加药后的水进入气浮池7，去除硅及其他机械杂质形成的絮体随气泡上浮，通过刮沫机6刮走进入污泥池9。清水通过底部排出进入过滤处理单元。一级过滤器为纤维球过滤器14，二级过滤器为纤维束过滤器15。处理流量为10m³/h。经以上工艺处理后，得到表2的结果：

实施例2试验结果    表2

实施例3、4、5和6见下表。

	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
					pH调节剂mg/L	氢氧化钾3000	氢氧化钾2000	氢氧化钠3000	氢氧化钠2000
除硅剂mg/L	氯化镁100	氯化镁50	硫酸镁100	硫酸镁50
					pH值	12	12	12	12
二级过滤出水含油量mg/L	0	0	0	0
					二级过滤出水悬浮物含量mg/L	12	13	6.8	8.0

实施例3、4、5和6的实施工艺方法与实施例1相同。

Claims (2)

1、一种三元复合驱采出污水气浮除硅降低悬浮物一体化处理工艺，其特征在于：所述工艺流程为

A、三元复合驱采出液经破乳工艺后，脱出的含油污水首先进入调节池(1)自然沉降，在调节池(1)与污水泵(3)之间的管线上安装有加药装置(2)，通过加药装置(2)往污水内按比例加入三元复合驱采出污水除硅降低悬浮物处理剂，pH调节范围在10～13之间；

B、污水与三元复合驱采出污水除硅降低悬浮物处理剂混合后由污水泵(3)送到折板凝聚池(4)，污水与三元复合驱采出污水除硅降低悬浮物处理剂通过污水泵(3)的叶轮旋转而得到充分的混和，然后从折板凝聚池(4)底部进入气浮池(7)内，在气浮池(7)内，污水得到充分的凝聚；

C、气浮：在气浮池(7)中，由溶气罐中的溶气水在进水管口下部由溶气释放器瞬时减压，使溶解于水中的空气由突然减压而释放出大量微气泡，微气泡在上升过程中遇到污水中已经聚凝的悬浮物，微气泡附着在悬浮物上，使这很快上浮，这样污水中处理掉的悬浮物全部浮于水面，然后通过气浮池(7)上部的刮沫机(6)把悬浮物刮入排到污泥池(9)中，并从污泥池(9)排出，清水从池底部进入溶气水存放池(8)，并排出；

D、回流水溶气释放：使空压机(12)的压缩空气与处理后通过水泵加压的回流水在溶气罐(11)中充分混合溶解，形成溶气水，溶气罐(11)的工作压力一般为2～3.5kg/cm²；

E、排出水通过水泵(13)输送到纤维球过滤器(14)和纤维束过滤器(15)过滤，过滤后的水中悬浮物含量小于20mg/L；

所使用的三元复合驱采出污水除硅降低悬浮物处理剂中包括：pH调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾，pH调节剂的加量为2000mg/L～10000mg/L，pH调节范围为10～13；除硅剂为氯化镁或硫酸镁，除硅剂的加量为10mg/L～300mg/L。

2、根据权利要求1所述的三元复合驱采出污水气浮除硅降低悬浮物一体化处理工艺，其特征是：使用的设备是YF一元化气浮装置，纤维球过滤器(14)型号是JL型，纤维束过滤器(15)的型号为JXNS型。

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