CN102701347A - 油田采出水处理反应、沉降装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种油田采出水处理反应、沉降装置及采出水处理方法，包括反应器和沉降罐，反应器的出水口与沉降罐的进水口连接；反应器为立式全密闭的罐体，反应器内部分为多个独立的反应室，每个反应室的内部由分隔板分隔成两个子反应室，第一反应室下端设有进水管，进水管外侧连接加药管，第二反应室上端设有出水管，两个子反应室通过三通联通，沉降罐为立式常压储罐，分为6个区：缓冲区，沉降区，填料区，净化水区，污水区，污泥区。本发明油田采出水处理反应、沉降装置及采出水处理方法，将反应与沉降分为两个单元，化复杂结构为简单结构，各段设备功能单一，容易实现，方便现场管理和维修，并能使处理后净化水水质连续稳定达标。
Description
油田采出水处理反应、沉降装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种油田采出水处理装置和方法，属于油田采出水处理装置和技术领域。
背景技术
[0002] 石油开采过程中未经处理的原油含有大量的水。目前我国油田稀油区块原油含水平均达到70%，稠油区块原油含水已达到85%以上。从原油中分离出来的水质较复杂，一般情况下，矿化度比较高，从几千mg/1到几十万mg/1。有些区块采出水中还含有有毒有害物质，不经过处理无法排放。而且我国油田稀油区块主要采用注水开采方式，本身需要大量的水，原油处理过程中分离出的采出水经处理后再回注到油田是最佳选择。由于我国大部分油田是低渗透油田，对注入水水质要求较严格，采出水必须经过处理才能达到注水水质标准。目前油田采出水处理工艺流程主要分为重力流程和压力流程两大类，区别在于使用的处理装置不同。重力流程所使用的主要装置为敝口设施；压力流程所使用的主要装置为密闭设施。具体到某一工程中选用那种流程与所要处理的采出水水质、水量有关。一般情况下，水量较大时采用重力流程；采用的主要设备有重力除油罐、混凝沉降罐、旋流器、气源机等。矿化度高、腐蚀较严重采用压力流程，采用的主要设备有卧式压力粗粒化除油器、压力式斜板、沉降器等，近年来出现了大量多功能处理设备，如中国专利201010122385. 0和中国专利CN200610086197. 0公开的设备，虽然缩短了流程，但这些设施设备在实际运用过程中不能与实验室所筛选的药剂很好的结合，除油、悬浮物效率低，处理后的净化水水质不能连续稳定达标运行，操作和维护较麻烦。由于采出水处理的核心为混凝沉降部分，而目前各油田用于混凝沉降的装置或构筑物大都为一体化装置，处理后的净化水水质时好时坏，现场运行管理和维修较麻烦，无法满足油田生产的要求，有待改进。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了油田采出水处理反应、沉降装置及采出水处理方法，将反应与沉降分为两个单元，根据混凝沉降机理，使得整个处理过程连续、稳定，完成油、悬浮物、水分离，达到采出水处理净化后回用的目的，且便于运行管理和维护。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
油田采出水处理反应、沉降装置，包括反应器和沉降罐，反应器的出水口与沉降罐的进水口连接。
[0005] 反应器为立式全密闭的罐体，安放在裙座上，根据所加药剂品种的数量，反应器内部分为多个独立的反应室，每个反应室的内部由分隔板分隔成两个子反应室，即下部的第一反应室和上部第二反应室，两个子反应室侧面分别设有便于内部维修的人孔，第一反应室与第二反应室内壁上竖直方向各设数块立板，长度比子反应室高度略短。 [0006] 第一反应室下端设有进水管，进水管外侧连接加药管，位于第一反应室底端的下封头最底处设有放空管，裙座侧壁设有排污管。
[0007] 第二反应室上端 设有出水管，位于第二反应室上端的上封头处最顶处设有放气管，两个子反应室通过位于位于第二反应室内部下端的三通联通，三通位于分隔板边缘，一个通道穿过隔板伸向第一反应室作为第一反应室的出水管，另一个通道位于第二反应室作为第二反应室的进水管，第三个通道伸出第二反应室壁外作为加药管。
[0008] 沉降罐为立式常压储罐，罐体立壁上设有三个便于罐体内部维护的人孔，方便罐清洗时，排出底部污泥。罐顶设有透光孔和人孔，与大气相通的通气管，保证罐内压力为常压。
[0009] 罐体立壁底部设有清扫口，罐体内部底端设置有强制排泥装置。
[0010] 强制排泥装置上方设有伞形布水板，伞形布水板顶部固定在设置于沉降罐内部中心的竖立的中心立柱上。伞形布水板上方设置有配水管，配水管顶部密封、底部敞口，固定于中心立柱上，从沉降罐外部穿入的进水管切向进入配水管内部。配水管上方设置有填料装置，填料装置直径与与沉降罐内径相同，填料装置内部放置有填料，填料装置上下分别设有排泥装置。填料装置上方设置有集水装置，集水装置通过竖立的出水立管固定于沉降罐内，出水立管连接出水管，出水管伸出沉降罐罐外。出水管上方设置有收油槽，收油槽位于沉降罐内壁圆周，上端开口，下端连接收油管，收油管伸出沉降罐外。
[0011] 进一步的，第一反应室下端进水管与第二反应室的进水管均为切向进入罐内，末端收口或安装一大小头。
[0012] 进一步的，沉降罐罐内底部设置的强制排泥装置包括排泥器、排泥管以及反冲洗管，排泥管以及反冲洗管连接至罐体外部。
[0013] 进一步的，伞形布水板、配水管及集水管的横向尺寸均小于沉降罐内径。
[0014] 进一步的，填料装置内部放置的填料为比重略小于水的耐腐蚀颗粒状小球，或填装蜂窝斜板。
[0015] 进一步的，集水装置可为环形穿孔集水管或均匀设置的4个集水喇叭的任意一种，由十字交叉的集水管与出水立管连接。
[0016] 反应室内增加立板和进水管末端设计为缩口喷嘴是为了增加反应强度。反应器的进水在下端，出水在上端，水流方向向上，水的自身重力向下，使得加入的药剂与油田采出水能充分混合。
[0017] 反应器与沉降罐之间由连通管连接。与反应器出水管相连的进水管切向进入缓冲区的配水管，可以使完成加药反应后的油田采出水在进入沉降区前能量有一个缓慢释放的过程，形成一个速度梯度，有利于整体形成、聚集。填料区内的填料是颗料状耐腐蚀小球，小球制造材料比重比水稍轻；填料也可以是蜂窝斜板，填料区的上、下都设有排泥器。净化水区设有环形穿孔集水管或若干个集水喇叭口，用于净化水的吸集。沉降罐还设有污泥和污油两个辅助区。下部污泥区设有强制排泥的排泥器，上部浮油区设有环形收油槽。
[0018] 一种使用油田采出水处理反应、沉降装置的油田采出水处理方法，经过重力除油罐初步处理的油田采出水，通过泵提升至反应器，在泵前和泵后加入经实验室筛选好的第一种药剂，药剂在进入本反应器前的管道内与经过预处理的油田采出水充分混合；在反应器第一反应室的进水管处加入第二种药剂，第二种药剂在反应器的第一反应室内与加入了第一种药剂的油田采出水充分混合，在进入第二反应室内与加入了第一、二种药剂的油田采出水充分混合反应；与药剂完全混合反应后的油田采出水通过管道进入沉降罐。罐的内部根据水流方向和功能保证分为6个区：缓冲区，沉降区，填料区，净化水区，污水区，污泥区。6个区自下到上的顺序为：污泥区、沉降区、缓冲区、填料区、净化水区和污油区。
[0019] 油田采出水进入缓冲区后向下进入沉降区沉降，再向上进入填料区进一步对油田采出水进行分离净化，最后形成净化水及上层的污油、下层的污泥，净化水通过集水装置和出水管流出沉降罐。
[0020] 进一步的，第一、二反应室的大小根据药剂的反应时间和强度确定。
[0021] 本发明油田采出水处理反应、沉降装置及采出水处理方法，将反应与沉降分为两个单元，化复杂结构为简单结构，各段设备功能单一，容易实现，方便现场管理和维修，并能使处理后净化水水质连续稳定达标。根据混凝沉降机理，结合实验室所筛选药剂的参数，满足采出水处理过程中多种药剂反应时间，强度的要求，将实验室提出的水处理模型转化为 工业化生产装置，使得整个处理过程连续、稳定，完成油、悬浮物、水分离达到采出水处理净化后回用的目的。
附图说明
[0022] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图I是反应器的结构示意图；
图2是沉降罐的结构示意图。
[0023] 图中，1-1筒体，1-2第一反应室，1-3立板，1-4隔板，1-5加药管，1_6三通，1-7立板，1-8第二反应室，1-9上封头，1-10放气管，1-11出水管，1-12立板，1-13人孔，1-14立板，1-15人孔，1-16进水管，1-17下封头，1-18排污管，1-19放空管，1-20裙座。
[0024] 2-1罐体，2-2排泥管，2-3反冲洗管，2_4排泥器，2_5中心立柱，2_6伞形布水板，2-7进水管，2-8配水管，2-9排泥器，2-10填料，2_11排泥器，2_12集水管，2_13出水立管，2-14出水管，2-15收油管，2-16透光孔，2-17通气管，2_18人孔，2_19收油槽，2-20、2-21、2-22 人孔，2-23 清扫口。
[0025] I污油区，2净化水区，3填料区，4缓冲区，5沉降区，6污泥区。
具体实施方式
[0026] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027] 如图I、图2所示，油田采出水处理反应、沉降装置，其特征在于：包括反应器和沉降罐，反应器的出水口与沉降罐的进水口连接。
[0028] 反应器为立式全密闭的罐体1-1，安放在裙座1-20上，反应器内部分为多个独立的反应室，每个反应室的内部由分隔板1-4分隔成两个子反应室，即下部的第一反应室1-2和上部第二反应室1-8，两个子反应室侧面分别设有便于内部维修的人孔1-13、1-15，第一反应室与第二反应室内壁上竖直方向各设4块立板，长度比子反应室高度略短；
第一反应室1-2下端设有进水管1-16，进水管外侧连接加药管，位于第一反应室底端的下封头1-17最底处设有放空管1-19，裙座侧壁设有排污管1-18。
[0029] 第二反应室上端设有出水管1-11，位于第二反应室上端的上封头1-9处最顶处设有放气管1-10，两个子反应室通过位于位于第二反应室内部下端的三通1-6联通，三通位于分隔板1-4边缘，一个通道穿过隔板伸向第一反应室作为第一反应室的出水管，另一个通道位于第二反应室作为第二反应室的进水管，第三个通道伸出第二反应室壁外作为加药管 1-5 ；
第一反应室1-2下端进水管1-16与第二反应室的进水管均为切向进入罐内，末端收口或安装一大小头。
[0030] 经过重力除油罐初步处理的油田采出水，通过泵提升至反应器，在泵前和泵后加入经实验室筛选好的第一种药剂，药剂在进入本反应器前的管道内与经过预处理的油田采出水充分混合；在反应器第一反应室的进水管处加入第二种药剂，第二种药剂在反应器的第一反应室内与加入了第一种药剂的油田采出水充分混合，在进入第二反应室内与加入了第一、二种药剂的油田采出水充分混合反应。
[0031] 沉降罐为立式常压储罐，罐的内部根据水流方向和功能保证分为6个区：缓冲区，沉降区，填料区，净化水区，污水区，污泥区。6个区自下到上的顺序为：污泥区、沉降区、缓冲区、填料区、净化水区和污油区。
[0032] 罐体立壁上设有2-20、2-21、2_22三个便于罐体内部维护的人孔，方便罐清洗时，排出底部污泥。罐顶设有透光孔2-16和人孔2-18，与大气相通的通气管2-17，保证罐内压力为常压。
[0033] 一、污泥区：罐体立壁底部设有清扫口 2-23，罐体内部底端设置有强制排泥装置。包括排泥器2-4、排泥管2-2以及反冲洗管2-3，排泥管以及反冲洗管连接至罐体外部。
[0034] 二、缓冲区：缓冲区由配水管2-8和伞形布水板2-6组成。伞形布水板2_6位于强制排泥装置上方，伞形布水板顶部固定在设置于沉降罐内部中心的竖立的中心立柱2-5上，
伞形布水板上方设置有配水管2-8，配水管顶部密封、底部敞口，固定于中心立柱上，伞形布水板、配水管的横向尺寸均小于沉降罐内径。
[0035] 从沉降罐外部穿入的进水管2-7切向进入配水管内部，进水管切向进入缓冲区的配水管，可以使完成加药反应后的油田采出水在进入沉降区前能量有一个缓慢释放的过程，形成一个速度梯度，有利于整体形成、聚集。
[0036] 进水管2-7切向进入配水管2-8，使水流缓慢旋转起来，并使水流速度减缓，这样有利于悬浮物的聚集，伞形布水板2-6将水流导向罐壁，防止对污泥区的污泥造成冲击。
[0037] 三、沉降区：经过缓冲器的装置进行缓冲，油田采出水先向下运动，进入沉降区后，聚凝后的悬浮物由于自身的重力和惯性继续向下沉淀，达到油田采出水与悬浮物初步分离的目的。油田采出水中的部分污物逐渐沉降，进入污泥区。
[0038] 四、填料区：配水管上方设置有填料装置，填料装置直径与与沉降罐内径相同，填料装置内部放置有填料2-10,填料为比重略小于水的耐腐蚀颗粒状小球,或填装蜂窝斜板。填料装置上下分别设有排泥器2-9和排泥器2-11。
[0039] 由于出水口在沉降罐的上方，所以水流方向是向上的，细小悬浮物、破乳后的油珠与水流共同缓慢向上运行，通过填料区时，有部分悬浮物被拦截下来。经过一段时间运行，在填料区的下方会形成一层悬浮污泥层，该污泥层有一定的化学活性，油田采出水通过污泥层时，部分在沉降区未沉降下来的悬浮物被网捕、吸附，当污泥层的厚度达到一定程度时，有一些污泥会因自身重力沉降下来。还可根据现场运行情况，当污泥厚度超过一定程度，影响到出水水质时，通过排泥器2-9不定时地排出一部分污泥。
[0040] 五、净化水区：填料装置上方设置有集水装置，集水装置为环形穿孔集水管或均匀设置的4个集水喇叭的任意一种，由十字交叉的集水管2-12与出水立管2-13连接。通过竖立的出水立管固定于沉降罐内，出水立管连接出水管2-14，出水管伸出沉降罐罐外。
[0041] 通过填料区后，净化水和油珠继续缓慢向上运行，油田采出水基本得到已净化，已可称为净化水。在净化水区；净化水通过集水管收集排出，进入下段缓冲罐。净化水中残留的微量细小悬浮物进一步沉淀，运行一段时间后在净化水区的下部、填料区的上部也形成 一层污泥层，同上述污泥层一样，该污泥层同样对悬浮物细小颗粒有去除作用。可根据现场运行情况，当污泥厚度超过一定程度，影响到出水水质时，通过排泥器2-11不定时地排出一部分污泥。
[0042] 集水装置由十字交叉的集水管2-12与出水立管2-13连接，这样可以使净化水缓慢排出，出水立管2-13的作用是为了使集水管2-12深入净化水区中，与上方的污油区有一定距离，保证出水质量。
[0043] 六、污油区：污油区设有环形收油槽和收油管，收油槽2-19位于出水管上方，固定在沉降罐内壁圆周，上端开口，下端连接收油管2-15，收油管伸出沉降罐外。当污油厚度达到一定值时，开启外部收油管的阀门，回收污油。
油田采出水在向上运动和通过填料区的过程中，油珠不断碰撞增大，上浮速度也随之增大。通过集水管时，油珠上浮的速度大于净化水进入集水管的速度时，会继续上浮至污油区，达到一定厚度，定期通过收油槽和收油管排出。
[0044] 一种使用上述装置的油田采出水处理方法，经过重力除油罐初步处理的油田采出水，通过泵提升至反应器，在泵前和泵后加入经实验室筛选好的第一种药剂，药剂在进入本反应器前的管道内与经过预处理的油田采出水充分混合；在反应器第一反应室的进水管处加入第二种药剂，第二种药剂在反应器的第一反应室内与加入了第一种药剂的油田采出水充分混合，在进入第二反应室内与加入了第一、二种药剂的油田采出水充分混合反应；与药剂完全混合反应后的油田采出水通过管道进入沉降罐的缓冲区后向下进入沉降区沉降，再向上进入填料区进一步对油田采出水进行分离净化，最后形成净化水及上层的污油，净化水并通过集水装置和出水管流出沉降罐。
[0045] 其中，第一、二反应室的大小根据药剂的反应时间和强度确定。
[0046] 以下为采用本发明所述装置和方法的实例：
I、某油田稠油区块采出水，
水温（50°C〜55°C)，矿化度（3270mg/l)
55°C〜60°C 2980 mg/1
Ca2+ (220 mg/1), Cl ' (820 mg/1)
180 mg/1, 790 mg/1
进入本装置时，来水含油（100〜500)mg/l，悬浮物（60〜270mg/l)
100 〜500mg/l, 70 〜200mg/l经过本装置处理后的出水含油小于2. O mg/1，悬浮物小于10 mg/1。
[0047] 2、某油田稀油区块采出水，
水温（25°C〜30°C)，矿化度（12320mg/l)
18°C 〜22°C 7320 mg/1
Ca2+ (1780 mg/1), Cl ' (8670 mg/1)
360 mg/1, 4550 mg/1 进入本装置时，来水含油（40〜200)mg/l，悬浮物（30〜250mg/l)
30 〜150mg/l, 50 〜200mg/l
经过本装置处理后的出水含油小于2. 0 mg/1，悬浮物小于10 mg/1。
[0048] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.油田采出水处理反应、沉降装置，其特征在于：包括反应器和沉降罐，反应器的出水口与沉降罐的进水口连接； 反应器为立式全密闭的罐体，安放在裙座上，反应器内部分为多个独立的反应室，每个反应室的内部由分隔板分隔成两个子反应室，即下部的第一反应室和上部第二反应室，两个子反应室侧面分别设有便于内部维修的人孔，第一反应室与第二反应室内壁上竖直方向各设数块立板，长度比子反应室高度略短； 第一反应室下端设有进水管，进水管外侧连接加药管，位于第一反应室底端的下封头最底处设有放空管，裙座侧壁设有排污管， 第二反应室上端设有出水管，位于第二反应室上端的上封头处最顶处设有放气管，两个子反应室通过位于位于第二反应室内部下端的三通联通，三通位于分隔板边缘，一个通道穿过隔板伸向第一反应室作为第一反应室的出水管，另一个通道位于第二反应室作为第 二反应室的进水管，第三个通道伸出第二反应室壁外作为加药管； 沉降罐为立式常压储罐，罐体立壁上设有三个便于罐体内部维护的人孔，罐顶设有透光孔和人孔，与大气相通的通气管； 罐体立壁底部设有清扫口， 罐体内部底端设置有强制排泥装置， 强制排泥装置上方设有伞形布水板，伞形布水板顶部固定在设置于沉降罐内部中心的竖立的中心立柱上， 伞形布水板上方设置有配水管，配水管顶部密封、底部敞口，固定于中心立柱上，从沉降罐外部穿入的进水管切向进入配水管内部， 配水管上方设置有填料装置，填料装置直径与与沉降罐内径相同，填料装置内部放置有填料，填料装置上下分别设有排泥装置； 填料装置上方设置有集水装置，集水装置通过竖立的出水立管固定于沉降罐内，出水立管连接出水管，出水管伸出沉降罐罐外； 出水管上方设置有收油槽，收油槽位于沉降罐内壁圆周，上端开口，下端连接收油管，收油管伸出沉降罐外。
2.根据权利要求I所述的油田采出水处理反应、沉降装置，其特征在于：第一反应室下端进水管与第二反应室的进水管均为切向进入罐内，末端收口或安装一大小头。
3.根据权利要求I所述的油田采出水处理反应、沉降装置，其特征在于：沉降罐罐内底部设置的强制排泥装置包括排泥器、排泥管以及反冲洗管，排泥管以及反冲洗管连接至罐体外部。
4.根据权利要求I所述的油田采出水处理反应、沉降装置，其特征在于：伞形布水板、配水管及集水管的横向尺寸均小于沉降罐内径。
5.根据权利要求I所述的油田采出水处理反应、沉降装置，其特征在于：填料装置内部放置的填料为比重略小于水的耐腐蚀颗粒状小球，或填装蜂窝斜板。
6.根据权利要求I所述的油田采出水处理反应、沉降装置，其特征在于：集水装置可为环形穿孔集水管或均匀设置的4个集水喇叭的任意一种，由十字交叉的集水管与出水立管连接。
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