CN108383300A - 一种油田稠油采出水的多级低温等离子体处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油田稠油采出水的多级低温等离子体处理方法，包括以下步骤：步骤1采用常规的稠油采出水处理方法对稠油采出水进行油水分离处理；步骤2经过步骤1处理的稠油采出水进入低温等离子体反应器内进行多级高压脉冲低温等离子体处理；步骤3将储水池的排水口排出的稠油采出水导入稠油热采注汽锅炉中回用。本发明提供的油田稠油采出水的处理方法是针对稠油采出水水质特性、高效软化稠油采出水，采用不同脉冲频率和处理时间组合的多级高压脉冲低温等离子体处理，能充分发挥不同的脉冲频率和处理时间的优势，高效软化稠油采出水，使其在省却除硅系统后仍能保证回用于热采锅炉不产生结垢问题，该方法还具有高效、无二次污染及节能的优点。

Description

一种油田稠油采出水的多级低温等离子体处理方法
技术领域
本发明涉及一种油田稠油采出水的多级低温等离子体处理方法，属于油田污水处理技术领域。
背景技术
油田稠油开发大多采用蒸汽吞吐或蒸汽驱开采的方式，这必然就产生大量的稠油废水，并且随着稠油热采方式的改变以及开采年限的增加，所产生的稠油废水量迅速上升，其水质成分复杂多变、水温较高、粘度大、油水密度差小、乳化严重、生物可降解性差、处理难度较大。同时，稠油污水在反复利用再生的过程中其含盐量和含硅量的累积导致回用锅炉出现结垢现象，不仅降低了锅炉的热效率，而且存在安全隐患问题。因此对于稠油废水的合理处置是油田公司面临的一个非常严峻的经济和技术问题。
油田处理稠油废水的流程主要分为除油、除悬浮物、除硅和软化四部分。油和悬浮物的处理工艺已成熟，工程一次投资和处理成本也较低。但除硅工艺存在加药多、硅泥量大、成本高以及后续过滤器结垢严重等问题，而且所有的除硅工艺对硅的降低幅度，达不到数量级的降低。软化处理大多采用强酸树脂和弱酸树脂固定床软化工艺，对金属离子的去除也不彻底，水中还存在ppm级低浓度含量的金属离子，因而，传统的稠油污水处理工艺存在处理后残余硅和低浓度的金属离子仍能导致热采锅炉结垢的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种油田稠油采出水的多级低温等离子体处理方法，通过采用多级高压脉冲低温等离子体对经过预处理的稠油污水进行高级氧化水处理，使稠油污水在应用于热采锅炉时不会产生结垢的问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种油田稠油采出水的多级低温等离子体处理方法，其是多级高压脉冲低温等离子体对污水进行高级氧化水处理实现软化的方法，不需要进行除硅处理仍可以得到适用于热采锅炉的、不会结垢的回用水。该方法包括以下步骤：
步骤1：采用常规的稠油采出水处理方法对稠油采出水进行油水分离处理，主要为重力沉降、浮选和过滤方法，使处理后的稠油采出水含油＜5mg/L，悬浮物＜10mg/L；
步骤2：经过步骤1处理的稠油采出水进入低温等离子体反应器内进行多级高压脉冲低温等离子体处理；所述低温等离子体反应器包括放电雾化系统、处理室和储水池，所述放电雾化系统包括8只放电喷嘴电极，处理室内镀二氧化钛膜,处理室内置活性炭组件；
步骤2.1：经过步骤1处理的稠油采出水首先通过进水口进入储水池，达到储水量后关闭进水口；
步骤2.2：由水泵将储水池中的稠油采出水送到处理室顶端位置，经绝缘接头进入与放电喷嘴相连的外套绝缘材料套管的金属进水管进行多级高压脉冲低温等离子体处理；所述多级高压脉冲低温等离子体处理为：稠油采出水自放电喷嘴电极雾化喷出，在强电场力和表面张力的作用下被雾化，以小液滴的形式分布在作为放电反应空间的处理室中；
多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为2～6级，进行电晕放电，电压9kv～13kv，脉冲上升前沿≤80ns，脉冲宽度2us～4us，脉冲频率100Hz～1000Hz，总处理时间120min～540min，每一级的脉冲频率和处理时间均不相同，上一级处理时间结束后立即调整脉冲频率直至总处理时间结束；
步骤2.3：在处理室中，利用放电等离子体紫外区域的跃迁发光，激发二氧化钛的活性，同时利用活性炭对等离子体产生的活性物种催化作用，稠油采出水脱除其中污染物，然后进入储水池；
循环步骤2.2～步骤2.3直至达到总处理时间，使稠油采出水的质量为：油含量≤0mg/L，悬浮固体含量≤2mg/L，总硬度≤0.1mg/L，钙离子、镁离子、铁离子含量均≤0.02mg/L，二氧化硅含量≤20mg/L，稠油采出水由储水池的排水口排出；
步骤3：将储水池的排水口排出的稠油采出水导入稠油热采注汽锅炉中回用。
优选地，所述步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为6级，第1级的脉冲频率900Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率700Hz～850Hz，第3级的脉冲频率550Hz～650Hz，第4级的脉冲频率400Hz～500Hz，第5级的脉冲频率300Hz～350Hz，第6级的脉冲频率100Hz～250Hz；第1级～第6级的处理时间的比例为：2:1:2:3:1:1。
优选地，所述步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为5级，第1级的脉冲频率850Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率700Hz～800Hz，第3级的脉冲频率500Hz～650Hz，第4级的脉冲频率300Hz～450Hz，第5级的脉冲频率100Hz～250Hz；第1级～第5级的处理时间的比例为：2:1:4:2:1。
优选地，所述步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为4级，第1级的脉冲频率800Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率600Hz～750Hz，第3级的脉冲频率400Hz～650Hz，第4级的脉冲频率200Hz～350Hz；第1级～第4级的处理时间的比例为：3:1:4:2。
优选地，所述步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为3级，第1级的脉冲频率400Hz～600Hz，第2级的脉冲频率800Hz～1000Hz，第3级的脉冲频率400Hz～600Hz；第1级～第3级的处理时间的比例为：3:4:3。
优选地，所述步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为2级，第1级的脉冲频率800Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率400Hz～600Hz；第1级～第2级的处理时间的比例为：3:7。
优选地，所述步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为3级，第1级的脉冲频率800Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率400Hz～600Hz，第3级的脉冲频率800Hz～1000Hz；第1级～第3级的处理时间的比例为：2:6:2。
优选地，所述步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为3级，第1级的脉冲频率800Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率400Hz～600Hz，第3级的脉冲频率200Hz～300Hz；第1级～第3级的处理时间的比例为：2:6:2。
优选地，所述步骤2中处理室由不锈钢材料制成的圆柱壳体；活性炭组件由活性炭圆柱套Ⅰ和活性炭圆柱套Ⅱ组成，活性炭圆柱套Ⅰ和活性炭圆柱套Ⅱ由活性炭材料制成的圆柱套体，活性炭圆柱套Ⅰ的外径小于处理室内径并与处理室内壁形成空间，活性炭圆柱套Ⅱ在活性炭圆柱套Ⅰ内，活性炭圆柱套Ⅰ内壁与活性炭圆柱套Ⅰ外壁形成空间，活性炭圆柱套Ⅰ和活性炭圆柱套Ⅱ的壁厚2～10毫米，活性炭圆柱套Ⅰ和活性炭圆柱套Ⅱ的壁厚的高度相等且其高度为处理室底部到电喷嘴电极底部的距离的0.7～0.8倍，活性炭圆柱套Ⅰ的底部和活性炭圆柱套Ⅱ的底部开有多个凹槽以便稠油采出水流入储水池。
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
本发明提供的油田稠油采出水的处理方法是针对稠油采出水水质特性、高效软化稠油采出水，采用不同脉冲频率和处理时间组合的多级高压脉冲低温等离子体处理，能充分发挥不同的脉冲频率和处理时间的优势，高效软化稠油采出水，使其在省却除硅系统后仍能保证回用于热采锅炉不产生结垢问题，该方法还具有高效、无二次污染及节能的优点。
附图说明
图1为本发明的低温等离子体反应器结构图；
图2为本发明的放电喷嘴电极结构俯视图；
图3为本发明的放电喷嘴电极结构侧视图。
图中：1、高压接入点，2、绝缘套管，3、放电雾化系统，4、二氧化钛膜，5、处理室，6、绝缘接头，7、进水管，8、水泵，9、出水管，10、储水池，11、待处理水，12、水管，13、放电喷嘴电极，14、连接水管，15、活性炭圆柱套Ⅰ，16、进水口，17、出水口，18、凹槽，19、活性炭圆柱套Ⅱ。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
在下述实施例1～8中：处理室5由不锈钢材料制成的圆柱壳体；活性炭组件由活性炭圆柱套Ⅰ15和活性炭圆柱套Ⅱ19组成，活性炭圆柱套Ⅰ和活性炭圆柱套Ⅱ由活性炭材料制成的圆柱套体，活性炭圆柱套Ⅰ的外径小于处理室内径并与处理室内壁形成空间，活性炭圆柱套Ⅱ在活性炭圆柱套Ⅰ内，活性炭圆柱套Ⅰ内壁与活性炭圆柱套Ⅰ外壁形成空间，活性炭圆柱套Ⅰ和活性炭圆柱套Ⅱ的壁厚2～10毫米，活性炭圆柱套Ⅰ和活性炭圆柱套Ⅱ的壁厚的高度相等且其高度为处理室底部到电喷嘴电极底部的距离的0.7～0.8倍，活性炭圆柱套Ⅰ的底部和活性炭圆柱套Ⅱ的底部开有多个凹槽18以便稠油采出水流入储水池，采用两个活性炭圆柱套，增加了稠油采出水流经活性炭圆柱套的面积，提高了活性炭对等离子体产生的活性物种催化作用。进水管7外套绝缘套管2，通过进水管进入绝缘套管之前的高压接入点1为系统供电。放电雾化系统3由8只放电喷嘴电极13和连接水管14组成。经过油水分离处理的稠油采出水11由水泵8自储水池10抽起，经水管12和绝缘接头6、进水管7进入放电雾化系统3，在处理室被净化后，由出水管9回到储水池10，开始下一次循环处理。处理室接地，出水管由不锈钢等金属材料制成，绝缘套管2由聚四氟乙烯等绝缘材料制成，进水管由金属材料制成。放电喷嘴电极由不锈钢等耐腐蚀的金属材料制成：内径5mm，壁厚2mm，喷嘴长25mm。连接水管由不锈钢等耐腐蚀的金属材料制成。储水池材料可由不锈钢或玻璃等材料制成。
实施例1
本实施例提供了一种稠油污水深度软化方法，其包括以下具体步骤：
步骤1：采用常规的稠油采出水处理方法对稠油采出水进行油水分离处理，主要为重力沉降、浮选和过滤方法，使处理后的稠油采出水含油＜5mg/L，悬浮物＜10mg/L；
步骤2：经过步骤1处理的稠油采出水进入低温等离子体反应器内进行多级高压脉冲低温等离子体处理；所述低温等离子体反应器包括放电雾化系统、处理室和储水池，所述放电雾化系统包括8只放电喷嘴电极，处理室内镀二氧化钛膜,处理室内置活性炭组件；
步骤2.1：经过步骤1处理的稠油采出水首先通过进水口进入储水池，达到储水量后关闭进水口；
步骤2.2：由水泵将储水池中的稠油采出水送到处理室顶端位置，经绝缘接头进入与放电喷嘴相连的外套绝缘材料套管的金属进水管进行多级高压脉冲低温等离子体处理；所述多级高压脉冲低温等离子体处理为：稠油采出水自放电喷嘴电极雾化喷出，在强电场力和表面张力的作用下被雾化，以小液滴的形式分布在作为放电反应空间的处理室中；
多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为2～6级，进行电晕放电，电压9kv～13kv，脉冲上升前沿≤80ns，脉冲宽度2us～4us，脉冲频率100Hz～1000Hz，总处理时间120min～540min，每一级的脉冲频率和处理时间均不相同，上一级处理时间结束后立即调整脉冲频率直至总处理时间结束；
步骤2.3：在处理室中，利用放电等离子体紫外区域的跃迁发光，激发二氧化钛的活性，同时利用活性炭对等离子体产生的活性物种催化作用，稠油采出水脱除其中污染物，然后进入储水池；
循环步骤2.2～步骤2.3直至达到总处理时间，使稠油采出水的质量为：油含量≤0mg/L，悬浮固体含量≤2mg/L，总硬度≤0.1mg/L，钙离子、镁离子、铁离子含量均≤0.02mg/L，二氧化硅含量≤20mg/L，稠油采出水由储水池的排水口排出；
步骤3：将储水池的排水口排出的稠油采出水导入稠油热采注汽锅炉中回用。
实施例2
本实施例提供了一种稠油污水深度软化方法，其具体步骤与实施例1不同之处为：
步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为6级，第1级的脉冲频率900Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率700Hz～850Hz，第3级的脉冲频率550Hz～650Hz，第4级的脉冲频率400Hz～500Hz，第5级的脉冲频率300Hz～350Hz，第6级的脉冲频率100Hz～250Hz；第1级～第6级的处理时间的比例为：2:1:2:3:1:1。
实施例3
本实施例提供了一种稠油污水深度软化方法，其具体步骤与实施例1不同之处为：
步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为5级，第1级的脉冲频率850Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率700Hz～800Hz，第3级的脉冲频率500Hz～650Hz，第4级的脉冲频率300Hz～450Hz，第5级的脉冲频率100Hz～250Hz；第1级～第5级的处理时间的比例为：2:1:4:2:1。
实施例4
本实施例提供了一种稠油污水深度软化方法，其具体步骤与实施例1不同之处为：
步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为4级，第1级的脉冲频率800Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率600Hz～750Hz，第3级的脉冲频率400Hz～650Hz，第4级的脉冲频率200Hz～350Hz；第1级～第4级的处理时间的比例为：3:1:4:2。
实施例5
本实施例提供了一种稠油污水深度软化方法，其具体步骤与实施例1不同之处为：
步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为3级，第1级的脉冲频率400Hz～600Hz，第2级的脉冲频率800Hz～1000Hz，第3级的脉冲频率400Hz～600Hz；第1级～第3级的处理时间的比例为：3:4:3。
实施例6
本实施例提供了一种稠油污水深度软化方法，其具体步骤与实施例1不同之处为：
步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为2级，第1级的脉冲频率800Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率400Hz～600Hz；第1级～第2级的处理时间的比例为：3:7。
实施例7
本实施例提供了一种稠油污水深度软化方法，其具体步骤与实施例1不同之处为：
步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为3级，第1级的脉冲频率800Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率400Hz～600Hz，第3级的脉冲频率800Hz～1000Hz；第1级～第3级的处理时间的比例为：2:6:2。
实施例8
本实施例提供了一种稠油污水深度软化方法，其具体步骤与实施例1不同之处为：
步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为3级，第1级的脉冲频率800Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率400Hz～600Hz，第3级的脉冲频率200Hz～300Hz；第1级～第3级的处理时间的比例为：2:6:2。
本实施例1～8中，低温等离子体与稠油采出水产生了一系列复杂的物理、化学过程，使水中的部分有机物最终矿化为CO2和H2O；加之低温等离子体能促进溶液中金属离子沉淀，在二氧化钛和活性炭的协同作用下，有效地降低了稠油采出水的杂质。不同的脉冲频率和处理时间对处理油及不同的有机物有不同的效果，去除二氧化硅的最佳脉冲频率为400Hz～600Hz，除此以外，脉冲频率越高效果越好，但脉冲频率越高能耗越大，采用不同脉冲频率和处理时间组合的多级高压脉冲低温等离子体处理，能充分发挥不同的脉冲频率和处理时间的优势，高效软化稠油采出水，同时能节约能源。
采用本实施例1～8提供的方法处理后得到的稠油污水的质量为：油含量≤0mg/L，悬浮固体含量≤2mg/L，总硬度≤0.1mg/L，钙离子、镁离子、铁离子含量均≤0.02mg/L，二氧化硅含量≤20mg/L，所得到的稠油污水已经被深度软化。

Claims (9)

1.一种油田稠油采出水的多级低温等离子体处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采用常规的稠油采出水处理方法对稠油采出水进行油水分离处理，主要为重力沉降、浮选和过滤方法，使处理后的稠油采出水含油＜5mg/L，悬浮物＜10mg/L；
步骤2：经过步骤1处理的稠油采出水进入低温等离子体反应器内进行多级高压脉冲低温等离子体处理；所述低温等离子体反应器包括放电雾化系统、处理室和储水池，所述放电雾化系统包括8只放电喷嘴电极，处理室内镀二氧化钛膜,处理室内置活性炭组件；
步骤2.1：经过步骤1处理的稠油采出水首先通过进水口进入储水池，达到储水量后关闭进水口；
步骤2.2：由水泵将储水池中的稠油采出水送到处理室顶端位置，经绝缘接头进入与放电喷嘴相连的外套绝缘材料套管的金属进水管进行多级高压脉冲低温等离子体处理；所述多级高压脉冲低温等离子体处理为：稠油采出水自放电喷嘴电极雾化喷出，在强电场力和表面张力的作用下被雾化，以小液滴的形式分布在作为放电反应空间的处理室中；
多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为2～6级，进行电晕放电，电压9kv～13kv，脉冲上升前沿≤80ns，脉冲宽度2us～4us，脉冲频率100Hz～1000Hz，总处理时间120min～540min，每一级的脉冲频率和处理时间均不相同，上一级处理时间结束后立即调整脉冲频率直至总处理时间结束；
步骤2.3：在处理室中，利用放电等离子体紫外区域的跃迁发光，激发二氧化钛的活性，同时利用活性炭对等离子体产生的活性物种催化作用，稠油采出水脱除其中污染物，然后进入储水池；
循环步骤2.2～步骤2.3直至达到总处理时间，使稠油采出水的质量为：油含量≤0mg/L，悬浮固体含量≤2mg/L，总硬度≤0.1mg/L，钙离子、镁离子、铁离子含量均≤0.02mg/L，二氧化硅含量≤20mg/L，稠油采出水由储水池的排水口排出；
步骤3：将储水池的排水口排出的稠油采出水导入稠油热采注汽锅炉中回用。
2.如权利要求1所述的一种油田稠油采出水的多级低温等离子体处理方法，其特征在于，所述步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为6级，第1级的脉冲频率900Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率700Hz～850Hz，第3级的脉冲频率550Hz～650Hz，第4级的脉冲频率400Hz～500Hz，第5级的脉冲频率300Hz～350Hz，第6级的脉冲频率100Hz～250Hz；第1级～第6级的处理时间的比例为：2:1:2:3:1:1。
3.如权利要求1所述的一种油田稠油采出水的多级低温等离子体处理方法，其特征在于，所述步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为5级，第1级的脉冲频率850Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率700Hz～800Hz，第3级的脉冲频率500Hz～650Hz，第4级的脉冲频率300Hz～450Hz，第5级的脉冲频率100Hz～250Hz；第1级～第5级的处理时间的比例为：2:1:4:2:1。
4.如权利要求1所述的一种油田稠油采出水的多级低温等离子体处理方法，其特征在于，所述步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为4级，第1级的脉冲频率800Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率600Hz～750Hz，第3级的脉冲频率400Hz～650Hz，第4级的脉冲频率200Hz～350Hz；第1级～第4级的处理时间的比例为：3:1:4:2。
5.如权利要求1所述的一种油田稠油采出水的多级低温等离子体处理方法，其特征在于，所述步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为3级，第1级的脉冲频率400Hz～600Hz，第2级的脉冲频率800Hz～1000Hz，第3级的脉冲频率400Hz～600Hz；第1级～第3级的处理时间的比例为：3:4:3。
6.如权利要求1所述的一种油田稠油采出水的多级低温等离子体处理方法，其特征在于，所述步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为2级，第1级的脉冲频率800Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率400Hz～600Hz；第1级～第2级的处理时间的比例为：3:7。
7.如权利要求1所述的一种油田稠油采出水的多级低温等离子体处理方法，其特征在于，所述步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为3级，第1级的脉冲频率800Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率400Hz～600Hz，第3级的脉冲频率800Hz～1000Hz；第1级～第3级的处理时间的比例为：2:6:2。
8.如权利要求1所述的一种油田稠油采出水的多级低温等离子体处理方法，其特征在于，所述步骤2.1中多级高压脉冲低温等离子体处理的级数为3级，第1级的脉冲频率800Hz～1000Hz，第2级的脉冲频率400Hz～600Hz，第3级的脉冲频率200Hz～300Hz；第1级～第3级的处理时间的比例为：2:6:2。
9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一种油田稠油采出水的多级低温等离子体处理方法，其特征在于，所述步骤2中处理室由不锈钢材料制成的圆柱壳体；活性炭组件由活性炭圆柱套Ⅰ和活性炭圆柱套Ⅱ组成，活性炭圆柱套Ⅰ和活性炭圆柱套Ⅱ由活性炭材料制成的圆柱套体，活性炭圆柱套Ⅰ的外径小于处理室内径并与处理室内壁形成空间，活性炭圆柱套Ⅱ在活性炭圆柱套Ⅰ内，活性炭圆柱套Ⅰ内壁与活性炭圆柱套Ⅰ外壁形成空间，活性炭圆柱套Ⅰ和活性炭圆柱套Ⅱ的壁厚2～10毫米，活性炭圆柱套Ⅰ和活性炭圆柱套Ⅱ的壁厚的高度相等且其高度为处理室底部到电喷嘴电极底部的距离的0.7～0.8倍，活性炭圆柱套Ⅰ的底部和活性炭圆柱套Ⅱ的底部开有多个凹槽以便稠油采出水流入储水池。
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