CN104310630A - 油田采出水净水系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油田采出水的净水系统及该系统的控制方法，系统包括气浮除油池、混凝沉淀池、核桃壳过滤器、净水过滤器、超滤装置和加药设备，所述加药设备为混凝沉淀池和气浮除油池投放絮凝剂。本发明成本低廉，净水效果佳,通过多级除油和过滤装置，能够有效去除油田采出水中的浮油和浮渣，并能够过滤其中杂质，最终处理处出的水能够达到工业用纯水标准。

Description

油田采出水净水系统及其控制方法

技术领域

    本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种油田采出水的净水系统及该系统的控制方法。 

背景技术

在石油开采过程中，采出的原油含有大量的水，经过油气分离和脱水处理后将水分离出来，分离后的污水称为油田采出水。以往通常是将油田采出水经处理后，全部注水驱油或回注到地层，基本不外排。但目前我国各大油田大都进入油田建设的中、后期，为提高油田采收率，随着热采、注聚合物采油等技术的使用，部分油田采出水水含量高达90％以上，使剩余污水量越来越大，大部分废水需要外排，同时原油采出液发生更加复杂的变化，处理难度加大。目前，企业的油田采出水处理工艺主要是将污水经处理后回注地下而设计的，污水处理的主要目的是用于回注地下进行驱油，处理目标是去除污水中的主要污染物油、悬浮物以及对管线、设备有腐蚀作用和结垢倾向的微生物和金属离子等，所采用的处理方法以物理法和物化法为主，但目前的净化设备净化效果则不太理想，如果要达到较好的除油和去悬浮物效果，则需要加入成本高昂的活性菌剂。 

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种油田采出水的净水系统及该系统的控制方法，成本低廉，净水效果佳。 

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案： 

一种油田采出水的净水系统，包括气浮除油池、混凝沉淀池、核桃壳过滤器、净水过滤器、超滤装置和加药设备，所述加药设备为混凝沉淀池和气浮除油池投放絮凝剂；

其中，气浮除油池包括池体、池体一侧上端连接有进水管，池底下部设置有多个输水口用于输送加压溶气水，所述池体另一侧上端设置有排油排渣口、底部设置有出水口，所述池体中沿垂直方向设置有隔墙，隔墙将输水口和出水口隔开，所述隔墙上方具有通道，所述气浮除油池出水口与混凝沉淀池送水管相连；

混凝沉淀池包括池体、送水管、一级混凝区、二级混凝区、三级混凝区，所述送水管设置在一级混凝区下方将进水送至一级混凝区中，所述二级混凝区设置在一级混凝区上方，一级混凝区、二级混凝区整体呈上大下小的圆锥台状，所述三级混凝区套设在二级混凝区外，三级混凝区的侧板与二级混凝区侧板平行，所述二级混凝区底部设有多条狭缝，所述二级混凝区外周设有多条狭缝，所述一级混凝区内设有搅拌扇叶，所述三级混凝区底部设有导流管，所述池体顶端具有分离区、底部具有排泥管，所述分离区内设有集水管，所述集水管与混凝沉淀池出水管相连，混凝沉淀池的出水管与核桃壳过滤器的进水管相连；

所述核桃壳过滤器包括外壳，以及自上而下设置在外壳内的第一核桃壳过滤层、第一砂石层、第二核桃壳过滤层、第二砂石层和第三砂石层，所述第一核桃壳过滤层和第二核桃壳过滤层内均充填有打碎的核桃，第二核桃壳过滤层中间具有旋转轴，旋转轴与电机相连，能够驱动第二核桃壳过滤层旋转，所述第一砂石层设置在第一核桃壳过滤层下方，所述第二砂石层设置在第二核桃壳过滤层下方，所述第三砂石层设置在第二砂石层下方，所述核桃壳过滤器出水口设置在外壳下端，所述核桃壳过滤器出水口与净水过滤器进水管相连；

所述净水过滤器进水管分支为两根，所述净水过滤器通过分隔板分为第一过滤区和第二过滤区，净水过滤器的两根进水管分别通往第一过滤区和第二过滤区，两根进水管末端分别具有阀门，分别控制进入第一过滤区和第二过滤区的水流开闭，所述第一过滤区内交错设置有导流板从而形成了多级过滤室，每级过滤室中均具有垂直于水流方向的滤料层，所述分隔板上设置有多个反冲洗装置，净水过滤器壳体包括内壁和外壁，内外壁之间形成空腔，内壁上设有小闸门，第一过滤区和第二过滤区底部均与净水过滤器的出水口相连，所述净水过滤器的出水口与超滤装置入水口相连；

所述超滤装置包括装置本体，所述装置本体内设有无机陶瓷过滤膜和/或中空纤维超滤膜。

进一步的，所述排油排渣口处设置有声纳探头，排油排渣口设有阀门，阀门由单片机控制，声纳探头测得的浮油厚度数据传输至单片机中。 

本发明还提供了上述净水系统的控制方法，包括如下步骤： 

步骤A，进水管将预先添加了絮凝剂的油田采出水送入气浮除油池中，池底下部的多个输水口向上输送加压溶气水，油和浮渣粘附在加压溶气水中的微小起泡上并上浮至气浮除油池顶部，水流自下而上经由隔墙上方的通道后，上部浮油浮渣通过排油排渣口排出，水从气浮除油池另一侧底部出水口流出；

步骤B，送水管将含油地下水送入混凝沉淀池中进行混凝沉淀反应：送水管将含油地下水送入一级混凝区中，所述一级混凝区中的絮凝剂给药管向一级混凝区中投放絮凝剂，所述一级混凝区中的搅拌扇叶向上搅动水流；所述一级混凝区中的水流通过一级混凝区和二级混凝区之间的狭缝进入二级混凝区中；经过二级混凝区的水流通过二级混凝区与三级混凝区之间的狭缝进入三级混凝区中；三级混凝区中的水流通过底部的导流管流出，清水进入集水管，沉淀物下沉通过排泥管排出；

步骤C，流出混凝沉淀池的水进入核桃壳过滤器中进行过滤，水流自上而下分别经过第一核桃壳过滤层、第一砂石层、第二核桃壳过滤层、第二砂石层和第三砂石层，所述第二核桃壳过滤层由电机控制持续沿轴心旋转； 

步骤D，流出核桃壳过滤器的水进入净水过滤器中， 

当第一过滤区和第二过滤区同时工作时，净水过滤器的两根进水管中的阀门均打开，进入净水过滤器的水流分别流入第一过滤区和第二过滤区中，此时反冲洗装置不工作，壳体内壁上的小闸门关闭， 两个过滤区中的水流分别通过各级过滤室中的滤料层后通过净水过滤器下端流出；

当仅有一个过滤区工作时，通入工作过滤区的阀门打开，通入冲洗过滤区的阀门关闭，工作过滤区中的水流分别通过各级过滤室中的滤料层后通过净水过滤器下端流出；冲洗过滤区中的反冲洗装置打开，冲洗过滤区一侧壳体内壁上的小闸门打开，反冲洗装置对滤料层进行反冲洗，冲出的污水经由壳体内外壁之间的空腔向下排出；

步骤E，流出净水过滤器的水进入超滤装置中，经过超滤装置中的过滤膜过滤后流出。

进一步的，气浮除油池中的声纳探头测得的浮油厚度数据传输至单片机中，当浮油厚度超过预先设定的阈值时，单片机控制排油排渣口中的阀门开启，放出浮油。 

有益效果： 

本发明提供的系统及方法，通过多级除油和过滤装置，能够有效去除油田采出水中的浮油和浮渣，并能够过滤其中杂质，最终处理处出的水能够达到工业用纯水标准，此外，净水过滤器即使在反冲洗过程中也可以实现不间断供水，并可以自动进行清洗排污，可靠性高，适用范围广。

附图说明

图1为含油地下水的处理装置结构示意图； 

图2为气浮除油池、混凝沉淀池、加药设备的结构示意图；

图3为核桃壳过滤器、净水过滤器、超滤装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。 

如图1、图2、图3所示的油田采出水的净水系统，包括气浮除油池5、混凝沉淀池1、核桃壳过滤器2、净水过滤器3、加药设备4、超滤装置6，其中气浮除油池5、混凝沉淀池1、核桃壳过滤器2、净水过滤器3、超滤装置6依次连接，所述加药设备4为混凝沉淀池1和气浮除油池5加药。 

其中，气浮除油池5包括池体、池体一侧上端连接有进水管501，池底下部均匀设置有多个输水口502用于输送加压溶气水，所述池体另一侧上端设置有排油排渣口503、底部设置有出水口504，所述池体中沿垂直方向设置有隔墙505，隔墙505将输水口502和出水口504隔开，所述隔墙505上方具有通道； 

其中，混凝沉淀池1包括池体、送水管101、一级混凝区102、二级混凝区103、三级混凝区104，所述送水管101设置在一级混凝区102下方将进水送至一级混凝区102中，送水管101距离池底有一定距离，送水管101末端优选设置有伞形布水器，能够进行多点布水，送水管101上设有水泵，提供足够的水流推送力。所述二级混凝区103设置在一级混凝区102上方，一级混凝区102、二级混凝区103整体呈上大下小的圆锥台状，所述三级混凝区104套设在二级混凝区103外，三级混凝区104的侧板与二级混凝区103侧板平行。所述二级混凝区103底部设有多条狭缝，所述二级混凝区103外周设有多条狭缝，所述一级混凝区102内设有搅拌扇叶106，所述三级混凝区104底部设有导流管105，所述池体顶端具有分离区、底部具有排泥管107，相应地，池底排泥管107位置为最低处，前述送水管101的高度高于排泥管的排泥口。所述分离区内设有集水管108，所述集水管108与混凝沉淀池1出水管相连，混凝沉淀池1的出水管与核桃壳过滤器2的进水管相连。如图1所示，集水管108分布在混凝沉淀池1顶端两侧，因此混凝沉淀池1的出水管109也具有两支，这两支出水管汇集后通入核桃壳过滤器2中。所述加药设备4包括储药罐401和絮凝剂给药管402，所述絮凝剂给药管402设置在混凝沉淀池1的一级混凝区102中用于投放絮凝剂，絮凝剂给药管上设有阀门。进一步的，我们可以在一级混凝区102和二级混凝区103内放置微涡流絮凝器，微涡流絮凝器能够有效提升絮凝效果。

所述核桃壳过滤器2包括外壳201，以及设置在外壳201内的第一核桃壳过滤层202、第一砂石层203、第二核桃壳过滤层204、第二砂石层205和第三砂石层206，所述第一核桃壳过滤层202内设置有打碎的核桃，核桃壳直径在2mm～8mm之间，所述第一砂石层203设置在第一核桃壳过滤层202下方，所述第二核桃壳过滤层204为圆柱形，其内充填有打碎的核桃壳，第二核桃壳过滤层204中间具有旋转轴，旋转轴与电机相连，能够驱动第二核桃壳过滤层204朝某个方向旋转，所述第二砂石层205设置在第二核桃壳过滤层204下方，所述第三砂石层206设置在第二砂石层205下方。 

进一步的，所述第二砂石层和第三砂石层之间还可以设置第三核桃壳过滤层207，所述第三核桃壳过滤层为圆柱形，其内充填有打碎的核桃壳，第三核桃壳过滤层中间具有旋转轴，旋转轴与电机相连，能够驱动第三核桃壳过滤层朝某个方向旋转。 

所述核桃壳过滤器2出水口208设置在外壳下端，所述核桃壳过滤器2出水口与净水过滤器3进水管301相连。所述净水过滤器3进水管分支为两根，所述净水过滤器3通过分隔板308分为两个过滤区——第一过滤区302和第二过滤区303，净水过滤器3的两根进水管分别通往第一过滤区302和第二过滤区303，两根进水管末端分别具有阀门304，分别控制进入第一过滤区和第二过滤区的水流开闭。所述第一过滤区内交错设置有导流板305从而形成了多级过滤室306，每级过滤室中均具有垂直于水流方向的滤料层307，所述分隔板上设置有多个反冲洗装置309，所述反冲洗装置309优选设置在每个过滤室中，滤料层应尽量靠近反冲洗装置，以提升反冲效果。净水过滤器3壳体包括内壁和外壁，内外壁之间形成空腔310，内壁上设有多个小闸门311，小闸门311优选设置在导流板与过滤器内壁交接处，当净水过滤器3开始反冲洗时，这些小闸门311自动打开排除污水，排出的污水经由壳体内外壁之间的空腔310向下排出。第一过滤区和第二过滤区底部均与净水过滤器3的出水口312相连。滤料层可选择多种滤芯体、纤维滤料或纤维滤膜。 

净水过滤器的出水口与超滤装置入水口相连，超滤装置6包括装置本体，所述装置本体内设有至少一层无机陶瓷过滤膜601和/或至少一层中空纤维超滤膜602，滤除效果极佳。 

上述气浮除油池5、混凝沉淀池1、核桃壳过滤器2、净水过滤器3、加药设备4、超滤装置6均连接有电气控制柜，用于控制其中电气设备的自动运转。 

本发明还提供了上述净水系统的控制方法，包括如下步骤： 

步骤A，进水管501将预先添加了絮凝剂的油田采出水送入气浮除油池中，池底下部的多个输水口向上输送加压溶气水，油和浮渣粘附在加压溶气水中的微小起泡上并上浮至气浮除油池顶部，水流自下而上经由隔墙上方的通道后，上部浮油浮渣通过排油排渣口排出，水流从气浮除油池另一侧底部出水口504流出；

进一步的，排油排渣口处优选设置有声纳探头，声纳探头能够测得浮油厚度，排油排渣口设有阀门，阀门由单片机控制，声纳探头测得的浮油厚度数据传输至单片机中，当浮油厚度超过预先设定的阈值时，单片机控制阀门开启，放出浮油。

步骤B，送水管将含油地下水送入混凝沉淀池1中进行混凝沉淀反应： 

步骤B-1，送水管将含油地下水送入一级混凝区中，所述一级混凝区中的絮凝剂给药管向一级混凝区中投放絮凝剂，所述一级混凝区中的搅拌扇叶向上搅动水流；

步骤B-2，所述一级混凝区中的水流通过一级混凝区和二级混凝区之间的狭缝进入二级混凝区中；

步骤B-3，经过二级混凝区的水流通过二级混凝区与三级混凝区之间的狭缝进入三级混凝区中；

步骤B-4，三级混凝区中的水流通过底部的导流管流出，清水进入集水管，沉淀物下沉通过排泥管排出；

步骤C，流出混凝沉淀池1的水进入核桃壳过滤器2中进行过滤，水流自上而下分别经过第一核桃壳过滤层、第一砂石层、第二核桃壳过滤层、第二砂石层和第三砂石层，所述第二核桃壳过滤层由电机控制持续沿轴心旋转，电机还可以控制第二核桃壳过滤层按照正向转一定时间——反向转一定时间——正向转一定时间——反向转一定时间的规律进行旋转。当第二砂石层和第三砂石层之间设置有第三核桃壳过滤层时，第二核桃壳过滤层和第三核桃壳过滤层分别沿不同方向旋转。当第二核桃壳过滤层定期按照正向转一定时间——反向转一定时间的间隔进行旋转时，第三核桃壳过滤层也相应地定期反向旋转，但其旋转方向始终与第二核桃壳过滤层相反。

步骤D，流出核桃壳过滤器2的水进入净水过滤器3中，净水过滤器3中具有两个过滤区，分别可以完成独立的过滤任务。因此净水过滤器3可以有以下几种工作状态： 

第一过滤区和第二过滤区同时工作:净水过滤器3的两根进水管中的阀门均打开，进入净水过滤器3的水流分别流入第一过滤区和第二过滤区中，此时反冲洗装置不工作，壳体内壁上的小闸门关闭， 两个过滤区中的水流分别通过各级过滤室中的滤料层后通过净水过滤器3下端流出。

第一过滤区工作，第二过滤区反冲洗：通入第一过滤区的阀门打开，通入第二过滤区的阀门关闭，第一过滤区中的水流分别通过第一过滤区中各级过滤室中的滤料层后通过净水过滤器3下端流出；第二过滤区中的反冲洗装置打开，第二过滤区一侧壳体内壁上的小闸门打开，反冲洗装置对滤料层进行反冲洗，冲出的污水经由壳体内外壁之间的空腔向下排出。 

第二过滤区工作，第一过滤区反冲洗：通入第二过滤区的阀门打开，通入第一过滤区的阀门关闭，第二过滤区中的水流分别通过第二过滤区中各级过滤室中的滤料层后通过净水过滤器3下端流出；第一过滤区中的反冲洗装置打开，第一过滤区一侧壳体内壁上的小闸门打开，反冲洗装置对滤料层进行反冲洗，冲出的污水经由壳体内外壁之间的空腔向下排出。 

步骤E，流出净水过滤器3的水进入超滤装置6中，经过超滤装置中的过滤膜过滤后流出。 

经测定，流出超滤装置的水中不含油污，不含杂质，水质澄清透明，完全能够达到工业用纯水标准。 

进一步的，所述一级混凝区和三级混凝区中分别设有絮凝剂浓度采集装置或芯片，所述加药设备4中还包括单片机，单片机中预先设定有浓度上下限值，当三级混凝区中的絮凝剂浓度高于上限时，单片机控制加药设备4中絮凝剂给药管上的阀门关闭停止投放絮凝剂，当一级混凝区中的絮凝剂浓度低于下限时，单片机控制加药设备4中絮凝剂给药管上的阀门打开投放絮凝剂。 

进一步的，在净水过滤器3的出水口设有水质测量仪313，当水质测量仪313测得水中杂质或污染物高于预先设定的标准时，则依次启动净水过滤器3中的一个过滤区中的反冲洗过程，冲洗一定时间后，将冲洗后的过滤区投入工作，启动另一过滤区的反冲洗过程。当然，我们也可以设定两个过滤区交替定时进行反冲洗。 

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。 

Claims (4)

1.一种油田采出水的净水系统，其特征在于：包括气浮除油池、混凝沉淀池、核桃壳过滤器、净水过滤器、超滤装置和加药设备，所述加药设备为混凝沉淀池和气浮除油池投放絮凝剂；

所述气浮除油池包括池体、池体一侧上端连接有进水管，池底下部设置有多个输水口用于输送加压溶气水，所述池体另一侧上端设置有排油排渣口、底部设置有出水口，所述池体中沿垂直方向设置有隔墙，隔墙将输水口和出水口隔开，所述隔墙上方具有通道，所述气浮除油池出水口与混凝沉淀池送水管相连；

混凝沉淀池包括池体、送水管、一级混凝区、二级混凝区、三级混凝区，所述送水管设置在一级混凝区下方将进水送至一级混凝区中，所述二级混凝区设置在一级混凝区上方，一级混凝区、二级混凝区整体呈上大下小的圆锥台状，所述三级混凝区套设在二级混凝区外，三级混凝区的侧板与二级混凝区侧板平行，所述二级混凝区底部设有多条狭缝，所述二级混凝区外周设有多条狭缝，所述一级混凝区内设有搅拌扇叶，所述三级混凝区底部设有导流管，所述池体顶端具有分离区、底部具有排泥管，所述分离区内设有集水管，所述集水管与混凝沉淀池出水管相连，混凝沉淀池的出水管与核桃壳过滤器的进水管相连；

所述核桃壳过滤器包括外壳，以及自上而下设置在外壳内的第一核桃壳过滤层、第一砂石层、第二核桃壳过滤层、第二砂石层和第三砂石层，所述第一核桃壳过滤层和第二核桃壳过滤层内均充填有打碎的核桃，第二核桃壳过滤层中间具有旋转轴，旋转轴与电机相连，能够驱动第二核桃壳过滤层旋转，所述第一砂石层设置在第一核桃壳过滤层下方，所述第二砂石层设置在第二核桃壳过滤层下方，所述第三砂石层设置在第二砂石层下方，所述核桃壳过滤器出水口设置在外壳下端，所述核桃壳过滤器出水口与净水过滤器进水管相连；

所述净水过滤器进水管分支为两根，所述净水过滤器通过分隔板分为第一过滤区和第二过滤区，净水过滤器的两根进水管分别通往第一过滤区和第二过滤区，两根进水管末端分别具有阀门，分别控制进入第一过滤区和第二过滤区的水流开闭，所述第一过滤区内交错设置有导流板从而形成了多级过滤室，每级过滤室中均具有垂直于水流方向的滤料层，所述分隔板上设置有多个反冲洗装置，净水过滤器壳体包括内壁和外壁，内外壁之间形成空腔，内壁上设有小闸门，第一过滤区和第二过滤区底部均与净水过滤器的出水口相连，所述净水过滤器的出水口与超滤装置入水口相连；

所述超滤装置包括装置本体，所述装置本体内设有无机陶瓷过滤膜和/或中空纤维超滤膜。

2.根据权利要求1所述的油田采出水的净水系统，其特征在于：所述排油排渣口处设置有声纳探头，排油排渣口设有阀门，阀门由单片机控制，声纳探头测得的浮油厚度数据传输至单片机中。

3.一种油田采出水净水系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A，进水管将预先添加了絮凝剂的油田采出水送入气浮除油池中，池底下部的多个输水口向上输送加压溶气水，油和浮渣粘附在加压溶气水中的微小起泡上并上浮至气浮除油池顶部，水流自下而上经由隔墙上方的通道后，上部浮油浮渣通过排油排渣口排出，水从气浮除油池另一侧底部出水口流出；

步骤B，送水管将含油地下水送入混凝沉淀池中进行混凝沉淀反应：送水管将含油地下水送入一级混凝区中，所述一级混凝区中的絮凝剂给药管向一级混凝区中投放絮凝剂，所述一级混凝区中的搅拌扇叶向上搅动水流；所述一级混凝区中的水流通过一级混凝区和二级混凝区之间的狭缝进入二级混凝区中；经过二级混凝区的水流通过二级混凝区与三级混凝区之间的狭缝进入三级混凝区中；三级混凝区中的水流通过底部的导流管流出，清水进入集水管，沉淀物下沉通过排泥管排出；

步骤C，流出混凝沉淀池的水进入核桃壳过滤器中进行过滤，水流自上而下分别经过第一核桃壳过滤层、第一砂石层、第二核桃壳过滤层、第二砂石层和第三砂石层，所述第二核桃壳过滤层由电机控制持续沿轴心旋转； 

步骤D，流出核桃壳过滤器的水进入净水过滤器中， 

当第一过滤区和第二过滤区同时工作时，净水过滤器的两根进水管中的阀门均打开，进入净水过滤器的水流分别流入第一过滤区和第二过滤区中，此时反冲洗装置不工作，壳体内壁上的小闸门关闭， 两个过滤区中的水流分别通过各级过滤室中的滤料层后通过净水过滤器下端流出；

当仅有一个过滤区工作时，通入工作过滤区的阀门打开，通入冲洗过滤区的阀门关闭，工作过滤区中的水流分别通过各级过滤室中的滤料层后通过净水过滤器下端流出；冲洗过滤区中的反冲洗装置打开，冲洗过滤区一侧壳体内壁上的小闸门打开，反冲洗装置对滤料层进行反冲洗，冲出的污水经由壳体内外壁之间的空腔向下排出；

步骤E，流出净水过滤器的水进入超滤装置中，经过超滤装置中的过滤膜过滤后流出。

4.根据权利要求3所述的油田采出水净水系统的控制方法，其特征在于：气浮除油池中的声纳探头测得的浮油厚度数据传输至单片机中，当浮油厚度超过预先设定的阈值时，单片机控制排油排渣口中的阀门开启，放出浮油。