CN110510798B - 一种用微气泡深度处理三元复合驱采出水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用微气泡深度处理三元复合驱采出水的方法，其方法包括污水过滤除去≥40μm固体悬浮物；电磁防垢；以微气泡发生、微气泡—水混合、污水射流增压、油珠悬浮物与微气泡聚结、旋流分离作为一个处理单元，按分别发生和使用的微气泡粒径＜4μm、＜10μm、＜25μm、＜60μm级别不同，将污水处理分割成相应的处理单元，按由小到大逐级处理的顺序依次进行。每一级处理单元发生本级的微气泡；微气泡与油珠和悬浮物颗粒混合、聚结；水力旋流器进行油—水旋流分离；本发明采用机械或物理方法处理污水，技术经济性好，安全环保，适合于三元复合驱采出水、聚合物驱采出水、稠油采出水的深度处理，也适用于其他类似的含微细悬浮物、高度乳化、高粘度污水的处理。

Description

一种用微气泡深度处理三元复合驱采出水的方法

技术领域

本发明涉及三元复合驱采出水的处理，具体说是一种用微气泡深度处理三元复合驱采出水的方法。本方法也可以应用于聚合物驱采出水、稠油采出水或其他类似的含微细油珠和悬浮物、高度乳化、高粘度污水的处理。

背景技术

目前，各油田为进一步提高原油采收率都逐步采用聚合物驱工艺技术，并且向三元复合驱发展。与聚合物驱相比，三元复合驱增加了强碱性的表面活性剂。在多元化学药剂的作用下，采出液乳化强度更大，界面性质变得复杂，悬浮物固体含量增加，粒度变细，油水分离困难。为满足三元复合驱采出液脱水的需要，在研发应用新型高效处理设备的同时，研发应用了各种高效破乳剂。这些高效破乳剂一部分进入油相，还有一部分则进入水相中，使采出水的成分更加复杂。上述原油开采的生产工艺决定了三元复合驱采出水的特殊性质。试验表明，随着采出污水中三元聚合物浓度含量的增高，其粘度相应增加，导致污水中颗粒的分离速度降低，油珠之间、悬浮物固体之间排斥力增大，难以聚并。同时悬浮固体颗粒粒径比较小，且基本呈现悬浮状态，稳定性比较好，沉降性差，直接影响了沉降处理设备的去除效率。

如大庆油田的水驱采出水处理站处理液全部见聚合物后，含油污水的水质特性发生了变化：粘度1.0mPa.s以上，油珠颗粒细小，粒径10μm左右，污水电位-20.0mV以上，油珠浮升速度仅为水驱的1/10左右，悬浮固体粒径中值1-4μm。由于采出水中存在大量硫酸盐还原菌，将污水中SO₄ ^2-中的S^6-还原成S^2-，S^2-造成设备容器腐蚀，同时产生大量的硫化物。硫化物的颗粒比较细小，一般集中在1-10μm。这些细小的硫化物颗粒与污水中的油珠或其他有机物结合，形成稳定性好、沉降特性差、穿透滤料能力强的颗粒，进而造成现有沉降、过滤工艺很难与之适应。随着聚合物含量的增加，污水中的油珠多以小颗粒乳化油状态存在，难以去除。而含油污水中的悬浮固体颗粒粒径更为细小，难以沉降，基本呈现不沉不浮的悬浮状态。大庆油田聚合物驱含油污水处理工艺在采用“自然沉降+混凝沉降+压力过滤”三段处理流程的情况下，一次沉降时间由水驱时的4h延长至8h，二次沉降时间由2h延长至4h，滤速也由16m/h降低至8m/h，处理后的水质基本达到含油20mg/L，含悬浮物20mg/L，悬浮物粒径5μm的高渗透层回注水水质要求。但还不能满足中渗透层聚合物驱回注水含油15mg/L，含悬浮物15mg/L，悬浮物粒径3μm的要求。更达不到低渗透层聚合物驱回注水含油5mg/L，含悬浮物5mg/L，悬浮物粒径1μm的水质标准。

据《油气田地面工程关键技术》（汤林等著，石油工业出版社 2014年5月第1版）报道，针对更复杂的三元复合驱采出水，大庆油田在试验区研发并应用了“曝气沉降、高效聚结+气浮分离+石英砂双层过滤+海绿石双层过滤”的四段处理工艺技术，试验区采出水中聚合物含量1000mg/L，表面活性剂含量150mg/L，PH值为10.1，通过投加水质稳定剂WS1002后，在滤速较低的情况下，处理后的水质能够达标，目前现场试验仍在进行当中。

高浓度聚合物驱和三元复合驱将是老油田实现原油稳产的主力，而技术攻关的重点是采出水的达标处理，由于采出水的成分复杂、粘度高，油水分离和悬浮物的去除非常困难，寻找到经济和技术上都可行的处理工艺是重要攻关方向。

发明内容

鉴于上述三元复合驱采出水处理的难题，本发明旨在提供一种用微气泡深度处理三元复合驱采出水的方法。本方法也可以应用于聚合物驱采出水、稠油采出水或其他类似的含微细油珠和悬浮物、高度乳化、高粘度污水的处理。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种用微气泡深度处理三元复合驱采出水的方法，具体流程包括：

a 污水过滤

污水泵将污水引入过滤器，过滤精度≤0.040mm，对全部污水去除40μm以上的固体悬浮物颗粒，过滤浓缩液用污泥脱水机分出固相污泥，而所有滤液则进入微气泡处理工艺流程。

b.电磁防垢处理

用电磁防垢器对a步骤过滤后的全部污水做电磁防垢处理，防止高矿化度的含油污水在水处理流程的设备和管线内壁结垢而发生堵塞；

c.微气泡处理流程按粒径等级从小到大逐级分成相应的处理单元并依次进行

污水电磁防垢后，以微气泡发生、微气泡—水混合、污水射流增压、油珠悬浮物与微气泡聚结、旋流分离五个过程作为一个处理单元，按发生和使用的微气泡粒径级别不同，将污水处理分割成＜4μm、＜10μm、＜25μm、＜60μm处理单元，并依次逐级递增的次序分别进行处理；每一级处理单元发生本级的微气泡，设备包括大气泡分离器分别和微气泡发生器Ⅰ、微气泡发生器Ⅱ、微气泡发生器Ⅲ；各级大气泡分离器旋流去除不符合本级粒径要求的大气泡，大气泡气分别都排入溢流气泡沫管；微气泡发生器Ⅰ在第一级处理单元发生粒径＜4μm级的空气微气泡的微气泡水；微气泡发生器Ⅱ在第二级处理单元发生粒径＜10μm级的空气微气泡的微气泡水；微气泡发生器Ⅲ在第三级处理单元发生粒径＜25μm级的空气微气泡的微气泡水；以此类推，直至第N级处理单元发生粒径＜60μm级的空气微气泡的微气泡水；

d. 微气泡与油珠和悬浮物颗粒混合、聚结

每一级处理单元用混合器（内件为高效传质填料）将微气泡水与污水快速充分混合，操作压力为0.4-0.6MPa，微气泡（水）压力为0.45-0.7MPa；然后再用聚结器（内件为高效聚结滤芯或聚结波纹板）促使微气泡与油珠和悬浮物颗粒充分混合、碰撞、吸附，聚结成大一级或更大粒径的黏附颗粒，污水在聚结器中以层流状态流动为宜，水力停留时间60s；

e 污水射流增压

每一级处理单元的射流增压器（射流泵）对污水增压，压力为0.8-1.0MPa；射流增压器设置在聚结器之前，用高压回流泵取处理后的净水回流10-15%作为射流增压的喷射介质；

f.旋流分离器进行油—水旋流分离

每一级处理单元的油滴和悬浮物与微气泡吸附聚结后，随即用旋流分离器分离出黏附物。根据污水处理量，旋流分离器内由若干支超级水力旋流管组装而成，正常操作压力0.8-1.0MPa，溢流比1-5%，压差比1.5—2.5,以达到最佳分离效果；

g. 微细油珠和悬浮物的逐级聚结长大和分离

将微气泡粒径按1.5-10倍的级差关系逐级分级，每相邻两级的粒径差以2-5倍最佳。相邻两级或三级的微气泡粒径在同一个数量级，保证前一级未被旋流分离器去除的细小油珠和悬浮物仍然可以在下一级、下二级的混合器、聚结器中与大一级或大二级的微气泡继续发生充分有效碰撞、吸附并逐级聚结长大，最终成为＞25-30μm大颗粒的黏附物而被旋流分离器分离去除；

h. 微气泡介质循环

每一级处理单元所需本级的空气微气泡（水）由每一级的微气泡发生器和大气泡分离器组合发生，每一级的大气泡分离器分别和微气泡发生器Ⅰ、微气泡发生器Ⅱ、微气泡发生器Ⅲ与空气压缩机、空气精密过滤器、高压回水泵和精密过滤器相联；空气压缩机采用无油静音螺杆压缩机或涡旋压缩机提供微气泡介质空气，输出压力0.8-1.0MPa；空气精密过滤器去除压缩空气中1-5μm以上的固体颗粒，保证不发生微气泡流道堵塞，高压回水泵用高压离心泵或螺杆泵将处理后10-15%净水回流增压，分别驱动每一级处理单元的射流增压器（射流泵），同时为每一级处理单元的微气泡发生器提供微气泡介质水。精密过滤器作为保安过滤器，过滤精度＜2μm，确保微气泡发生用水中已除去>2μm悬浮物。

本发明的优点和产生的有益效果：

（1）技术经济性好

本发明以空气作工艺介质，采用机械或物理方法不仅解决了三元复合驱采出水中大量＜20-10μm以下乳化油珠和悬浮物的去除难题，而且还完全保留了三元复合驱母液原始的化学成分，最大程度满足了油田生产需要。

（2）无原料成本

以空气作吸附剂和浮选剂，就地取材，没有原料成本。

（3）除油、除悬浮物效果好

本发明的工艺流程从最小粒径级别的微气泡（＜4μm）与最小粒径级别的油珠和悬浮物（＜4μm）碰撞、吸附、聚结、旋流分离的处理单元开始，逐级用增大粒径级别（＜10μm、＜25μm、＜60μm等）的处理单元操作，迫使细小的油珠和悬浮物与微气泡逐级吸附、聚结长大，并最终通过旋流分离从污水中分离出来。

（4）安全、环保

本发明使用机械或物理方法，无需化学药剂，无二次污染问题。处理后尾气仍为空气，根据需要可以密闭循环使用，也可以直接排放大气，安全环保。

（5）处理效率高、装置占地面积小

微气泡—水的混合和旋流分离器的油—水分离，所需时间都在几秒钟之内，聚结过程的水力停留时间设计为60秒钟。各项设备处理效率高、装置紧凑，橇装式结构，占地面积小。

（6）动力消耗少、操作成本低

以10M³/h的处理橇为例，需输送污水用10M³/h螺杆泵5.5KW、电磁防垢器0.45KW、发生微气泡用220L/min无油静音螺杆压缩机1.1KW、净水回流用2.5M³/h、4.0KW高压螺杆泵、污油泥脱水用0.1M³/h叠螺（或串螺）污泥脱水机0.2KW,橇装置内无需其他动力传动机械设备，该橇总消耗功率7.65KW，折合水处理操作成本（电耗）约0.77元/M³。该橇尺寸为2.2×7.0×3m，质量约6000Kg，设备维护检修工作量少。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

本发明以某油田典型的三元复合驱采出水为对象，处理量10M³/h，污水密度0.998g/cm³，原油密度0.86g/cm³，污水含油100-180mg/L，含悬浮物22-50mg/L，聚合物含量1100-1300mg/L，表面活性剂含量122-200mg/L，粘度4.9-5.2mPa.S ,总矿化度14800-20500mg/L，PH值11.8-12.2，油珠和悬浮物粒径主要分布在20μm以下。分别经4μm、10μm、25μm空气微气泡三级处理单元逐级进行混合吸附、聚结和旋流分离器分离处理，处理后水质达到含油5mg/L，含悬浮物1mg/L，悬浮物粒径1μm的回注水水质标准。

下面，结合附图，对本发明的技术方案再作进一步的说明：

一种用微气泡深度处理三元复合驱采出水的工艺方法，其步骤是：

（1）污水泵将污水引入过滤器

用离心泵或螺杆泵做污水泵1，扬程40-60m，输出压力0.4-0.6MPa。污水泵1将三元复合驱采出水（简称污水）从除油罐引入过滤器2。离心泵的操作温度20-50°C。

（2）过滤器去除40μm以上的固体悬浮物颗粒

从除油罐来的污水经过十字过滤（或称错流过滤）形式的过滤器2，过滤精度≤0.040mm（40μm），对全部污水去除40μm以上的固体悬浮物颗粒，保证对整个工艺流程的所有设备不会发生固体颗粒堵塞。过滤浓缩液用污泥脱水机8分出固相污泥，而所有滤液则进入微气泡处理工艺流程。

（3）电磁防垢处理

在进入微气泡处理流程前，上述过滤后的全部污水流经电磁防垢器3，以防止污水在本处理装置的设备和管线中结垢，使Ca²⁺、Mg²⁺等金属离子的极性在污水中进行有序排列并在1000m 流程内保持其“极性记忆”，而不再与管道金属发生极性吸引而沉淀结垢。

（4）微气泡处理流程按粒径等级从小到大逐级分成相应的处理单元并依次进行

污水电磁防垢后，以微气泡发生、微气泡—水混合、污水射流增压、油珠悬浮物与微气泡聚结、旋流分离5个过程（级）作为一个处理单元，按发生和使用的微气泡粒径级别不同，将污水处理分割成＜4μm、＜10μm、＜25μm处理单元，并依次逐级递增的次序分别进行处理。在每一级处理单元中，混合器4通过射流增压器5和聚结器6，将本级处理单元的微气泡＜4μm或＜10μm或＜25μm与全部污水快速充分混合、增压、碰撞吸附油珠悬浮物，微气泡与油珠悬浮物的黏附颗粒发生聚结后用旋流分离器7从污水中分离出来。

（5）每一级处理单元发生本级的微气泡

每一级处理单元所需本级的空气微气泡（水）由每一级的微气泡发生器和大气泡分离器组合发生。微气泡发生器Ⅰ11在第一级处理单元发生粒径＜4μm级的空气微气泡的微气泡水；微气泡发生器Ⅱ 13在第二级处理单元发生粒径＜10μm级的空气微气泡的微气泡水；微气泡发生器Ⅲ 14在第三级处理单元发生粒径＜25μm级的空气微气泡的微气泡水。各级的大气泡分离器12分别旋流去除不符合本级粒径要求的大气泡，各级的大气泡气分别都排入溢流气泡沫管。

（6）微气泡与污水的混合

每一级处理单元的混合器4内装有高效传质填料，促使微气泡与污水快速充分混合和传质反应。混合器4操作压力为0.4-0.6MPa，微气泡水压力为0.45-0.7MPa。

（7）射流增压

在每一级处理单元中，用射流增压器5（射流泵）对混合微气泡（水）的污水增压，使每一级旋流分离器7维持0.8-1.0MPa操作压力，射流增压器5射流量与该一级旋流分离器7的溢流量（1-5%）相等，以维持装置的物料平衡。

（8）微细油珠和悬浮物的聚结

在每一级处理单元中，聚结器6采用高效聚结滤芯或聚结波纹板内件结构，污水在聚结器6中的水力停留时间60s，且以层流状态流动促使微气泡与油珠和悬浮物颗粒充分混合、碰撞、吸附，聚结成大粒径的黏附颗粒。

（9）旋流分离器进行油—水旋流分离

每一级处理单元的油滴和悬浮物与微气泡吸附聚结后，随即用旋流分离器7分离出黏附物。根据污水处理量，旋流分离器7由若干支超级水力旋流管组合而成。每一支超级水力旋流管的额定处理量为1M³/h，在正常操作压力0.8-1.0MPa时，溢流比1-5%，压差比1.5—2.5,污水切向进入超级水力旋流管后在锥形段高速旋转，产生500-1000g的离心加速度（g为重力加速度9.81m/s²）。超级水力旋流相当于对油珠和悬浮物在污水中的自然重力沉降增加了500-1000倍的分离力量，在油—水密度差＞0.05-0.1g/cm³的含油污水处理时，可旋流分离出＜25μm的油珠和悬浮物。

（10）污泥脱水

经过滤器2过滤的浓缩液用污泥脱水机8对旋流分离器7溢流口排出的污油泥和大气泡分离器12排出的气体进行气-液-固三相分离。分离的空气排放大气中，污油经脱水后成为商品原油，产生的极少量固体污泥按固废物处理。

（11）微细油珠和悬浮物的逐级聚结长大和分离

污水中粒径较小的油珠和悬浮物以及空气微气泡（＜25μm）包括已经发生吸附但黏附物粒径过小仍不足以用旋流分离器分离的黏附颗粒（＜25μm）则随污水进入下一级处理单元，重复微气泡（大一级）混合吸附、聚结过程。

由于每相邻两级的粒径差只是2倍关系，在同一个数量级，所以前一级未被旋流分离去除的细小油珠和悬浮物仍然可以在下一级、下二级的混合器、聚结器中继续与大一级或大二级的微气泡发生充分有效碰撞、吸附和逐级聚结长大，成为大颗粒后的黏附物（＞25-30μm），最终可被旋流分离器分离出来。

（12）微气泡介质循环

每一级的大气泡分离器12分别和微气泡发生器Ⅰ11、微气泡发生器Ⅱ13、微气泡发生器Ⅲ14与空气压缩机9、空气精密过滤器10、高压回水泵15和精密过滤器16相联。空气压缩机9采用无油静音螺杆压缩机或涡旋压缩机提供微气泡介质空气，输出压力0.8-1.0MPa；空气精密过滤器10去除压缩空气中1-5μm以上的固体颗粒，保证不发生微气泡流道堵塞。高压回水泵15用高压离心泵或螺杆泵将处理后净水的一部分（10-15%）回流增压，分别驱动每一级处理单元的射流增压器5（射流泵），同时为每一级处理单元的微气泡发生器提供微气泡介质水。精密过滤器16作为保安过滤器，过滤精密＜2μm，确保微气泡发生用水中已除>2μm悬浮物。

Claims (1)

1.一种用微气泡深度处理三元复合驱采出水的方法，具体流程包括：

a. 污水过滤

污水泵（1）将污水引入过滤器（2），过滤精度≤0.040mm，对全部污水去除40μm以上的固体悬浮物颗粒，过滤浓缩液用污泥脱水机（8）分出固相污泥，而所有滤液则进入微气泡处理工艺流程;

b. 电磁防垢处理

用电磁防垢器（3）对a步骤过滤后的全部污水做电磁防垢处理，防止高矿化度的含油污水在水处理流程的设备和管线内壁结垢而发生堵塞；

c. 微气泡处理流程按粒径等级从小到大逐级分成相应的处理单元并依次进行

污水电磁防垢后，以微气泡发生、微气泡—水混合、污水射流增压、油珠悬浮物与微气泡聚结、旋流分离五个过程作为一个处理单元，按发生和使用的微气泡粒径级别不同，将污水处理微气泡粒径分割成＜4μm、＜10μm、＜25μm、＜60μm处理单元，并依次逐级递增的次序分别进行处理；每一级处理单元发生本级的微气泡，设备包括大气泡分离器（12）、微气泡发生器Ⅰ（11）、微气泡发生器Ⅱ（13）、微气泡发生器Ⅲ（14）；各级大气泡分离器（12）旋流去除不符合本级粒径要求的大气泡，大气泡分别都排入溢流气泡沫管；微气泡发生器Ⅰ（11）在第一级处理单元发生粒径＜4μm级的空气微气泡的微气泡水；微气泡发生器Ⅱ（13）在第二级处理单元发生粒径＜10μm级的空气微气泡的微气泡水；微气泡发生器Ⅲ（14）在第三级处理单元发生粒径＜25μm级的空气微气泡的微气泡水；第四级处理单元发生粒径＜60μm级的空气微气泡的微气泡水；

d. 微气泡与油珠和悬浮物颗粒混合、聚结

每一级处理单元用混合器（4）将微气泡水与污水快速充分混合，操作压力为0.4-0.6MPa，微气泡压力为0.45-0.7MPa；然后再用聚结器（6）促使微气泡与油珠和悬浮物颗粒充分混合、碰撞、吸附，聚结成大一级或更大粒径的黏附颗粒，污水在聚结器（6）中以层流状态流动为宜，水力停留时间60s；

e. 污水射流增压

每一级处理单元的射流增压器（5）对污水增压，压力为0.8-1.0MPa；射流增压器（5）设置在聚结器（6）之前，用高压回流泵（15）取处理后的净水回流10-15%作为射流增压的喷射介质；

f. 旋流分离器进行油—水旋流分离

每一级处理单元的油滴和悬浮物与微气泡吸附聚结后，随即用旋流分离器（7）分离出黏附物; 根据污水处理量，旋流分离器（7）内由若干支超级水力旋流管组装而成，正常操作压力0.8-1.0MPa，溢流比1-5%，压差比1.5—2.5,以达到最佳分离效果；

g. 微细油珠和悬浮物的逐级聚结长大和分离

将微气泡粒径按1.5-10倍的级差关系逐级分级，相邻两级或三级的微气泡粒径在同一个数量级，保证前一级未被旋流分离器（7）去除的细小油珠和悬浮物仍然可以在下一级、下二级的混合器（4）、聚结器（6）中与大一级或大二级的微气泡继续发生充分有效碰撞、吸附并逐级聚结长大，最终成为＞25μm大颗粒的黏附物而被旋流分离器（7）分离去除；

h. 微气泡介质循环

每一级处理单元所需本级的空气微气泡由每一级的微气泡发生器和大气泡分离器组合发生， 每一级的大气泡分离器（12）分别和微气泡发生器Ⅰ（11）、微气泡发生器Ⅱ（13）、微气泡发生器Ⅲ（14）与空气压缩机（9）、空气精密过滤器（10）、高压回流泵（15）和精密过滤器（16）相联； 空气压缩机（9）采用无油静音螺杆压缩机或涡旋压缩机提供微气泡介质空气，输出压力0.8-1.0MPa；空气精密过滤器（10）去除压缩空气中1μm以上的固体颗粒，保证不发生微气泡流道堵塞，高压回流泵（15）用高压离心泵或螺杆泵将处理后10-15%净水回流增压，分别驱动每一级处理单元的射流增压器（5），同时为每一级处理单元的微气泡发生器提供微气泡介质水; 精密过滤器（16）作为保安过滤器，过滤精度＜2μm，确保微气泡发生用水中已除去>2μm悬浮物。

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