CN109422299A - 油水分离装置和油水分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油水分离装置。包括主分离腔和布置在所述主分离腔内的分离网，其中，所述分离网包括自上而下安装在主分离腔中的滤渣过滤网、过滤浮游网、破乳网以及重金属过滤网，从而在各个网之间形成了子分离腔，所述自上而下的各层网的网眼尺寸依次减小。本发明还涉及一种油水分离方法。

Description

油水分离装置和油水分离方法

技术领域

本发明涉及油气田钻完井工程和地面工程技术领域，具体地涉及一种油水分离装置。本发明还涉及一种油水分离方法。

背景技术

钻井液具有水基和油基两大类。油基钻井液体系的连续相是油，分散相是水滴。废弃油基钻井液是一种含油量较高的油包水稳定体系，其中含有油类、重金属、有机物等污染物，可能带有少量来自井筒的地层水。虽然废弃油基钻井液属于国家危险废弃物，但仍然有其回收利用的价值。

目前，国内外对废弃油基钻井液的处理，主要步骤包括固液分离、去除浮油、去除分散相和乳化油、深处理使废水达到国家排放标准。传统做法包括集中回注地层，例如，坑内密封法、焚烧回收法、填埋冷冻法、盐穴法等，以及安全填埋、固化处理、热处理、蒸馏法处理等方法处理废弃油基钻井液。

以上所述方法虽然能够回收利用废弃油基钻井液，但是，这些方法仍然存在许多不足之处。例如，回注地层的要求非常苛刻，处理成本高。安全填埋的处理成虽本低，但其只对污染物进行了封闭和隔离，并不能完全消除污染物，存在很大的环境风险隐患。同时，也无法回收所含的矿物油，造成资源的极大浪费。此外，热处理、蒸馏法等废弃油基钻井液处理方法工艺复杂、成本高。

因此，近年来发展了化学破乳、机械分离和深处理组合技术，例如水力旋流分离器、化学分离-机械脱水、化学强化分离-无害化处理、多种破乳法等。其中，水力旋流分离器是一种分离固液混合物或非均相液-液混合物的分离设备。旋流分离是根据两相或者多相混合物之间密度的差异，利用离心力实现两相或者多相分离。旋流分离是一种高效率的分离技术，可应用于含油污水处理、原油脱气、脱水、除沙和污水的静化处理等多个方面。

上述的化学分离-机械脱水法是通过使用絮凝剂沉降和机械强制分离的共同作用，从而实现废弃钻井液中的固液两相分离。

类似地，化学强化分离-无害化处理是通过在废弃油基钻井液回收油的剩余物中加入清油剂和无害化处理药剂，使其中的有害成分得到有效控制,从而达到国家污水综合排放标准。

破乳法主要有化学破乳法、加热破乳法、电场破乳法、离心破乳法、热化学破乳-离心分离法等。热化学破乳-离心分离法在一定条件下，热化学破乳-离心法处理废弃油基钻井液的脱水率和脱油率均较高。或者先向废弃油基钻井液中加入搅拌均匀的吸附剂和激活剂，随后一次性投入到钻井液中搅拌。之后，再加入絮凝剂搅拌均匀。最后，利用离心机将油分离出来，达到分离的目的。

然而，上述的各种油水的分离装置或方法仍然存在一些不足之处。例如，油水分离的要求高、处理成本高、分离效率低、分离速度慢等。

发明内容

针对至少一些如上所述的技术问题，本发明旨在提供一种油水分离装置。这种油水分离装置具有占地体积小、分离速度快、分离精度高等优点，可大大节省油水处理和分离的成本，提高分离效率。

为此，根据本发明的第一方面，提供了一种油水分离装置。包括主分离腔和布置在所述主分离腔内的分离网，其中，所述分离网包括自上而下安装在主分离腔中的滤渣过滤网、过滤浮游网、破乳网以及重金属过滤网，从而在各个网之间形成了子分离腔，所述自上而下的各层网的网眼尺寸依次减小。

在一个优选的实施例中，在所述主分离腔中布置了3层破乳网。

在一个优选的实施例中，所述自上而下安装在主分离腔中的各层网的面积依次增大。

在一个优选的实施例中，在所述主分离腔中设置有带筛眼的可拆卸的支架，所述各层网分别安装在所述带筛眼的支架上。

在一个优选的实施例中，在所述带筛眼的支架与所述各层分离网之间均设置有密封圈，所述密封圈由遇油遇水膨胀的材料制成。

在一个优选的实施例中，所述主分离腔包括预处理部分，所述预处理部分包括用于初步分离气泡和液相的U型管，以及用于二次分离气泡和液相的旋流器。

在一个优选的实施例中，在所述主分离腔的底部设置有用于盛放分离完成的混合流体的容器，在所述容器中设置有矿化度检测仪和含油率检测仪。

在一个优选的实施例中，所述容器设有第一和第二回流通道，用于在矿化度检测仪和含油率检测仪检测到所述混合流体不达标时使所述混合流体分别返回到所述重金属过滤网和破乳网的上方。

在一个优选的实施例中，所述油水分离装置包括用于盛放分离出的油或水的副腔，所述副腔包括储油腔和处于储油腔下方的储水腔。

在一个优选的实施例中，所述储油腔与所述主分离腔中的每个子分离腔之间通过能够过油阻水的渗透膜相连通。

在一个优选的实施例中，所述储水腔与所述主分离腔底部的容器之间通过能够过水阻油的反渗透膜相连通。

在一个优选的实施例中，所述各层网、渗透膜及反渗透膜均采用纳米材料制成，所述滤渣过滤网采用油水双疏材料制成。

根据本发明的第二方面，提供了一种油水分离方法，通过使用如上所述的的油水分离装置进行油水分离。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1是根据本发明的油水分离装置的结构示意图。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本发明进行介绍。

图1是根据本发明的油水分离装置100的结构示意图。如图1所示，该油水分离装置100包括主分离腔110。在主分离腔110的上部设置有入口预处理部分120。入口预处理部分120包括流体入口1、安装在流体入口1上的减压阀3、与减压阀3相连的U型管4和与U型管4的另一端相连的旋流器5。

当油水分离装置100工作时，首先，废弃钻井液从混合流体入口1进入预处理部分120。然后，经过减压阀3降低入口压力。之后，通过U型管4沉淀废弃钻井液中的大颗粒杂质，同时，实现钻井液中携带气泡和液相的初步分离。之后，通过旋流器5实现钻井液中携带气泡和液相的二次分离。分离出的气体通过设置在主分离腔顶部的排气孔6排出。

在本实施例中，在主分离腔110的中部位置布置有自上而下安装的基于纳米材料的分离网。这些分离网自上而下依次包括一层滤渣过滤网7、一层过滤浮油网8、三层破乳网9、10、11，以及一层重金属过滤网12。其中，预处理部分120的旋流器5设置在滤渣过滤网7上方，有效地避免了入口流体对滤渣过滤网7的直接冲刷，延长了滤渣过滤网7的使用寿命。如图1所示，各层网优选地等间距设置，从而在各层网之间形成了子分离腔。其中，自上而下安装在主分离腔110中的各层网的网眼尺寸依次减小。

在一个实施例中，设置的网眼尺寸分别约为70μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm，具体尺寸由实验结果确定。因此，能够过滤掉直径越来越小的杂质，从而保证过滤的精确度越来越高。同时，自上而下安装在主分离腔110中的各层网的面积依次增大。在一个实施例中，各层网的面积比根据实验结果优选为1:2:3:4:5:7。这样，可以逐步增大混合流体与各层网的接触面积，从而提高油水分离装置100的分离效率。

在本实施例中，在主分离腔110中设置有带筛眼的支架13、14、15、16、17、18，各层网分别对应安装在带筛眼的支架13、14、15、16、17、18上。安装各层网的支架可拆卸，这样便于更换分离网和对油水分离装置100的清理维护。

同时，在支架13、14、15、16、17、18与各层网之间均设置有密封圈19、20、21、22、23、24。这种密封圈由遇油遇水膨胀的材料制成。这样，在油水分离装置100工作时，密封圈19、20、21、22、23、24遇到油水便立刻膨胀，从而保证各层网的密封性。

另外，在主分离腔100的底部设置有用于盛放分离完成的混合流体的容器48。在容器48中设置有含油率检测仪25和矿化度检测仪26。容器48设有第一回流通道90和第二回流通道91。若含油率达不到标准，则分离完成的混合流体通过水力泵34经由第二回流通道91泵送回三级破乳网11的上方，再经过三级破乳网11进行破乳处理，直到含量率达到要求。同理，若矿化度达不到标准，则分离完成的混合流体通过水力泵34经由第一回流通道90泵送回重金属过滤网12的上方，再经过重金属过滤网12进行重金属过滤，直到矿化度达到要求。

如图1所示，该油水分离装置100包括用于盛放分离出的油或水的副腔130。副腔130设置在主分离腔110的一侧，包括储油腔37和处于储油腔37下方的储水腔40。储油腔37与主分离腔110中的每个子分离腔之间自上而下依次通过能够过油阻水的渗透膜42、43、44、45、46相连通。这种膜由纳米材料制成，可以让混合流体中的油进入储油腔37，而阻止水进入储油腔37，从而收集到分离出的油。

同时，储水腔40设置在油水分离装置100的副腔130的底部。储水腔40与主分离腔100底部的容器48之间通过能够过水阻油的反渗透膜47相连通。这种膜由纳米材料制成，可以让混合流体中的水进入储水腔40，而阻止油进入储水腔40，从而收集到分离出的水。

在本实施例中，在储油腔37的腔体壁上设置有出油口38和储油腔液位显示仪36。当油液面超过预定位置后，储油腔37中的油通过出油口38排出。

类似地，在储水腔40的腔体壁上设置有出水口41和储水腔液位显示仪39。当水液面超过预定位置后，储水腔40中的水通过出水口41排出。

根据本发明，在油水装置100的入口预处理部分120中和主分离腔110的各子分离腔中分别设置有压差计28、29、30、31、32、33，用于显示入口预处理部分120和各个子分离腔中的压强。各压差计均通过控制管线27与入口预处理部分120的减压阀3相连。如果压差超过设定值，则通过控制管线27控制降低入口处的可由安装在流体入口1处的流量计2显示的混合流体的流速。此外，在油水分离装置100的副腔130的处于储油腔的上方安装供电设备，用于给油水分离装置100供电。

下面简述根据本发明的油水分离装置100的工作原理及使用流程。当油水分离装置100安装好之后，待分离的废弃钻井液首先经预处理部分120进行预处理，即将气体从液相中分离出来。所分离出的气体通过设置在主分离腔顶部的排气孔6排出。

最上方的第一层分离网是滤渣过滤网7，该网由油水双疏材料制成。首先，由滤渣过滤网7过滤废弃钻井液中的滤渣，过滤掉滤渣的混合流体中的油经过过油阻水膜42进入储油腔37。剩余的混合流体中的浮油、水、油包水乳状液、重金属等成分则经过滤渣过滤网7进行下一级处理。

第二层分离网是过滤浮油网8，用于过滤混合流体中的浮油。经过浮油过滤后，混合流体中的油经过过油阻水膜43进入储油腔37，剩余的混合流体则进入下一级处理。

第三层分离网是一级破乳网9。经过滤渣和浮油过滤的混合流体经过一级破乳网9时进行初步破乳，破乳率由实验确定。油包水乳状液初步破乳后的油经过过油阻水膜44进入储油腔37，剩余的混合流体则进入下一级处理。

第四层分离网是二级破乳网10。一级破乳后的混合流体经过二级破乳网10时进行二次破乳。此时，油包水乳状液已达到很高的破乳率，破乳率由实验确定。二次破乳后的油经过过油阻水膜45进入储油腔37，剩余的混合流体则进入下一级处理。

第五层分离网是三级破乳网11。二级破乳后的混合流体经过三级破乳网11时进行三次破乳，此时油包水乳状液已达到很高的破乳率，此时基本完全破乳，破乳率由实验确定。三次破乳后的油经过过油阻水膜46进入储油腔37，剩余的混合流体则进入下一级处理。

第六层分离网是重金属过滤网12。用于过滤掉经过滤渣过滤及三次破乳后的混合流体中的重金属。过滤掉重金属的混合流体中的水经过过水阻油膜47进入储水腔40。

由此，通过油水分离装置100分离出混合流体中的油和水，其中，分离出的油储存在储油腔37中，分离出的水储存在储水腔40中。根据本发明的油水分离装置具有体积小、分离速度快、分离精度高等优点，大大节省了油水处理和分离的成本，提高了分离效率。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种油水分离装置，包括主分离腔和布置在所述主分离腔内的分离网，其中，所述分离网包括自上而下安装在主分离腔中的滤渣过滤网、过滤浮游网、破乳网以及重金属过滤网，从而在各个网之间形成了子分离腔，各层网的网眼尺寸自上而下地依次减小。

2.根据权利要求1所述的油水分离装置，其特征在于：在所述主分离腔中布置了3层破乳网。

3.根据权利要求2所述的油水分离装置，其特征在于：各层网的面积自上而下地依次增大。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的油水分离装置，其特征在于：在所述主分离腔中设置有若干带筛眼的可拆卸的支架，各层网分别安装在一个相应的支架上。

5.根据权利要求4所述的油水分离装置，其特征在于：在各个支架与相应的各层网之间均设置有密封圈，所述密封圈由遇油遇水膨胀的材料制成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的油水分离装置，其特征在于：所述主分离腔包括预处理部分，所述预处理部分包括用于初步分离气泡和液相的U型管，以及用于二次分离气泡和液相的旋流器。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的油水分离装置，其特征在于：在所述主分离腔的底部设置有用于盛放分离完成的混合流体的容器，在所述容器中设置有矿化度检测仪和含油率检测仪。

8.根据权利要求7所述的油水分离装置，其特征在于：所述容器设有第一和第二回流通道，用于在矿化度检测仪和含油率检测仪检测到所述混合流体不达标时使所述混合流体分别返回到所述重金属过滤网和破乳网的上方。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的油水分离装置，其特征在于：所述油水分离装置包括用于盛放分离出的油或水的副腔，所述副腔包括储油腔和处于储油腔下方的储水腔。

10.根据权利要求9所述的油水分离装置，其特征在于：所述储油腔与所述主分离腔中的每个子分离腔之间通过能够过油阻水的渗透膜相连通。

11.根据权利要求10所述的油水分离装置，其特征在于：所述储水腔与所述主分离腔底部的容器之间通过能够过水阻油的反渗透膜相连通。

12.根据权利要求11所述的油水分离装置，其特征在于：所述各层网、渗透膜及反渗透膜均由纳米材料制成，所述滤渣过滤网由油水双疏材料制成。

13.一种油水分离方法，其特征在于：通过使用根据权利要求1至12中任一项所述的油水分离装置进行油水分离。