CN103819033A - 用于海上油田的复合驱原油采出液的水处理设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于海上油田的复合驱原油采出液的水处理设备和方法，原油采出液含油污水中含有由聚合物和表面活性剂组成的二元复合驱油剂，设备包括：原料供给装置；微波处理装置，该微波处理装置接纳原油采出液含油污水，并对其进行微波处理；连接至微波处理装置的热沉降罐，其接纳经微波处理后的原油采出废水，并使原油采出废水在其中热沉降，并分离出油。最好还包括：破乳剂供给装置、气浮药剂供给装置、气浮塔和气体供给装置。借助上述设备可以实现对海上油田原油采出液含油污水的微波强化、化学药剂和/或气泡法的处理。本发明的处理设备和方法能以相对紧凑的设计方案来实现，且能在短时间内对二元复合驱含油污水进行高效、可靠地处理。

Description

用于海上油田的复合驱原油采出液的水处理设备和方法

技术领域

本发明涉及原油开采，具体地，涉及一种用于海上油田的复合驱原油采出液的水处理设备和方法，更具体地，涉及一种利用微波强化的二元重质原油采出液含油污水的处理装置和方法。

背景技术

随着科技的发展，海底原油的开采成为满足原油需求和保证国民经济可持续发展的重要手段。由于条件限制，海上平台对原油采出液的处理要求是快速、高效、节能及设备体积不宜过大等等。原油采出水是分离出原油采出液中的大部分油料之后的待处理的含油污水，需要进一步地分离出其中的油，然后将油/水分离后的排水再次注入油井。出于环保方面的考虑，目前对海上油田原油采出液含油污水的要求很高，因此，对海上油田原油复合驱含油污水的处理设备和方法的研发具有重要意义。

另外，随着常规石油的可供利用量日益减少，重质原油正成为人类的重要石油资源。近年来随着原油开采逐渐向重质化或者劣质化发展，原油性质的变化使得开采难度增大，因而已经开发出各种强化驱油措施。目前新近开发的一种驱油技术是“二元复合驱”，即在注入水中加入聚合物和表面活性剂，利用聚合物和表面活性剂的协同作用大幅度提高原油采收率。然而，随着聚合物和表面活性剂二元复合驱新技术的开发应用，油田采出水性质更加复杂，油水乳化更加严重，原油复合驱含油污水处理愈加困难。

在将二元复合驱的技术应用到海上油田时，由于海上平台的各种条件限制，对复合驱含油污水的处理就变得非常棘手。迄今为止还没有研发出专门的设备和方法以满足海上油田采出废水处理方面的需求，也没有能很好地应用于“二元复合驱”含油污水的处理设备和方法。

总之，在原油开采领域，特别是在海上油田开采方面亟需能快速地处理原油采出液含油污水的设备和方法。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种用于海上油田的复合驱原油采出液的水处理设备和方法，其能以紧凑的设计在短时间内对二元复合驱原油采出液含油污水进行高效、可靠地处理。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于海上油田的复合驱原油采出液的水处理设备，复合驱原油采出液为含有由聚合物和表面活性剂组成的二元复合驱油剂的含油污水，设备包括：原料供给装置；微波处理装置，该微波处理装置接纳原油采出水，并对其进行微波处理；连接至微波处理装置的热沉降罐，其接纳经微波处理后的原油采出液含油污水，并使原油采出液含油污水在其中热沉降，并分离出油。

较佳的是，所述设备还包括：破乳剂供给装置；以及连接至原料供给装置和破乳剂供给装置的混合器，混合器接纳并混合原油采出液含油污水和破乳剂。

较佳的是，所述设备还包括：气浮药剂供给装置，该气浮药剂供给装置向经微波处理器处理的原油采出液含油污水供给气浮药剂；气浮塔，该气浮塔连接至热沉降罐，并接纳处理后的原油采出液含油污水以及来自气浮药剂供给装置的气浮药剂；以及气体供给装置，气体供给装置向气浮塔的底部供应空气而形成气泡。

较佳的是，微波处理装置包括：微波源；微波传输系统，其具有连接至微波源的耦合器、连接至耦合器的调配器、以及连接至调配器的馈能管；连接至微波传输系统的罐式微波反应器，其接纳待处理的原料和破乳剂的混合液，并在其中对它们进行微波处理；以及控制箱，其控制整个微波处理装置的工作参数。

较佳的是，微波处理装置设置有脉冲装置，从而提供脉冲的微波作用。

本发明还提供了一种用于海上油田的复合驱原油采出液的水处理方法，复合驱原油采出液中含有由聚合物和表面活性剂组成的二元复合驱油剂，所述方法包括如下步骤：

a)将原油采出液含油污水加入至原料供给装置；

b)使原油采出液含油污水从进料口进入到微波处理装置内；

c)调节微波功率，使原油采出液含油污水在微波处理装置内停留一段时间进行微波处理；以及

d)使经微波处理后的原油采出废水进入热沉降罐，分离出上层的油。

较佳的是，该方法还包括如下步骤：在上述的步骤b）之前，在原油采出液含油污水中添加破乳剂，并且在混合器中加以混合，而后再进行上述的步骤b）～d）。

较佳的是，破乳剂可例如采用ZY-02型、HR型破乳剂、或HR破乳剂与HQ-1阳离子破乳剂以7:3(v/v)复配的破乳剂，ZY-02是以丙二醇聚氧乙烯聚氧丙稀醚、酚醛树脂聚氧乙烯聚氧丙稀醚、壬基酚聚氧乙烯聚氧丙稀醚的混合物与丙烯酸和马来酸酐化合物在酸性条件下酯化聚合得到的非离子破乳剂，HR型破乳剂是二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)改性的1,3丙二醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚，HQ-1阳离子破乳剂是由环氧氯丙烷与二乙胺、乙二胺反应得到的高阳离子度的聚季铵盐破乳剂。

较佳的是，该方法还包括如下步骤：e）从热沉降罐抽取下层溶液，在抽取的溶液中加入气浮药剂，并送入气浮塔；以及f）对气浮塔供给空气，形成气泡并作用一段时间，然后萃取出油。

较佳的是，气浮药剂可以选用聚合氯化铝或HQ-1阳离子破乳剂，HQ-1阳离子破乳剂是由环氧氯丙烷与二乙胺、乙二胺反应得到的高阳离子度的聚季铵盐破乳剂。

采用本发明的用于海上油田的原油采出液含油污水的处理设备和方法，微波作用使得原油复合驱含油污水中极性分子运动程度加剧，压缩双电层的程度增大，可对原油采出液含油污水产生强化破乳作用。微波的强化作用降低了原油复合驱含油污水的处理时间及破乳剂用量。另外，在微波处理的情况下加入破乳剂，能显著提高脱油率。而在加上气浮处理后，能进一步降低脱后水中的含油量。

另外，本发明的用于海上油田的原油采出水的处理设备和方法能以相对紧凑的设计方案来实现，且能在短时间内对二元复合驱含油污水进行高效、可靠地处理。

附图说明

图1是根据本发明较佳实施例的原油采出液含油污水处理设备的流程示意图；以及

图2示出了根据本发明较佳实施例的原油采出液含油污水处理设备中所采用的微波处理装置。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明较佳实施例的复合驱原油采出液的水处理设备总地由标号100标示，其主要包括：由原料罐1和原料泵2组成的原料（即原油采出液含油污水，其中含有由聚合物和表面活性剂组成的二元复合驱油剂）供给装置；由破乳剂罐3和破乳剂注入泵4组成的破乳剂供给装置；由气浮药剂罐5和气浮药剂注入泵6组成的气浮药剂供给装置；连接至原料供给装置和破乳剂供给装置的混合器7，其接纳并混合原料和破乳剂；连接至混合器7的微波处理装置8，其接纳来自混合器7的原料和破乳剂的混合液，并对混合液进行微波处理；连接至微波处理装置8的热沉降罐9，其接纳经微波处理后的混合液，并使混合液在其中热沉降，并分离出一部分油；气浮塔10，该气浮塔10连接至热沉降罐9，并接纳处理后的混合液以及来自气浮药剂供给装置的气浮药剂；以及气体供给装置（例如空气压缩机）11，其向所述气浮塔10的底部供应空气而形成气泡，以使混合液在气浮塔内得到进一步的处理，从而使油和水进一步地分离。

另外，为了控制温度，可以设置用于微波处理装置8的第一水循环系统，以及用于原料罐1的第二水循环系统。

图2示出了本发明的复合驱原油采出液的水处理设备中所采用的专门设计的微波处理装置8，其主要包括：微波源81；微波传输系统，其具有连接至微波源81的耦合器82、连接至耦合器82的调配器83、以及连接至调配器83的馈能管84；连接至所述微波传输系统的罐式微波反应器85，其接纳待处理的原料和破乳剂的混合液，并在其中对它们进行微波处理；以及控制箱86，其控制整个微波处理装置的工作参数，例如温度和功率等。

微波源81例如采用850W的磁控管，用来产生微波。在耦合器82上设置有反射波端口821和入射波端口822。在调配器83上设置有调配螺钉831、832和833。在处理罐85的上部设置有进料口851和出料口852，在处理罐85的下部设置有卸料口853。在控制箱86上设置有显示仪表和控制开关，例如阳极电流表861、高压开关862、低压开关863、指示灯864和进料/出料温度显示（图中未示出）等。控制箱86可提供水流自保护和过温保护。

作为一种变化形式，还可以对微波处理装置设置脉冲装置，从而提供脉冲的微波作用。再有，可以在微波处理装置的出口设置温度和压力监控装置，以便监控流出的原油采出废水的温度和压力。

按照本发明较佳实施例的对原油采出液含油污水的处理总地来说是将微波应用于采用了聚合物和表面活性剂二元复合驱油剂的海上采出液含油污水处理工艺，这是一种全新的工艺。

微波是频率在300MHz～300GHz及波长在0.1cm～100cm范围内的电磁波，它位于电磁波谱的红外辐射和无线电波之间。本申请的申请人对微波强化原油复合驱含油污水的设备和方法进行了研究，所采用的基本的实验条件例如是：初始油含量2500mg/L，表面活性剂和聚合物浓度均为800mg/L，破乳剂加量100mg/L，温度45℃。

以下将结合图1来描述采用上述设备对原油采出废水，特别是对海上油田采出液含油污水进行处理的方法。

应该注意的是，虽然在图1中示出了关于应用破乳剂和气浮药剂的装置和步骤，但应该理解，本发明可以有四种实现方式，一是单独用微波处理装置来处理原油采出废水，二是用微波与化学药剂（破乳剂）相结合的方式来处理原油采出废水，三是用微波和气浮法相结合的方式来处理原油采出废水，四是用微波、化学药剂和气浮法三者相结合的方式来处理原油采出废水。

所谓“微波处理”和“化学药剂处理”，顾名思义就是用微波和化学药剂来进行处理。

“气浮法”是指在原油采出废水中采用物理方法形成大量微小气泡，气泡可以提供大量有效表面积，增大表面活性剂和油滴的接触机会，微小油滴经絮凝后，相互凝结形成大的絮体，其整体密度小于水，随着气泡的上升逐渐上浮到水面，从而实现油水的分离。在该工艺过程中最好加入气浮药剂以增强絮凝效果。

对原油采出液含油污水的微波处理的具体步骤是：

a)将原油采出液含油污水加入至原料罐1，最好将其加热到一定温度（例如45℃）；

b)使原料采出液含油污水从进料口851进入到罐式微波反应器85内；

c)调节微波功率，使原油采出液含油污水在罐式微波反应器85内停留一段时间进行微波处理；以及

d)使经微波处理后的原油采出废水进入热沉降罐9，分离出上层的油。

对原油采出液含油污水附加化学药剂处理的步骤包括：在上述的步骤b）之前，在原油采出液含油污水中添加破乳剂，并且最好在混合器7中加以混合，而后再进行上述的步骤b）～d）。其中，破乳剂可例如采用ZY-02型、HR型破乳剂、或HR破乳剂与HQ-1阳离子破乳剂以7:3(v/v)复配的破乳剂。ZY-02是以丙二醇聚氧乙烯聚氧丙稀醚、酚醛树脂聚氧乙烯聚氧丙稀醚、壬基酚聚氧乙烯聚氧丙稀醚的混合物与丙烯酸和马来酸酐化合物在酸性条件下酯化聚合得到的非离子破乳剂。HR型破乳剂是二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)改性的1,3丙二醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚。HQ-1阳离子破乳剂是由环氧氯丙烷与二乙胺、乙二胺反应得到的高阳离子度的聚季铵盐破乳剂，

对原油采出液含油污水附加气浮处理的步骤包括：e）从热沉降罐9抽取下层溶液，在抽取的溶液中加入气浮药剂，并送入气浮塔10；以及f）对气浮塔10供给空气，形成气泡并作用一段时间，然后萃取出油。其中，气浮药剂可以选用聚合氯化铝或HQ-1阳离子破乳剂。将上述的HQ-1阳离子破乳剂用作气浮药剂尤其是能避免产生淤泥堵塞管道。

申请人借助上述的设备和方法进行原油采出液含油污水处理的研究结果如下。

随着微波功率的增加，原油复合驱含油污水脱油率先升高后上升趋势变缓。

重要的是，微波强化可以显著缩短含有复合驱油剂的原油采出液含油污水的沉降时间。针对混合原油复合驱含油污水在微波功率300W条件下微波处理3分钟然后沉降，达到相近的脱油率比不加微波减少沉降时间约60分钟。

采用微波方法强化处理之后，达到相同脱油率，采用微波强化采出液含油污水破乳所需加入的破乳剂浓度，低于同等条件下不加微波所需的破乳剂加量，即微波强化作用可以减少加入的破乳剂量。

另外，在进行气浮处理时，加入气浮药剂后的脱油率明显提高，随着气浮时间的延长，脱油率上升。但随着气浮时间的进一步延长，脱油率上升的趋势变缓，因此适宜的气浮时间为20分钟。

海上油气平台由于操作空间的限制，对原油采出液含油污水的处理在达到较高破乳效果的同时，还要实现快速化和设备的小型化。微波可加速原油采出废水的破乳过程，气浮法可显著提高原油采出废水的处理效果，降低脱后水中含油量。将微波与气浮组合进行处理的结果表明随着气浮药剂（例如HQ-1）浓度的增加，原油采出废水脱油率上升。

总之，微波作用使得原油复合驱含油污水中极性分子运动程度加剧，压缩双电层的程度增大，可对原油采出液含油污水产生强化破乳作用。适宜的微波条件为：微波功率300W，微波时间3分钟。微波强化作用降低了原油复合驱含油污水的处理时间及破乳剂用量。另外，在微波处理的情况下加入破乳剂，能显著提高脱油率。而在加上气浮处理后，能进一步降低脱后水中的含油量。

虽然以上结合较佳实施例对本发明的原油采出液含油污水的处理设备和方法进行了详细地描述，但本领域的普通技术人员应该可以在文中所述内容的基础上作出各种等同的改动和变型。例如，原料供给装置、破乳剂供给装置和气浮药剂供给装置的构成是可以变化的，并不限于容器和传送泵的形式；除了空气压缩机以外，还可以采用叶轮等其它形式的气体供给装置，等等。因此，本发明的保护范围应由所述权利要求书来限定。

Claims (10)

1.一种用于海上油田的复合驱原油采出液的水处理设备，所述复合驱原油采出液中含有由聚合物和表面活性剂组成的二元复合驱油剂，其特征在于，所述设备包括：原料供给装置（1、2）；微波处理装置(8)，所述微波处理装置接纳原油采出液含油污水，并对其进行微波处理；连接至微波处理装置的热沉降罐（9），其接纳经微波处理后的原油采出液含油污水，并使原油采出液含油污水在其中热沉降，并分离出油。

2.如权利要求1所述的复合驱原油采出液的水处理设备，其特征在于，还包括：破乳剂供给装置（3、4）；以及连接至所述原料供给装置和所述破乳剂供给装置的混合器（7），所述混合器接纳并混合原油采出液含油污水和破乳剂。

3.如权利要求1或2所述的复合驱原油采出液的水处理设备，其特征在于，还包括：气浮药剂供给装置（5、6），所述气浮药剂供给装置向经所述微波处理器（8）处理的原油采出液含油污水供给气浮药剂；气浮塔（10），所述气浮塔连接至所述热沉降罐（9），并接纳处理后的原油采出液含油污水以及来自气浮药剂供给装置的气浮药剂；以及气体供给装置（11），所述气体供给装置向所述气浮塔的底部供应空气而形成气泡。

4.如权利要求1所述的复合驱原油采出液的水处理设备，其特征在于，所述微波处理装置（8）包括：微波源（81）；微波传输系统，其具有连接至微波源的耦合器（82）、连接至耦合器的调配器（83）、以及连接至调配器的馈能管(84)；连接至所述微波传输系统的罐式微波反应器(85)，其接纳待处理的原料和破乳剂的混合液，并在其中对它们进行微波处理；以及控制箱(86)，其控制整个微波处理装置的工作参数。

5.如权利要求1所述的复合驱原油采出液的水处理设备，其特征在于，所述微波处理装置（8）设置有脉冲装置，从而提供脉冲的微波作用。

6.一种用于海上油田的复合驱原油采出液的水处理方法，所述复合驱原油采出液中含有由聚合物和表面活性剂组成的二元复合驱油剂，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

a)将原油采出液含油污水加入至原料供给装置（1、2）；

b)使原油采出液含油污水从进料口（851）进入到微波处理装置（8）内；

c)调节微波功率，使原油采出液含油污水在微波处理装置内停留一段时间进行微波处理；以及

d)使经微波处理后的原油采出液含油污水进入热沉降罐（9），分离出上层的油。

7.如权利要求6所述的用于海上油田的复合驱原油采出液的水处理方法，其特征在于，还包括如下步骤：在上述的步骤b）之前，在原油采出液含油污水中添加破乳剂，并且在混合器（7）中加以混合，而后再进行上述的步骤b）～d）。

8.如权利要求7所述的用于海上油田的复合驱原油采出液的水处理方法，其特征在于，所述破乳剂可例如采用ZY-02型、HR型破乳剂、或HR破乳剂与HQ-1阳离子破乳剂以7:3(v/v)复配的破乳剂，所述ZY-02是以丙二醇聚氧乙烯聚氧丙稀醚、酚醛树脂聚氧乙烯聚氧丙稀醚、壬基酚聚氧乙烯聚氧丙稀醚的混合物与丙烯酸和马来酸酐化合物在酸性条件下酯化聚合得到的非离子破乳剂，所述HR型破乳剂是二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)改性的1,3丙二醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚，所述HQ-1阳离子破乳剂是由环氧氯丙烷与二乙胺、乙二胺反应得到的高阳离子度的聚季铵盐破乳剂。

9.如权利要求6所述的用于海上油田的复合驱原油采出液的水处理方法，其特征在于，还包括如下步骤：e）从所述热沉降罐（9）抽取下层溶液，在抽取的溶液中加入气浮药剂，并送入气浮塔（10）；以及f）对气浮塔（10）供给空气，形成气泡并作用一段时间，然后萃取出油。

10.如权利要求9所述的用于海上油田的复合驱原油采出液的水处理方法，其特征在于，其中，气浮药剂可以选用聚合氯化铝或HQ-1阳离子破乳剂，所述HQ-1阳离子破乳剂是由环氧氯丙烷与二乙胺、乙二胺反应得到的高阳离子度的聚季铵盐破乳剂。

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