CN107082506A - 一种油田采出水的处理方法及工艺流程 - Google Patents

一种油田采出水的处理方法及工艺流程 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油田采出水的处理方法及工艺流程。油田采出水先经改良式三级沉降罐进行预处理，后经三相旋流分离罐、压力溶气气浮罐及净水单元进行二级处理，再经过滤单元进行深度处理后，最终达到回注水的水质要求。该工艺流程可解决油田采出水中高含油、高含硫、高含铁、高细菌含量及高矿化度等问题，使处理后的水能达到《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》中的水质标准要求，具有水质处理稳定、油田水回收率高、环保达标的特点。

Description

一种油田采出水的处理方法及工艺流程
技术领域
本发明属于含油污水的处理工艺，主要涉及一种油田采出水的处理方法及工艺流程。
背景技术
目前，随着油田的不断开采，地层能量逐步下降，油井液面下降甚至供油不足，油井产量急剧下降。我国大部分油田已经进入石油开发的中期或后期，为了保持或增加油层压力，使油田高产稳产及提高石油采收率，油田逐步进入注水开采阶段。但油田采出水不仅含有分散油、浮油和乳化油等石油类外，还含有硫化物、Fe2+等还原性污染物；硫酸盐还原菌、铁细菌和腐生菌等微生物及残体；化学药剂等多种成分及固体悬浮物。这部分油田采出水都超标而不能直接回注。
油田采出水大部分都需要经除油、除铁、除硫、杀菌和防腐阻垢等处理达到回注水标准后，回注地层以保持地层压力。现有的含油废水处理方法大多是物理与化学相结合的方法，如“重力除油/混凝/粗滤/细滤”、“气浮选/混凝/过滤”和“压力除油/混凝/过滤”等工艺。这些工艺都出现较多弊端，如油水分离效率低、过滤效果差、占地面积大、易堵塞等。目前生物法处理含油废水也成为了发展趋势，但也出现水质波动性大、菌种适应性差、胞外聚合物对滤膜的污染严重等缺点。所以需寻找一种新的处理油田采出水的方法，使处理后的水满足油田回注水的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种油田采出水的处理方法及工艺流程，以便解决高含油、高含铁、高含硫、高细菌含量的采油污水处理问题，达到油田回注水的水质标准。包括多级沉降预处理、油/水/固三相旋流分离、气浮除油除杂、化学除铁/除硫/杀菌/缓蚀阻垢、粗粒化/吸附除油/斜板分离净化、多级过滤等技术内容。
本发明的技术方案是：一种油田采出水的处理方法及工艺流程，其特征是包含以下步骤：
一、油田采出水先经箱式沉降罐进行多级沉降预处理，去除部分悬浮物、分散油和浮油；
二、然后经沉淀均质调节罐使油、水、固进行初步分离，向采油污水中加入除铁剂和除硫剂，分别对污水中的铁化物和硫化物进行除铁、除硫处理；再加入有机高分子混凝剂，对污水中的石油类和悬浮物等物质进行絮凝处理；
三、处理后的采油污水进入三相旋流分离罐再次进行油、水、固的三相分离处理；
四、三相分离后的采油污水加浮选剂进行混凝处理后，流入压力溶气气浮罐经气浮过程进行除油除杂；
五、气浮处理后出水加杀菌剂进行杀菌处理后进入净水单元，经粗粒化/吸附除油/斜板分离进行深度的除油除杂净化处理；
六、净水单元出水先经粗过滤，再经精细过滤，滤后水加缓蚀阻垢剂进行缓蚀阻垢处理后，进入净水罐用于回注。
所述的除铁剂是次氯酸钠50～500mg/L或双氧水50～500mg/L。
所述的除硫剂是氯化锌10～500mg/L或硫酸锌10～500mg/L。
所述的混凝剂是400～2000万单元的聚丙烯酰胺，加入量为0.5～10mg/L。
所述的杀菌剂是非氧化性杀菌剂：双烷基季铵盐类、或异噻唑啉酮、或醛类，加入量为10～500mg/L。
所述的浮选剂是聚合氯化铝50～1000mg/L或聚合氯化铁50～1000mg/L。
所述的阻垢缓蚀剂是有机多元膦酸：羧基亚乙基二磷酸；或氨基三亚甲基膦酸；或乙二胺四亚甲基膦酸；或二乙烯三胺五亚甲基膦酸；或2,4-三羧酸-2-膦酸基乙烷，加入量为10～500mg/L。
所述的箱式沉降罐，其特征是：分为三级沉降，且第一沉降区、第二沉降区和第三沉降区之间的侧壁高度成梯度逐级增高，使污水中的污油从由高到低逐级流入卸水区后，经排油口排出。
所述的三相旋流分离罐，其特征是：将原有工艺分段完成的混凝、沉淀、过滤等工序集中在一个分离罐中进行，由下部的锥形污泥收集区、上部的旋流分离区、斜管沉降区、滤料网板过滤区组成，其中斜管沉降区和过滤区之间设有油类挡板用以收集油类，旋流分离区和斜管沉降区之间由细小絮体不断积累自然形成较致密的悬浮泥层区可作为过滤层来吸附净化污水。
所述的压力溶气气浮罐，其特征是：高效涡流溶气罐将气溶于水中后减压释放出微细的气泡更利于粘附在絮凝体上，净化效果更好，且可节约絮凝剂用量。
所述的净水单元，其特征是：由粗粒化装置区、吸附除油区和斜板高效分离区组成，利用碰撞聚结、润湿聚结、吸附和浅层沉淀等作用，实现油、水、杂质的快速分离。
所述的双滤料过滤罐，其特征是：由石英砂和无烟煤过滤介质组成，进行粗过滤处理。
所述的压紧式改性纤维球过滤罐，其特征是：采用压力式过滤，改性纤维球滤料具备易反洗、再生能力强、过滤精度高、抗油污染、过滤阻力小和纳污量大等特点，依靠直接拦截、惯性拦截、表面吸附等机理除去水中机械杂质及油类。
由于油田采出水含有较高的石油类物质、悬浮物、铁化物、硫化物、细菌含量等，加之为高矿化度水，其污染较严重、腐蚀结垢性强，易造成设备及地层沉积堵塞。因此该污水的处理首先经多级沉降去除部分悬浮物、分散油和浮油；经均质调节后，与除铁剂、除硫剂和混凝剂反应进行除铁除硫及絮凝沉淀；之后流入三相旋流分离罐进行二次除油除杂；接着再流入压力溶气气浮罐中，在浮选剂的混凝作用下进行进一步的除油除杂；气浮罐出水经杀菌处理后流入由粗粒化/吸附除油/斜板分离组成的净水单元，对机械杂质和乳化油进行深度处理；处理后的污水通过粗过滤和精细过滤作用将悬浮物、乳化油等控制在注水水质要求范围内；之后采用缓蚀阻垢剂抑制污水中可能产生的碳酸盐垢、硫酸盐垢和其他腐蚀因素，使油田采出水达到回注水水质标准后，储存于净水罐中进行回注。
本发明针对高含油、高含铁、高含硫、高细菌含量的油田采出水，采用新型的处理方法及工艺，从根本上解决了含油污水处理中的腐蚀结垢、滤料堵塞、水质不达标等问题，最终实现油田采出水的资源化利用。
附图说明
图1是处理油田采出水具体工艺流程示意图。
附图标号如下：1进水口；2排油口；3通水管道；4箱式沉降罐；5卸水区；6第一沉降区；7第二沉降区；8第三沉降区；9沉淀均质调节罐；10除铁剂配料箱；11除铁剂管道混合箱；12除硫剂配料箱；13除硫剂管道混合箱；14混凝剂配料箱；15混凝剂管道混合箱；16三相旋流分离罐；17污油排出口；18过滤区；19油类挡板；20斜管沉降区；21悬浮泥层区；22旋流分离区；23污泥收集区；24污泥排出口；25浮选剂配料箱；26浮选剂管道混合箱；27压力溶气气浮罐；28溶气释放箱；29溶气箱；30增压泵；31水射箱；32溶气水气泡发生装置；33杀菌剂配料箱；34杀菌剂管道混合箱；35水处理净水单元；36粗粒化装置区；37吸附除油区；38斜板高效分离区；39双滤料过滤罐；40压紧式改性纤维球过滤罐；41缓蚀阻垢剂配料箱；42缓蚀阻垢剂管道混合箱；43净水罐。
具体实施方式
如图1所示，油田采出水的整个工艺流程为：
一、油田采出水经箱式沉降罐(4)的进水口(1)进入卸水区(5)内，污水在自吸泵的作用下经通水管道(3)依次进入第一沉降区(6)、第二沉降区(7)和第三沉降区(8)进行预处理后流入卸水区，第一沉降区、第二沉降区和第三沉降区之间的侧壁高度成梯度逐级增高，使污水中的污油从由高到低逐级流入卸水区，经排油口(2)排出。
二、然后经沉淀均质调节罐(9)使油、水、固进行分离。除铁剂、除硫剂和混凝剂分别在除铁剂配料箱(10)、除硫剂配料箱(12)、混凝剂配料箱(14)配制成一定浓度后，经管线分别流入除铁剂管道混合箱(11)、除硫剂管道混合箱(13)和混凝剂管道混合箱(15)进行加药处理。
三、污水经除铁、除硫和除油除杂后，流入三相旋流分离罐(16)再次进行油、水、固的三相分离处理。污水从旋流分离区(22)的变径旋流喷管内沿切线方向高速进入旋流沉降区后，大颗粒污染物在药剂作用下聚结成较大絮凝体后经离心力及自身重力作用下沉入污泥收集区(23)，污泥经污泥排出口(24)排出；旋流作用后的污水向中心集中，形成的中心旋流柱不断上升经斜管沉降区(20)进一步使细小絮体加速沉降，再经由滤料网板构成的过滤区(18)强度吸附处理后经出水口排出，然而细小絮体在停留时间及水动力平衡综合作用下，不断积累自然形成较致密的悬浮泥层区(21)，悬浮泥层可作为一过滤层来吸附污水，它处于不断的脱落和积累的循环过程中；过滤区(18)和斜管沉降区(20)中间布设有油类挡板(19)，将分离出的油类收集至收油装置经污油排油口(17)排出。
四、浮选剂在浮选剂配料箱(25)中配制成一定浓度后，流入浮选剂管道混合箱(26)内与污水反应进行混凝处理。之后污水进入压力溶气气浮罐(27)中，达标的回注水返回至水射箱(31)中，在增压泵(30)的作用下进入溶气箱(29)中使其产生溶气水，溶气水通过溶气释放箱(28)流入待处理的水中，小气泡缓慢上升并粘附于杂质颗粒上，比水比重小的浮体上浮水面形成浮渣后被刮渣机去除；比水比重大的下沉到沉淀椎体内，间歇性地排出。由溶气箱29、增压泵30、水射箱31组成溶气水气泡发生装置32。五、气浮罐排出水流经杀菌剂管道混合箱(33)时，与杀菌剂配料箱(34)配制好的杀菌剂进行杀菌处理，之后流入水处理净水单元(35)进行净水处理。首先由粗粒化装置区(36)的上部进水，污水通过鱼文石粗粒化填料时，经“碰撞聚结”和“润湿聚结”作用，小颗粒油珠凝聚成大油珠。迅速上浮于水面而去除，污水从下部排出后，进入吸附除油区(37)中，经高效吸附除油滤料对污水中油粒进一步吸附去除；之后污水再从斜板高效分离区(38)的下部进入，经过高效斜板滤料，利用“浅层沉淀”原理，油、水、杂质实现快速分离，油上浮于水面经排油系统排出，杂质沉淀至污泥区，水从上部出水系统流出。
六、分离区排出水流入双滤料过滤罐(39)，经石英砂和无烟煤过滤介质进行粗过滤处理后，自上向下流入压紧式改性纤维球过滤罐(40)，采用压力式过滤，此滤料为改性纤维球，选用优质进口改性纤维丝以扎结而成，具备易反洗、再生能力强、过滤精度高、抗油污染、过滤阻力小和纳污量大等特点，依靠直接拦截、惯性拦截、表面吸附等机理除去水中机械杂质及油类。污水经精密过滤处理后，经缓蚀阻垢剂管道混合箱(42)时，与缓蚀阻垢剂配料箱(41)配制好的缓蚀阻垢剂反应后，进入净化罐(43)进行回注。
实施例1：高含油、高含硫、高细菌含量的油田采出水处理
1.油田采出水先经箱式沉降罐进行多级沉降预处理，去除部分悬浮物、分散油和浮油；
2.然后经沉淀均质调节罐使油、水、固进行初步分离，向采油污水中加入50～80mg/L除铁剂次氯酸钠和50～150mg/L除硫剂氯化锌，分别对污水中的铁化物和硫化物进行除铁、除硫处理；再加入1200万单元的聚丙烯酰胺有机高分子混凝剂1.0mg/L，对污水中的石油类和悬浮物等物质进行絮凝处理；
3.处理后的采油污水进入三相旋流分离罐再次进行油、水、固的三相分离处理；
4.三相分离后的采油污水加浮选剂聚合氯化铝50～100mg/L进行混凝处理后，流入压力溶气气浮罐经气浮过程进行除油除杂；
5.气浮处理后出水加杀菌剂如双烷基季铵盐类50～100mg/L进行杀菌处理后进入净水单元，经粗粒化/吸附除油/斜板分离进行深度的除油除杂净化处理；
6.净水单元出水先经粗过滤，再经精细过滤，滤后水加50mg/L以羧基乙叉二磷酸钠、氨基三甲叉磷酸和乙二胺四甲叉磷酸为主要成分的缓蚀阻垢剂进行缓蚀阻垢处理后，进入净水罐用于回注。
经上述步骤对油田采出水处理前后水质检测结果(见表1)。依据中华人民共和国石油天然气行业标准《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》(SY/T5329-2012)，延长石油股份有限公司结合自己本企业的特点，提出新的标准(见表1)，由表1的数据可以说明该油田采出水经该流程处理后完全达到注水水质要求。
表1油田采出水处理前后水质检测结果
指标 标准 采出水处理前 采出水处理后
颜色 无色 黑色 无色
透明度 透明 不透明 透明
pH 6.5-7.5 6.08 6.83
悬浮物含量，mg/L ≤2 188.33 1.95
含油量，mg/L ≤3 115.55 2.86
平均腐蚀率，mm/a ≤0.076 0.1989 0.048
硫酸盐还原菌，个/mL ≤10 103～104 0～10
腐生菌，个/mL ≤100 103～104 10～100
铁细菌，个/mL ≤100 103～104 10～100
总铁量，mg/L ≤0.5 60.45 0.38
硫化物，mg/L ≤2 125.83 1.85
实施例2：高含铁、高含油、高细菌含量的油田采出水处理
1.油田采出水先经箱式沉降罐进行多级沉降预处理，去除部分悬浮物、分散油和浮油；
2.然后经沉淀均质调节罐使油、水、固进行初步分离，向采出水中加入50～150mg/L除铁剂次氯酸钠和40～80mg/L除硫剂硫酸锌，分别对污水中的铁化物和硫化物进行除铁、除硫处理；再加入1000万单元的聚丙烯酰胺有机高分子混凝剂1.5mg/L，对污水中的石油类和悬浮物等物质进行絮凝处理；
3.处理后的采油污水进入三相旋流分离罐再次进行油、水、固的三相分离处理；
4.三相分离后的采油污水加浮选剂聚合氯化铝80～100mg/L进行混凝处理后，流入压力溶气气浮罐经气浮过程进行除油除杂；
5.气浮处理后出水加杀菌剂如异噻唑啉酮80～100mg/L进行杀菌处理后进入净水单元，经粗粒化/吸附除油/斜板分离进行深度的除油除杂净化处理；
6.净水单元出水先经粗过滤，再经精细过滤，滤后水加50～100mg/L以羧基乙叉二磷酸钠、二乙烯三胺五亚甲基膦酸和2,4-三羧酸-2-膦酸基乙烷为主要成分的缓蚀阻垢剂进行缓蚀阻垢处理后，进入净水罐用于回注。
经上述步骤对油田采出水处理前后水质检测结果(见表2)。依据中华人民共和国石油天然气行业标准《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》(SY/T5329-2012)，延长石油股份有限公司结合自己本企业的特点，提出新的标准(见表2)，由表2的数据可以说明该油田采出水经该流程处理后完全达到注水水质要求。
表2油田采出水处理前后水质检测结果
指标 标准 采出水处理前 采出水处理后
颜色 无色 黄色 无色
透明度 透明 不透明 透明
pH 6.5-7.5 6.23 7.05
悬浮物含量，mg/L ≤2 167.45 1.76
含油量，mg/L ≤3 124.38 2.92
平均腐蚀率，mm/a ≤0.076 0.1783 0.039
硫酸盐还原菌，个/mL ≤10 103～104 0～10
腐生菌，个/mL ≤100 103～104 10～100
铁细菌，个/mL ≤100 103～104 10～100
总铁量，mg/L ≤0.5 108.45 0.42
硫化物，mg/L ≤2 69.83 1.43

Claims (10)

1.一种油田采出水的处理方法及工艺流程，其特征是包含以下步骤：
(一)、油田采出水先经箱式沉降罐(4)进行多级沉降预处理，去除部分悬浮物、分散油和浮油；
(二)、然后经沉淀均质调节罐(9)使油、水、固进行初步分离，向采油污水中加入除铁剂和除硫剂，分别对污水中的铁化物和硫化物进行除铁、除硫处理；再加入有机高分子混凝剂，对污水中的石油类和悬浮物等物质进行絮凝处理；
(三)、处理后的采油污水进入三相旋流分离罐(16)再次进行油、水、固的三相分离处理；
(四)、三相分离后的采油污水加浮选剂进行混凝处理后，流入压力溶气气浮罐(27)经气浮过程进行除油除杂；
(五)、气浮处理后出水加杀菌剂进行杀菌处理后进入净水单元35，经粗粒化、吸附除油、斜板分离进行深度的除油除杂净化处理；
(六)、净水单元出水先经粗过滤，再经精细过滤，滤后水加缓蚀阻垢剂进行缓蚀阻垢处理后，进入净水罐(43)用于回注。
2.如权利要求1所述的油田采出水的处理方法及工艺流程，其特征在于所述的除铁剂是次氯酸钠或双氧水，加入量为50～500mg/L。
3.如权利要求1所述的油田采出水的处理方法及工艺流程，其特征在于所述的除硫剂是氯化锌或硫酸锌，加入量为10～500mg/L。
4.如权利要求1所述的油田采出水的处理方法及工艺流程，其特征在于所述的混凝剂是400～2000万单元的聚丙烯酰胺，加入量为0.5～10mg/L。
5.如权利要求1所述的油田采出水的处理方法及工艺流程，其特征在于所述的杀菌剂是非氧化性杀菌剂：双烷基季铵盐类、或异噻唑啉酮、或醛类，加入量为10～500mg/L。
6.如权利要求1所述的油田采出水的处理方法及工艺流程，其特征在于所述的浮选剂是聚合氯化铝或聚合氯化铁，加入量为50～1000mg/L。
7.如权利要求1所述的油田采出水的处理方法及工艺流程，其特征在于所述的阻垢缓蚀剂是羧基亚乙基二磷酸；或氨基三亚甲基膦酸；或乙二胺四亚甲基膦酸；或二乙烯三胺五亚甲基膦酸；或2,4-三羧酸-2-膦酸基乙烷，加入量为10～500mg/L。
8.如权利要求1所述的油田采出水的处理方法及工艺流程，其特征在于所述的箱式沉降罐(4)分为三级沉降区，且第一沉降区(6)、第二沉降区(7)和第三沉降区(8)之间的侧壁高度成梯度逐级增高，使污水中的污油从由高到低逐级流入卸水区后，经污油排油口(17)排出。
9.如权利要求1所述的油田采出水的处理方法及工艺流程，其特征在于所述的三相旋流分离罐(16)将原有工艺分段完成的混凝、沉淀、过滤等工序集中在一个分离罐中进行，由下部的锥形污泥收集区(23)、上部的旋流分离区(22)、斜管沉降区(20)、滤料网板过滤区(18)组成，其中斜管沉降区和滤料网板过滤区之间设有油类挡板(19)用以收集油类，上部的旋流分离区(22)和斜管沉降区(20)之间由细小絮体不断积累自然形成较致密的悬浮泥层区(21)可作为过滤层来吸附净化污水。
10.如权利要求1所述的油田采出水的处理方法及工艺流程，其特征在于所述的净水单元由粗粒化装置区(36)、吸附除油区(37)和斜板高效分离区(38)组成，利用碰撞聚结、润湿聚结、吸附和浅层沉淀作用，实现油、水、杂质的快速分离。
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