CN102849908A - 油田含砂油泥的超声处理方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了油田含砂油泥的超声处理方法及设备。分离方法包括以下步骤：1）含砂油泥的超声调质；2）液固分离；3）油水分离。超声设备包括筒体、超声发生器、设置在超声发生器内的超声控制器和与超声发生器相匹配的超声换能器，超声换能器呈阵列，均匀分布在筒体的两端，筒体的顶部和底部分别设置有进料口和出料口，进料方向与超声发射方向垂直。本发明采用超声作用和药剂共同处理含砂油泥，超声-药剂处理后，将水和油与固相分离，可以大大提高油水分离的效率。进料方向与超声发射方向垂直，超声装置在线运行，超声场辐照能量集中，辐照时间短，便于工业化大规模处理含砂油泥。
Description
技术领域
本发明涉及含砂油泥净化处理方法，具体指油田含砂油泥的超声处理方法及设备。
背景技术
在油田的采油和集输生产过程中会产生大量的含油污泥，其中包括采油井产出液携带的泥砂和落地原油回收所形成的油泥以及集输处理系统产生的油泥等。油田含砂油泥带来的危害是多方面的，主要有污染周边的环境、危害动植物及人类的健康、增加系统维护费用和加重企业排污负担等。
含油污泥中的主要污染物为石油，是一种含烃类及少量其它有机物的复杂混合物。石油对水、土壤和大气均有不同程度的破坏，还可通过食物链的富集危害到人类与动物的健康。在我国可持续发展战略中，把环保列为一项非常重要的任务。随着全球绿色革命的浪潮不断高涨，人类越来越重视自身生存的环境，地方政府和国家对环保的要求越来越严，环境标准也越来越高。
目前，油田含油污泥的处理在国内外仍然是一个还未攻克的难题。尤其是我国，含油污泥的产量远远大于国外，然而我国各大油田的科学工作者们都还未能提出非常有效的解决办法，这令我国石油开采业背上了一个沉重的包袱。含油污泥的危害较大，但含油量较高，具有较高回收价值。作为世界最大的发展中国家和石油生产大国，我国的生产条件和污染控制技术却相对落后，随着社会的经济发展，油气生产所带来的环境污染也越发严重，矛盾也越发突出。
由于油泥的组成非常复杂，面对它处理方法国内外也有许多种，其中主要包括高温处理技术、溶剂萃取技术、生物处理技术、冷冻处置技术、超声波处理技术、化学清洗技术等。
化学清洗法是指将化学清洗剂加入到待处理的油泥中，之后充分搅拌，加入到离心分离机中离心，达到油、水、泥三相分开的效果。在目前，主要是落地油泥在使用此方法。美国环保局采取的化学清洗法主要是通过碱液对油泥进行反复洗涤，再用气浮装置使油泥进行分离。通常，洗涤时间20min，洗涤条件一般在温度70℃，液固比约为3：1，可将含油量为30％油泥洗至残油率为1％以下。碱液可由廉价的无机碱和无机盐组成，也可选用廉价的表面活性剂，如洗衣粉等。该方法的突出特点是能量消耗较低。这种方法在美国等国已相对较为成熟，目前应用较为广泛，已经可以达到大规模的工业连续化生产的水平。
然而，含油污泥组成极其复杂，在原油开采过程中加入大量的化学药剂使得含油污泥中污油与无机固体的桥联结构稳固，矿化程度高，油、水乳化充分。用现有的化学清洗法无法有效地去除含油污泥中的污油。
超声作用会产生高频的机械振动作用、空化作用、热效应、与化学效应等多种效应，能使得油水破乳迅速高效，油与无机固体颗粒相互解吸而使得污油颗粒相互聚集上浮与无机固体颗粒分离。目前，也有利用超声作用处理含砂油泥，但是处理量有限、处理时间长、处理工艺复杂、效果较差。
例如，中国专利200320126412.7报道是油泥砂处理装置，其超声换能器在一反应釜内，主要起清洗作用，超声场分布不均；另外泥砂和水的分离难以在一个反应釜内进行。中国专利200610046818.2报道了含油泥砂的处理工艺及设备，其超声换能器均匀分布在反应釜内壁上，但没有说明换能器的具体设置距离，距离太远，即反应釜直径大于1m，超声的作用在中间区域基本减为零，辐照时间很长，处理量有限；而且，处理工艺路线较长，涉及七道工序。中国专利200710021086.6报道的超声含油污泥处理工艺，其超声辐照方向是从底部往上，类似超声乳化或清洗装置，超声辐照时间较长；而且泥砂的分离采用重力沉降，时间较长。中国专利201010147313.1报道采用低频超声和高频超声处理含油泥砂，超声辐照时间20-60min，但没有给出超声辐照的方向，其超声效果无法估计；并且没有给出具体的泥水分离方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中超声处理含砂油泥的不足， 提供一种油田含砂油泥的超声处理方法。
本发明的另一目的是提供实现该处理方法的设备。
为实现上述目的，本发明油田含砂油泥的超声处理方法，包括以下步骤：
1）含砂油泥的超声调质：将水和含砂油泥在60～90℃混合，水与含砂油泥的质量比为1:1～5:1，然后向混合物中加入清洗剂和抗乳化剂，其中，清洗剂加量为含砂油泥原料质量的0.01%～0.03%，抗乳化剂加量为含砂油泥原料质量的0.005%～0.03%，混合均匀后，于60～90℃在超声设备中进行超声处理0.2～3min；
2）液固分离：将上述超声调质后的混合物，在60～90℃将泥相和液相分离；
3）油水分离：将上述分离的液相中的油相和水相分离。
本发明步骤1）中，所述清洗剂为烷基酚聚氧乙烯醚，其中，烷基链为C8～C12的烷基，环氧乙烷加成数为5～10；所述抗乳化剂选自SP169、PFA-8311、BP-2040、AE-1910或A1031。
本发明步骤2）液固分离中，采用叠螺式脱水机脱水。
本发明步骤3）中，采用立式油水分离罐、油田原油生产线上的生产分离器或电脱水器将油水分离。
本发明中清洗剂和抗乳化加入的形式为溶液，其加入量均指的是溶液中有效物质占含聚油泥原料质量的百分比。
本发明所设计的实现上述分离方法的设备，包括筒体、超声发生器、设置在超声发生器内的超声控制器和与超声发生器相匹配的超声换能器，所述超声换能器呈阵列，均匀分布在筒体的两端，所述筒体的顶部和底部分别设置有进料口和出料口，进料方向与超声发射方向垂直。
上述方案中，所述超声换能器向筒体内发射超声的频率为10～60KHz，声场强度为1000～12000W/m2。
上述方案中，所述超声控制器内设置有扫频控制模块、时间控制模块、功率控制模块和温度控制模块。
上述方案中，所述筒体的长度d为20cm～80cm。
本发明的有益效果：本发明采用超声作用和药剂共同处理含砂油泥，具有如下优势：
1、超声-药剂处理后，将水和油与固相分离，可以大大提高油水分离的效率；
2、超声空化作用可破坏含油污泥的胶体稳定结构，减小污油与无机固体的粘附作用，利用超声强化药剂清洗油泥中的固体吸附的沥青质和胶质等天然乳化剂，破坏泥相的乳化作用，降低泥相的含油率，快速高效的分离开污油和无机固体颗粒，使得分离效率大大提高；
3、进料方向与超声发射方向垂直，超声装置在线运行，超声场辐照能量集中，辐照时间短，便于工业化大规模处理含砂油泥；
4、可利用油田的生产设备进行油水分离，不仅轻松回收原油，而且可以大大降低油泥处理装置的投资和运行成本。
附图说明
图1为本发明超声设备的左视结构示意图。
图2为本发明超声设备的主视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图1、2所示，本发明超声处理方法所用超声设备，包括筒体4、超声发生器5、设置在超声发生器5内的超声控制器6和与超声发生器5相匹配的超声换能器1。超声换能器1呈阵列，均匀分布在筒体4的两端，筒体4的顶部和底部分别设置有进料口2和出料口3，进料方向与超声发射方向垂直。超声控制器6内设置有扫频控制模块6.1、时间控制模块6.2、功率控制模块6.3和温度控制模块6.4。
以下实施例中的抗乳化剂SP169、PFA-8311、BP-2040、AE-1910、TA1031均购买于山东滨化集团有限责任公司。
以下实施例所用含砂油泥取自渤海某海上油田，其性质如表1所示：
表1 含砂油泥的性质
实施例1
1）含砂油泥的超声调质：将水和含砂油泥在80℃混合，水与含砂油泥的质量比为5:1，然后向混合物中加入烷基酚聚氧乙烯醚溶液和AE-1910溶液，烷基酚聚氧乙烯醚为含砂油泥原料质量的0.03%，AE-1910为含砂油泥原料质量的0.03%，混合均匀后，于80℃在超声设备中进行超声处理0.5min，其中，所加烷基酚聚氧乙烯醚的烷基链为C12的烷基，环氧乙烷加成数为6；
2）液固分离：将上述超声调质后的混合物，在80℃打入叠螺式脱水机将泥相和液相分离，分离出的泥相外运，分离出的液相进入油水分离装置；
3）油水分离：将上述分离的液相打入一立式油水分离罐，将油相和水相分离。
步骤1）中，超声设备的筒体4长度20cm，超声换能器1向筒体4内发射的超声频率为10KHz，声场强度为1000W/m2。
实施例2
1）含砂油泥的超声调质：将水和含砂油泥在70℃混合，水与含砂油泥的质量比为2:1，然后向混合物中加入烷基酚聚氧乙烯醚溶液和PFA-8311溶液，烷基酚聚氧乙烯醚为含砂油泥原料质量的0.03%，PFA-8311为含砂油泥原料质量的0.05%，混合均匀后，于70℃在超声设备中进行超声处理3min，其中，所加烷基酚聚氧乙烯醚的烷基链为C12的烷基，环氧乙烷加成数为10；
2）液固分离：将上述超声调质后的混合物，在60℃打入叠螺式脱水机将泥相和液相分离，分离出的泥相外运，分离出的液相进入油水分离装置；
3）油水分离：将上述分离的液相打入一立式油水分离罐，将油相和水相分离。
步骤1）中，超声设备的筒体4长度80cm，超声换能器1向筒体4内发射的超声频率为10KHz，声场强度为2000W/m2。
实施例3
1）含砂油泥的超声调质：将水和含砂油泥在80℃混合，水与含砂油泥的质量比为5:1，然后向混合物中加入烷基酚聚氧乙烯醚溶液和PFA-8311溶液，烷基酚聚氧乙烯醚为含砂油泥原料质量的0.02%，PFA-8311为含砂油泥原料质量的0.02%，混合均匀后，于70℃在超声设备中进行超声处理0.5min，其中，所加烷基酚聚氧乙烯醚的烷基链为C9的烷基，环氧乙烷加成数为9；
2）液固分离：将上述超声调质后的混合物，在60℃打入叠螺式脱水机将泥相和液相分离，分离出的泥相外运，分离出的液相进入油水分离装置；
3）油水分离：将上述分离的液相打入一立式油水分离罐，将油相和水相分离。
步骤1）中，超声设备如图1和图2所示，筒体4长度80cm，超声换能器1向筒体4内发射的超声频率为60KHz，声场强度为6000W/m2。
实施例4
1）含砂油泥的超声调质：将水和含砂油泥在70℃混合，水与含砂油泥的质量比为3:1，然后向混合物中加入烷基酚聚氧乙烯醚溶液和SP169溶液，烷基酚聚氧乙烯醚为含砂油泥原料质量的0.02%，SP169为含砂油泥原料质量的0.3%，混合均匀后，于70℃在超声设备中进行超声处理0.5min，其中，所加烷基酚聚氧乙烯醚的烷基链为C9的烷基，环氧乙烷加成数为6；
2）液固分离：将上述超声调质后的混合物，在70℃打入叠螺式脱水机将泥相和液相分离，分离出的泥相外运，分离出的液相进入油水分离装置；
3）油水分离：将上述分离的液相打入一立式油水分离罐，将油相和水相分离。
步骤1）中，超声设备的筒体4长度70cm，超声换能器1向筒体4内发射的超声频率为28KHz，声场强度为5000W/m2。
实施例5
1）含砂油泥的超声调质：将水和含砂油泥在65℃混合，水与含砂油泥的质量比为4:1，然后向混合物中加入烷基酚聚氧乙烯醚溶液和PFA-8311溶液，烷基酚聚氧乙烯醚为含砂油泥原料质量的0.02%，PFA-8311为含砂油泥原料质量的0.1%，混合均匀后，于65℃在超声设备中进行超声处理1min，其中，所加烷基酚聚氧乙烯醚的烷基链为C8的烷基，环氧乙烷加成数为6；
2）液固分离：将上述超声调质后的混合物，在75℃打入叠螺式脱水机将泥相和液相分离，分离出的泥相外运，分离出的液相进入油水分离装置；
3）油水分离：将上述分离的液相打入一立式油水分离罐，将油相和水相分离。
步骤1）中，超声设备的筒体4长度60cm，超声换能器1向筒体4内发射的超声频率为40KHz，声场强度为6000W/m2。
实施例6
1）含砂油泥的超声调质：将水和含砂油泥在65℃混合，水与含砂油泥的质量比为3:1，然后向混合物中加入烷基酚聚氧乙烯醚溶液和PFA-8311溶液，烷基酚聚氧乙烯醚为含砂油泥原料质量的0.03%，PFA-8311为含砂油泥原料质量的0.2%，混合均匀后，于65℃在超声设备中进行超声处理5min，其中，所加烷基酚聚氧乙烯醚的烷基链为C8的烷基，环氧乙烷加成数为5；
2）液固分离：将上述超声调质后的混合物，在75℃打入叠螺式脱水机将泥相和液相分离，分离出的泥相外运，分离出的液相进入油水分离装置；
3）油水分离：将上述分离的液相打入一立式油水分离罐，将油相和水相分离。
步骤1）中，超声设备的筒体4长度80cm，超声换能器1向筒体4内发射的超声频率为50KHz，声场强度为6000W/m2。
实施例7
1）含砂油泥的超声调质：将水和含砂油泥在85℃混合，水与含砂油泥的质量比为1:1，然后向混合物中加入烷基酚聚氧乙烯醚溶液和TA1031溶液，烷基酚聚氧乙烯醚为含砂油泥原料质量的0.02%，TA1031为含砂油泥原料质量的0.08%，混合均匀后，于75℃在超声设备中进行超声处理5min，其中，所加烷基酚聚氧乙烯醚的烷基链为C9的烷基，环氧乙烷加成数为6；
2）液固分离：将上述超声调质后的混合物，在75℃打入叠螺式脱水机将泥相和液相分离，分离出的泥相外运，分离出的液相进入油水分离装置；
3）油水分离：将上述分离的液相打入一立式油水分离罐，将油相和水相分离。
步骤1）中，超声设备的筒体4长度50cm，超声换能器1向筒体4内发射的超声频率为20KHz，声场强度为12000W/m2。
实施例8
1）含砂油泥的超声调质：将水和含砂油泥在90℃混合，水与含砂油泥的质量比为1:1，然后向混合物中加入烷基酚聚氧乙烯醚溶液和SP169溶液，烷基酚聚氧乙烯醚为含砂油泥原料质量的0.01%，SP169为含砂油泥原料质量的0.15%，混合均匀后，于80℃在超声设备中进行超声处理3min，其中，所加烷基酚聚氧乙烯醚的烷基链为C9的烷基，环氧乙烷加成数为10；
2）液固分离：将上述超声调质后的混合物，90℃打入叠螺式脱水机将泥相和液相分离，分离出的泥相外运，分离出的液相进入油水分离装置；
3）油水分离：将上述分离的液相打入一立式油水分离罐，将油相和水相分离。
步骤1）中，超声设备的筒体4长度40cm，超声换能器1向筒体4内发射的超声频率为20KHz，声场强度为10000W/m2。
实施例9
1）含砂油泥的超声调质：将水和含砂油泥在75℃混合，水与含砂油泥的质量比为5:1，然后向混合物中加入烷基酚聚氧乙烯醚溶液和BP-2040溶液，烷基酚聚氧乙烯醚为含砂油泥原料质量的0.03%，BP-2040为含砂油泥原料质量的0.03%，混合均匀后，于75℃在超声设备中进行超声处理1min，其中，所加烷基酚聚氧乙烯醚的烷基链为C9的烷基，环氧乙烷加成数为5；
2）液固分离：将上述超声调质后的混合物，75℃打入叠螺式脱水机将泥相和液相分离，分离出的泥相外运，分离出的液相进入油水分离装置；
3）油水分离：将上述分离的液相打入一立式油水分离罐，将油相和水相分离。
步骤1）中，超声设备的筒体4长度60cm，超声换能器1向筒体4内发射的超声频率为20KHz，声场强度为7000W/m2。
实施例1～9含砂油泥处理效果如表2所示。表2中用重量法（CJ/T57-1999）测含砂油泥的含油率；用GB 260-77测含砂油泥的含水率。
表2 含砂油泥处理效果
从表2中可以看出本发明油泥中原油的回收率可达到97%wt以上，分离出的泥相含油率低。分离效果非常好。
某油田的工业试验：将来自电脱水器的75℃的水与排砂口出来75℃的含砂油泥（4tons/h，固含量1.8%wt）在线混合，水与含砂油泥的质量比＝3:1。向混合物中加入烷基酚聚氧乙烯醚溶液和AE-1910溶液，烷基酚聚氧乙烯醚为含砂油泥原料质量的0.03%，AE-1910为含砂油泥原料质量的0.08%，混合均匀后在73℃进行超声处理1min；其中，所加烷基酚聚氧乙烯醚的烷基链为C10的烷基，环氧乙烷加成数为7。然后将超声调质后的混合物在74℃打入叠螺式脱水机，分离出的泥砂相外运，分离出的液相用泵打入一级生产分离器。最终泥砂的产量为177Kg/h，含水率54.7%wt，含油率3.4%wt。一周的运行中，油田生产水处理系统正常，生产分离器和电脱水器没有出现油水分离困难的情况。
Claims (8)
1.一种油田含砂油泥的超声处理方法，包括以下步骤：
1）含砂油泥的超声调质：将水和含砂油泥在60～90℃混合，水与含砂油泥的质量比为1:1～5:1，然后向混合物中加入清洗剂和抗乳化剂，其中，清洗剂加量为含砂油泥原料质量的0.01%～0.03%，抗乳化剂加量为含砂油泥原料质量的0.005%～0.03%，混合均匀后，于60～90℃在超声设备中进行超声处理0.2～3min；
2）液固分离：将上述超声调质后的混合物，在60～90℃将泥相和液相分离；
3）油水分离：将上述分离的液相中的油相和水相分离。
2.根据权利要求1所述油田含砂油泥的超声处理方法，其特征在于：所述步骤1）中，所述清洗剂为烷基酚聚氧乙烯醚，其中，烷基链为C8～C12的烷基，环氧乙烷加成数为5～10；所述抗乳化剂选自SP169、PFA-8311、BP-2040、AE-1910或A1031。
3.根据权利要求1所述油田含砂油泥的超声处理方法，其特征在于：所述步骤2）液固分离中，采用叠螺式脱水机将泥相和液相分离。
4.根据权利要求1所述油田含砂油泥的超声处理方法，其特征在于：所述步骤3）中，采用立式油水分离罐、油田原油生产线上的生产分离器或电脱水器将油水分离。
5.一种实现权利要求1所述处理方法的设备，包括超声设备，其特征在于：所述超声设备包括筒体（4）、超声发生器（5）、设置在超声发生器（5）内的超声控制器（6）和与超声发生器（5）相匹配的超声换能器（1），所述超声换能器（1）呈阵列，均匀分布在筒体（4）的两端，所述筒体（4）的顶部和底部分别设置有进料口（2）和出料口（3），进料方向与超声发射方向垂直。
6.根据权利要求5所述分离方法的设备，其特征在于：所述超声换能器（1）向筒体（4）内发射超声的频率为10～60KHz，声场强度为1000～12000W/m2。
7.根据权利要求5所述分离方法的设备，其特征在于：所述超声控制器（6）内设置有扫频控制模块（6.1）、时间控制模块（6.2）、功率控制模块（6.3）和温度控制模块（6.4）。
8.根据权利要求5所述分离方法的设备，其特征在于：所述筒体（4）的长度d为20cm～80cm。
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