CN110683670A - 油田配聚污水曝气除硫除铁和脱氧装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的对油田配聚污水曝气除硫除铁和脱氧装置及其方法，利用空气中氧气的氧化能力将污水中的二价铁离子和硫化物，在脱氧塔中利用旋流分离原理，将污水中的富余气体分离脱出，设备包括有曝气塔，还包括有脱氧塔、分气管和分液管，所述分气管和分液管一端同时与曝气塔顶部的曝气塔气液混合出口相连，分气管的另一端水平与脱氧塔上分气进口相连，所述分液管的另一端向下倾斜与脱氧塔上分液进口相连；通过本方案，集曝气氧化、沉降、脱氧等功能于一体，处理效率高，处理成本低，污泥量少；处理后S2‑、Fe2+指标满足聚合物配注用污水水质控制指标；同时兼具脱氧和沉降功能，无需配套脱氧剂，无需后续沉降分离设施。

Description

油田配聚污水曝气除硫除铁和脱氧装置及方法
技术领域
本发明属于油田污水处理领域，具体地，涉及一种油田配聚污水曝气除硫除铁和脱氧装置及方法。
背景技术
在油田原油开采过程中，从地下采出的含水原油称为“采出液”，从采出液中将原油分离后剩余的污水称为“油田采出水”或“油田污水”；随着油田的开发进程，采出液的含水率逐渐升高，为了提高采收率和采收速度，往往采用聚合物驱油等化学驱油方法，应用该方法需要对油藏中注入大量高分子量聚合物溶液驱油剂，聚合物驱油开发通常采用油田污水作为聚合物母液的稀释用水，根据多年的运行经验，油田污水中的S2-、Fe2+、溶解氧等指标对聚合物的粘度有较大的影响，因此部分油田对油田配聚污水提出了明确要求，油田企业标准《聚合物配注用污水水质控制指标及其分析方法》QSH1020 1831-2015中明确规定了除满足注水水质指标外的配聚用污水水质指标。
表1聚合物配注用污水水质控制指标
水质参数 控制指标
溶解氧，mg/L 0.0
二价铁离子含量，mg/L <0.5
硫化物含量，mg/L 0.0
目前油田采出水除硫除铁技术主要以曝气氧化法和氧化剂氧化法为主。
曝气氧化法通常在曝氧罐或其他曝氧装置内通过曝气形成溶解氧，利用溶解氧氧化污水中的S2-、Fe2+等，如中国专利公开号为CN101708887A公开了《一种利用空气对油田污水进行预处理的方法》，该方法能够实现氧化去除硫化物和二价铁，但无法实现同步脱除溶解氧，后续需要投加除氧剂将富余的溶解氧消除；化学氧化法通过向污水中投加双氧水、次氯酸钠等氧化剂实现氧化目的，氧化剂通常属于化学化学品，运输、存储、使用过程中存在危险性，另外氧化剂投加过量后残余氧化剂增大了污水的腐蚀性。
发明内容
针对目前油田污水曝气氧化技术中存在效率低，不能同步除氧等不足，本发明的目的在于提供一种油田配聚污水曝气氧化除硫除铁同时具备脱氧功能的装置及方法，油田污水经处理后用于配注聚合物利用空气进行氧化处理，去除污水中的S2-和Fe2+，同时脱除残余溶解氧，回用用途为替代清水配注稀释驱油用聚合物。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种油田配聚污水曝气除硫除铁和脱氧方法，将空气和油田配聚污水同时引入曝气塔中，在曝气塔填料区内气水相容，形成溶解氧或游离氧，利用空气中氧气的氧化能力将污水中的二价铁离子和硫化物，在脱氧塔中利用旋流分离原理，将污水中的富余气体分离脱出，氧化反应后在污水中的剩余溶解氧经过一定反应时间继续与油田污水中的还原性物质反应消耗，最终实现溶解氧的耗尽，生成氢氧化铁胶体沉淀和单质硫沉淀；在脱氧塔中通过分液管沉降去除生成的沉淀物；处理后的污水达到配注聚合物用水指标要求。
作为进一步的技术方案，引入曝气塔中的空气和油田配聚污水的体积比为2-6：1，同时引入曝气塔中时间为5-30min。
一种油田配聚污水曝气除硫除铁装置，包括有曝气塔，还包括有脱氧塔、分气管和分液管，所述曝气塔下部设置有曝气塔进水管和曝气塔进气管，曝气塔顶部设置有曝气塔气液混合出口，所述脱氧塔顶部设置有排气管，脱氧塔顶部侧壁上分别设置有分气进口和分液进口，在脱氧塔侧壁上还设置有出水管，所述出水管的入水端设置在脱氧塔内下部，出水管出水端设置在脱氧塔外侧下部，所述分气管和分液管一端同时与曝气塔顶部的曝气塔气液混合出口相连，分气管的另一端水平与脱氧塔上分气进口相连，所述分液管的另一端向下倾斜与脱氧塔上分液进口相连。
作为进一步的技术方案，所述曝气塔下部内设置有上丰字型微孔曝气管和下丰字型微孔曝气管，所述上丰字型微孔曝气管和下丰字型微孔曝气管分别与曝气塔进气管和曝气塔进水管相连通。
作为进一步的技术方案，在曝气塔中部设置有填料区，在脱氧塔内中下部设置有斜管填料区，所述填料区和斜管填料区内设置有悬浮空心球填料。
作为进一步的技术方案，所述脱氧塔上分液进口与脱氧塔内相连通，分离后的液体经分液进口进入到脱氧塔，并沿切线方向进入脱氧塔内。
作为进一步的技术方案，所述曝气塔和脱氧塔的底部一侧分别设置有曝气塔清扫口和脱氧塔清扫口，在脱氧塔的底部另一侧设置有排污管。
作为进一步的技术方案，包括有水泵和空压机或风机，所述曝气塔进水管与水泵出水口相连，水泵进水口与需要处理的污水源相连；曝气塔进气管与一空压机或风机相连接。
作为进一步的技术方案，所述分液管后端向下倾斜，与水平方向的倾角在30-75°。
采用上述技术方案后的有益效果是：一种油田配聚污水曝气除硫除铁和脱氧装置及方法，通过本技术方案，1、集曝气氧化、沉降、脱氧等功能于一体，处理效率高，处理成本低，污泥量少；2、采用塔式结构，气水同向流，氧化效果好，同时适用于含硫或含铁污水处理，处理后S2-、Fe2+指标满足聚合物配注用污水水质控制指标；3、同时兼具脱氧和沉降功能，无需配套脱氧剂，处理后溶解氧满足聚合物配注用污水水质控制指标；氧化生成的沉淀物在本装置内部同时得到沉降分离，无需后续沉降分离设施。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中上丰字型微孔曝气管的结构示意图；
图3为本发明中脱氧塔上分液进口的结构示意图。
图中：1曝气塔、2脱氧塔、3分气管、4分液管、5曝气塔进水管、6曝气塔进气管、7曝气塔气液混合出口、8排气管，9分气进口、10分液进口、11出水管、12上丰字型微孔曝气管、13下丰字型微孔曝气管、14填料区、15斜管填料区、16曝气塔清扫口、17脱氧塔清扫口、18排污管、19水泵、20空压机或风机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对发明的技术方案作进一步的说详细说明。
如图1-图3所示，本发明涉及的油田配聚污水曝气除硫除铁和脱氧方法，将空气和油田配聚污水同时引入曝气塔1中，在曝气塔1填料区14内气水相容，形成溶解氧或游离氧，利用空气中氧气的氧化能力将污水中的二价铁离子和硫化物，在脱氧塔2中利用旋流分离原理，将污水中的富余气体分离脱出，氧化反应后在污水中的剩余溶解氧经过一定反应时间继续与油田污水中的还原性物质反应消耗，最终实现溶解氧的耗尽，生成氢氧化铁胶体沉淀和单质硫沉淀；在脱氧塔2中通过分液管4沉降去除生成的沉淀物；处理后的污水达到配注聚合物用水指标要求。
作为进一步的实施例，引入曝气塔1中的空气和油田配聚污水的体积比为2-6：1，同时引入曝气塔1中时间为5-30min。
本发明涉及的油田配聚污水曝气除硫除铁装置，包括有曝气塔1，还包括有脱氧塔2、分气管3和分液管4，所述曝气塔1下部设置有曝气塔进水管5和曝气塔进气管6，曝气塔1顶部设置有曝气塔气液混合出口7，所述脱氧塔2顶部设置有排气管8，脱氧塔2顶部侧壁上分别设置有分气进口9和分液进口10，在脱氧塔2侧壁上还设置有出水管11，所述出水管11的入水端设置在脱氧塔2内下部，出水管11出水端设置在脱氧塔2外侧下部，所述分气管3和分液管4一端同时与曝气塔1顶部的曝气塔气液混合出口7相连，分气管3的另一端水平与脱氧塔2上分气进口9相连，所述分液管4的另一端向下倾斜与脱氧塔2上分液进口10相连。
作为进一步的实施例，所述曝气塔1下部内设置有上丰字型微孔曝气管12和下丰字型微孔曝气管13，所述上丰字型微孔曝气管12和下丰字型微孔曝气管13分别与曝气塔进气管6和曝气塔进水管5相连通。
作为进一步的实施例，在曝气塔1中部设置有填料区14，在脱氧塔2内中下部设置有斜管填料区15，所述填料区14和斜管填料区15内设置有悬浮空心球填料。
作为进一步的实施例，所述脱氧塔2上分液进口10与脱氧塔2内相连通，分离后的液体经分液进口10进入到脱氧塔2，并沿切线方向进入脱氧塔2内。
作为进一步的实施例，所述曝气塔1和脱氧塔2的底部一侧分别设置有曝气塔清扫口16和脱氧塔清扫口17，在脱氧塔2的底部另一侧设置有排污管18。
作为进一步的实施例，包括有水泵19和空压机或风机20，所述曝气塔进水管5与水泵19出水口相连，水泵19进水口与需要处理的污水源相连；曝气塔进气管5与一空压机或风机20相连接。
作为进一步的实施例，所述分液管4后端向下倾斜，与水平方向的倾角在30-75°。
本发明在工作时，曝气塔1为圆柱形壳体容器的塔式结构，曝气塔清扫口16和脱氧塔清扫口17用于定期清扫曝气塔和脱氧塔内淤泥；上丰字型微孔曝气管12和下丰字微孔曝气管13均匀布置在曝气塔1内部；曝气塔1和脱氧塔2内设置的填料区14和斜管填料区15中设有悬浮空心球，从而增大曝气反应气水接触面积，提高曝气效果，根据污水中硫化物或二价铁离子含量的不同，可调整空压机或风机20的曝气量，
本发明的技术方案，同时适用于油田含硫和含铁污水的处理，不使用化学药剂，不产生额外的污泥，能耗低、是一种绿色环保的工艺方法和设备，实现了油田污水的循环使用。
本发明的具体实施例一中，曝气塔1直径为1.0m，高度为4.2m，脱氧塔2直径为1.2m，高度为4.8m，处理水量为10m3/h，控制气液比为4:1，处理采油厂配聚站用配聚污水，处理后污水指标如表2所示，污水配制的聚合物溶液粘度处理前的由20.5mpa.s提高至29.3mp.s。
表2污水处理后前后指标 单位：mg/L
水样编号 硫化物 二价铁 溶解氧 悬浮物 腐蚀速率
处理前 8.6 0.3 0.0 7.2 0.058
处理后 0 0 0.05 6.4 0.023
本发明的具体实施例二中，曝气塔1直径为1.0m，高度为4.2m，脱氧塔2直径为1.2m，高度为4.8m，处理水量为10m3/h，控制气液比为3:1处理采油厂配聚站用配聚污水，处理后污水指标如表3所示，污水配制的聚合物溶液粘度处理前的由24.6mpa.s提高至32.1mp.s。
表3污水处理前后指标 单位：mg/L
水样编号 硫化物 二价铁 溶解氧 悬浮物 腐蚀速率
处理前 0.2 4.5 0.05 10.6 0.098
处理后 0 0.2 0.06 6.7 0.033
实施例一和实施例二进行数据对比，本实施例一中硫化物自8.6mg/L降至0mg/L，二价铁自0.3mg/L降至0mg/L，溶解氧自0mg/L升高至0.05mg/L，悬浮物自7.2mg/L降至6.4mg/L，污水腐蚀速率自0.058mm/a降至0.023mm/a；实施例二中硫化物自0.2mg/L降至0mg/L，二价铁自4.5mg/L降至0.2mg/L，溶解氧浓度变化不大，悬浮物自10.6mg/L降至6.47mg/L，污水腐蚀速率自0.098mm/a降至0.033mm/a。通过数据对比看出，本发明无论在处理以含硫化物的油田污水还是含二价铁的含油污水，均起到了较好的除硫铁效果，降低污水悬浮物浓度，同时降低污水腐蚀速率。
以上所述，仅为本发明的较佳可行实施例而已，并非用以限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种油田配聚污水曝气除硫除铁和脱氧方法，其特征在于，将空气和油田配聚污水同时引入曝气塔中，在曝气塔填料区内气水相容，形成溶解氧或游离氧，利用空气中氧气的氧化能力将污水中的二价铁离子和硫化物，在脱氧塔中利用旋流分离原理，将污水中的富余气体分离脱出，氧化反应后在污水中的剩余溶解氧经过一定反应时间继续与油田污水中的还原性物质反应消耗，最终实现溶解氧的耗尽，生成氢氧化铁胶体沉淀和单质硫沉淀；在脱氧塔中通分液管沉降去除生成的沉淀物；处理后的污水达到配注聚合物用水指标要求。
2.根据权利要求1所述的油田配聚污水曝气除硫除铁和脱氧方法，其特征在于，引入曝气塔中的空气和油田配聚污水的体积比为2-6：1，同时引入曝气塔中时间为5-30min。
3.一种油田配聚污水曝气除硫除铁装置，包括有曝气塔，其特征在于，还包括有脱氧塔、分气管和分液管，所述曝气塔下部设置有曝气塔进水管和曝气塔进气管，曝气塔顶部设置有曝气塔气液混合出口，所述脱氧塔顶部设置有排气管，脱氧塔顶部侧壁上分别设置有分气进口和分液进口，在脱氧塔侧壁上还设置有出水管，所述出水管的入水端设置在脱氧塔内下部，出水管出水端设置在脱氧塔外侧下部，所述分气管和分液管一端同时与曝气塔顶部的曝气塔气液混合出口相连，分气管的另一端水平与脱氧塔上分气进口相连，所述分液管的另一端向下倾斜与脱氧塔上分液进口相连。
4.根据权利要求3所述的油田配聚污水曝气除硫除铁装置，其特征在于，所述曝气塔下部内设置有上丰字型微孔曝气管和下丰字型微孔曝气管，所述上丰字型微孔曝气管和下丰字型微孔曝气管分别与曝气塔进气管和曝气塔进水管相连通。
5.根据权利要求3所述的油田配聚污水曝气除硫除铁装置，其特征在于，在曝气塔中部设置有填料区，在脱氧塔内中下部设置有斜管填料区，所述填料区和斜管填料区内设置有悬浮空心球填料。
6.根据权利要求3所述的油田配聚污水曝气除硫除铁装置，其特征在于，所述脱氧塔上分液进口与脱氧塔内相连通，分离后的液体经分液进口进入到脱氧塔，并沿切线方向进入脱氧塔内。
7.根据权利要求3所述的油田配聚污水曝气除硫除铁装置，其特征在于，所述曝气塔和脱氧塔的底部一侧分别设置有曝气塔清扫口和脱氧塔清扫口，在脱氧塔的底部另一侧设置有排污管。
8.根据权利要求3所述的油田配聚污水曝气除硫除铁装置，其特征在于，包括有水泵和空压机或风机，所述曝气塔进水管与水泵出水口相连，水泵进水口与需要处理的污水源相连；曝气塔进气管与一空压机或风机相连接。
9.根据权利要求3所述的油田配聚污水曝气除硫除铁装置，其特征在于，所述分液管后端向下倾斜，与水平方向的倾角在30-75°。
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