CN113307399A - 一种海上油田高含油生产水分级净化的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种海上油田高含油生产水分级净化的装置和方法，所述装置包括依次连接的生产分离器、T型分岔油水分离管、保安精滤器和紧凑高效聚结器，高含油生产水依次经所述设备，通过生产分离器排气并在重力沉降作用下初步油水分离，通过所述T型分岔油水分离管去除粒径20μm以上的游离油、分散油和悬浮油；通过所述保安精滤器除去悬浮物；通过所述紧凑高效聚结器去除粒径20μm以下的乳化油，得到分级净化后的生产水。所述装置和方法对生产水中不同存在形态的油滴采用不同的方法处理，不仅降低了海上平台高含油生产水的除油成本，而且使得整套装置的除油效率大幅度提升，具有稳定高效、结构紧凑、能耗低的优势。
Description
技术领域
本发明属于含油污水处理技术领域，具体涉及一种海上油田高含油生产水分级净化的装置和方法。
背景技术
随着世界经济的快速发展，陆地石油资源逐步枯竭，但由于海洋石油资源丰富，近年来世界各国加大了对海洋石油的勘探开发力度。但是随着海上油田开采进入中后期，采出液含水率逐步上升，在海洋石油的勘探开发过程中产生了大量的高含油生产水，若对于这些高含油生产水不能进行合理的处理及回注，将会对海洋生态环境造成严重危害。
海上油田生产水主要是指从高含水原油分离出来的含油污水，主要包含石油类物质及悬浮物。常见的海上油田生产水处理方法主要有旋流分离技术、气浮处理技术、萃取技术、过滤技术、生物处理和氧化技术。上述处理方法中，或设备复杂、处理成本高，或不能长周期稳定运行。如CN204737813U公开的一种海上油田生产水处理系统，虽然该系统除油效果好、抗冲击能力强、易操作，但是该系统运行维护费用高，不利于大规模推广应用。因此，开发一种结构紧凑、稳定高效、节约成本的海上油田生产水净化的方法意义重大。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种海上油田高含油生产水分级净化的装置和方法，通过T型分岔油水分离管和紧凑高效聚结器将高含油生产水中的油水两相深度分离，分别去除大粒径的游离油、分散油、悬浮油和小粒径的乳化油，以实现对高含油生产水的高效除油。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种海上油田高含油生产水分级净化的装置，所述装置包括依次连接的生产分离器、T型分岔油水分离管、保安精滤器和紧凑高效聚结器，其中：
所述生产分离器包括分离器壳体，所述分离器壳体上端的两侧分别设有采出液入口和排气口，下端设有排水口和排油口，其中所述排水口与所述采出液入口更接近；
所述T型分岔油水分离管包括平行的上分离管、下分离管和连通所述上、下分离管的若干个平行的分离立管，所述下分离管的一端为分离管入口，与所述生产分离器的排水口通过管道连通，所述下分离管的另一端为水相出口，所述上分离管的一端与所述分离立管连通，另一端为油相出口；
所述保安精滤器的底端设有精滤器入口，顶端设有精滤器出口，所述精滤器入口通过管道与所述T型分岔油水分离管的水相出口连通；
所述紧凑高效聚结器包括聚结器壳体，所述聚结器壳体上端的两侧分别设有聚结器入口和油包，所述聚结器入口与所述精滤器出口通过管道连通，所述油包顶端为第二油相出口，所述聚结器壳体下端与所述油包同一侧设有第二水相出口；所述聚结器壳体内沿所述聚结器入口依次设有整流器和一级或若干级聚结组件，所述聚结组件包括依次排列的油滴粗粒化聚结模块、油水快速分离模块和纳米改性深度分离模块。
本发明进一步设置为，所述装置还包括污油罐，所述污油罐设有污油入口，所述排油口、油相出口和第二油相出口均与所述污油入口通过管道连通。
本发明进一步设置为，所述紧凑高效聚结器的整流器为均匀开设有圆形孔或方形孔的圆盘，其开孔率为40％-80％。
本发明进一步设置为，所述油滴粗粒化聚结模块由亲油纤维编织而成，所述油水快速分离模块由亲油纤维和亲水纤维通过Ω型编织方法混合编织而成，其中所述亲油纤维的混合比例为60％-80％，所述纳米改性深度分离模块由改性亲油纤维和改性亲水纤维通过X型编织方法混合编织而成。
本发明进一步设置为，所述亲油纤维材料选自特氟龙、聚丙烯或尼龙，所述亲水纤维材料选自金属或陶瓷。
本发明进一步设置为，所述生产分离器的分离器壳体内自所述采出液入口端依次设有脱气芯管、整流均布器和油水聚结模块，所述油水聚结模块由金属骨架纤维制成；所述排水口和排油口间设有可调油水隔离堰板；所述排气口的下端设有除沫器。
本发明进一步设置为，所述T型分岔油水分离管的分离管入口内安装螺旋叶片，利用螺旋叶片产生的离心力场初步分离生产水中大粒径的游离油、分散油和悬浮油。
本发明进一步设置为，所述生产分离器、紧凑高效聚结器为卧式结构，所述保安精滤器为立式结构，所述T型分岔油水分离管的分离立管垂直于地面。
本发明还提供了一种利用所述装置分级净化高含油生产水的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)高含油生产水经所述采出液入口进入所述生产分离器中进行重力沉降分离，生产水中溶解的气体从排气口排出，油滴从排油口排出，生产水从排水口排出后进入T型分岔油水分离管；
(2)所述T型分岔油水分离管去除粒径20μm以上的游离油、分散油和悬浮油，分离后的油滴从油相出口排出，生产水从水相出口排出进入所述保安精滤器；
(3)生产水经所述保安精滤器除去悬浮物后，从精滤器出口排出进入所述紧凑高效聚结器；
(4)所述紧凑高效聚结器去除粒径20μm以下的乳化油，分离后的油滴从第二油相出口排出，生产水从第二水相出口排出得到净化后的生产水。
本发明进一步设置为，所述聚结器入口的生产水中油含量高于6000mg/L时，所述聚结组件采用两级形式；所述聚结器入口的生产水中油含量低于6000mg/L时，所述聚结组件采用一级形式。
本发明的有益效果在于：
本发明结合管式分离技术和聚结除油技术用于处理高含油生产水，采用管式分离技术将高含油生产水中20μm以上的游离油、分散油和悬浮油去除，采用聚结除油技术将生产水中20μm以下的乳化油深度去除。对于生产水中不同存在形态的油滴采用不同的方法处理，不仅降低了海上平台高含油生产水的除油成本，而且使得整套装置的除油效率大幅度提升，所述装置和方法具有稳定高效、结构紧凑、能耗低的优势。
附图说明
图1为本发明所涉及的海上油田高含油生产水分级净化的装置的示意图；
图2为本发明所涉及的生产分离器的示意图；
图3为本发明所涉及的T型分岔油水分离管的示意图；
图4为本发明所涉及的紧凑高效聚结器的示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。应理解，以下实施例仅用于对本发明作进一步说明，不应理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
图1显示了本发明的一种海上油田高含油生产水分级净化的装置的示意图。由图1所示，所述装置包括依次连接的生产分离器1、T型分岔油水分离管3、保安精滤器4和紧凑高效聚结器5，其中：
结合图2所示，所述生产分离器1包括分离器壳体11，所述分离器壳体11上端的两侧分别设有采出液入口110和排气口18，下端设有排水口15和排油口17，其中所述排水口15相比所述排油口17与所述采出液入口110更近。
结合图3所示，所述T型分岔油水分离管3包括平行的上分离管31、下分离管32和连通所述上、下分离管的若干个平行的分离立管33；所述下分离管32的一端为分离管入口34，与所述生产分离器1的排水口15通过管道连通，所述下分离管32的另一端为水相出口35，所述上分离管32的一端与所述分离立管33连通，另一端为油相出口36。
所述保安精滤器4的底端设有精滤器入口41，顶端设有精滤器出口42，内部安装过滤组件43，所述精滤器入口41通过管道与所述T型分岔油水分离管3的水相出口35连通。
结合图4所示，所述紧凑高效聚结器5包括聚结器壳体51，所述聚结器壳体51上端的两侧分别设有聚结器入口510和油包57，所述聚结器入口510与所述精滤器出口42通过管道连通，所述油包57顶端为第二油相出口58，所述聚结器壳体51下端与所述油包57同一侧设有第二水相出口59；所述聚结器壳体51内沿所述聚结器入口510依次设有与所述聚结器壳体51内壁连接的整流器52和一级或若干级聚结组件53，所述聚结组件53包括依次排列的油滴粗粒化聚结模块54、油水快速分离模块55和纳米改性深度分离模块56。
进一步的，所述高含油生产水分级净化的装置还包括污油罐6，所述污油罐6设有污油入口61，所述生产分离器1的排油口17、T型分岔油水分离管3的油相出口36和紧凑高效聚结器5的第二油相出口58均与所述污油入口61通过管道连通，实现对生产水中油滴的回收。
进一步的，所述生产分离器1的排水口15与所述T型分岔油水分离管3的分离管入口34间、所述T型分岔油水分离管3的水相出口35与所述保安精滤器4的精滤器入口41间、所述保安精滤器4的精滤器出口42与所述紧凑高效聚结器5的聚结器入口510间的管道上均安装有离心泵2，用于为各设备间生产水的输送提供动力。
进一步的，所述生产分离器1的分离器壳体11内自所述采出液入口110端依次设有脱气芯管12、整流均布器13和油水聚结模块14，所述脱气芯管12利用离心压力梯度场脱除生产分离器操作压力下生产水所溶解的微小气泡；所述整流均布器13与所述分离器壳体11的内壁沿周向连接，使得高含油生产水经所述整流均布器13整流，沿径向截面均匀分布；所述油水聚结模块14与所述分离器壳体11的内壁底端相连接，利用纤维聚结技术增大生产水中乳化油滴的粒径，强化生产分离器1的分离效果；所述生产分离器1的排水口15和排油口17间设有与所述分离器壳体11的内壁底端相连接的可调油水隔离堰板16，用于调节生产分离器1中油水界面液位，使得生产分离器的分离效果稳定；所述排气口18的下端设有与所述分离器壳体11的内壁顶端相连接的除沫器19，通过丝网阻拦生产水分离气体中所夹带的雾沫。
进一步的，所述油水聚结模块14由金属骨架纤维制成。
进一步的，所述T型分岔油水分离管3的分离管入口34内安装有螺旋叶片37，利用螺旋叶片37产生的离心力场初步分离生产水中大粒径的游离油、分散油和悬浮油，所述大粒径的油滴在重力作用下上浮，从所述油相出口36排出，所述若干平行的分离立管33呈多级并联形式，增强了T型分岔油水分离管3的除油效果。
进一步的，所述紧凑高效聚结器5的整流器52为均匀开设有圆形孔或方形孔的圆盘，其开孔率为40％-80％，使得生产水沿径向截面均匀分布；所述油滴粗粒化聚结模块54由亲油纤维编织而成，所述油水快速分离模块55由亲油纤维和亲水纤维通过Ω型编织方法混合编织而成，其中所述亲油纤维的混合比例为60％-80％，所述纳米改性深度分离模块56由改性亲油纤维和改性亲水纤维通过X型编织方法混合编织而成。所述Ω型编织方法和X型编织方法分别为CN201410211201.6和CN201410211202.0公开的编织方法。
进一步的，所述亲油纤维材料可选自特氟龙、聚丙烯或尼龙，所述亲水纤维材料可选自金属或陶瓷；所述改性亲油纤维和改性亲水纤维是通过化学气相沉积法把纳米亲油/亲水颗粒均匀分散于亲油/亲水纤维上得到的，改变了纤维的润湿性，使得亲油纤维的亲油性能强，亲水纤维的亲水性更强。
优选的，所述生产分离器1、紧凑高效聚结器5为卧式结构，所述保安精滤器4为立式结构，所述T型分岔油水分离管3的分离立管33垂直于地面。
利用所述海上油田高含油生产水分级净化的装置处理高含油生产水的方法包括如下步骤：
(1)高含油生产水经所述采出液入口110进入所述生产分离器1中进行重力沉降分离，经大约10min重力沉降分离后，生产水中溶解的气体从排气口18排出，油滴从排油口17排出后进入污油罐6，生产水从排水口15排出后进入T型分岔油水分离管3；
(2)所述T型分岔油水分离管3去除粒径20μm以上的游离油、分散油和悬浮油，分离后的油滴从油相出口36排出进入污油罐6，生产水从水相出口35排出进入所述保安精滤器4；
(3)生产水经所述保安精滤器4除去悬浮物后，从精滤器出口42排出进入所述紧凑高效聚结器5；
(4)所述紧凑高效聚结器5去除粒径20μm以下的乳化油，分离后的油滴从第二油相出口58排出进入污油罐6，生产水从第二水相出口59排出得到净化后的生产水。
进一步的，所述保安精滤器4用于过滤生产水中粒径在80μm以上的颗粒，所述保安精滤器4的精滤器出口42的生产水中悬浮物的浓度可保证降低至40mg/L。
进一步的，所述聚结器入口510的生产水中油含量高于6000mg/L时，所述聚结组件53采用两级形式；低于6000mg/L时，所述聚结组件53采用一级形式。
进一步的，所述第二水相出口59的生产水油含量可降低到30mg/L，第二油相出口58的油相中水含量可低于50mg/L。
实施例2
某海上油田采用实施例1所述的装置和方法净化高含油生产水，高含油生产水处理工艺的运行参数为：处理量30m3/h；生产水中悬浮物浓度80mg/L；生产分离器出口压力0.8MPa。方案选择：采用两级形式聚结组件的紧凑高效聚结器，聚结纤维编织方式采用Ω型。
将所述装置运行测试3个月，每个月采样分析数据的平均值见下表：
结果分析：高含油生产水采用实施例1所述的装置和方法处理后，每个月的平均油含量均下降到30mg/L，完全低于海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值。所述海上油田高含油生产水分级净化的装置具有良好的应用前景。
Claims (10)
1.一种海上油田高含油生产水分级净化的装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的生产分离器、T型分岔油水分离管、保安精滤器和紧凑高效聚结器，其中：
所述生产分离器包括分离器壳体，所述分离器壳体上端的两侧分别设有采出液入口和排气口，下端设有排水口和排油口，其中所述排水口与所述采出液入口更接近；
所述T型分岔油水分离管包括平行的上分离管、下分离管和连通所述上、下分离管的若干个平行的分离立管，所述下分离管的一端为分离管入口，与所述生产分离器的排水口通过管道连通，所述下分离管的另一端为水相出口，所述上分离管的一端与所述分离立管连通，另一端为油相出口；
所述保安精滤器的底端设有精滤器入口，顶端设有精滤器出口，所述精滤器入口通过管道与所述T型分岔油水分离管的水相出口连通；
所述紧凑高效聚结器包括聚结器壳体，所述聚结器壳体上端的两侧分别设有聚结器入口和油包，所述聚结器入口与所述精滤器出口通过管道连通，所述油包顶端为第二油相出口，所述聚结器壳体下端与所述油包同一侧设有第二水相出口；所述聚结器壳体内沿所述聚结器入口依次设有整流器和一级或若干级聚结组件，所述聚结组件包括依次排列的油滴粗粒化聚结模块、油水快速分离模块和纳米改性深度分离模块。
2.根据权利要求1所述的生产水分级净化的装置，其特征在于，所述装置还包括污油罐，所述污油罐设有污油入口，所述排油口、油相出口和第二油相出口均与所述污油入口通过管道连通。
3.根据权利要求1所述的生产水分级净化的装置，其特征在于，所述紧凑高效聚结器的整流器为均匀开设有圆形孔或方形孔的圆盘，其开孔率为40％-80％。
4.根据权利要求1所述的生产水分级净化的装置，其特征在于，所述油滴粗粒化聚结模块由亲油纤维编织而成，所述油水快速分离模块由亲油纤维和亲水纤维通过Ω型编织方法混合编织而成，其中所述亲油纤维的混合比例为60％-80％，所述纳米改性深度分离模块由改性亲油纤维和改性亲水纤维通过X型编织方法混合编织而成。
5.根据权利要求4所述的生产水分级净化的装置，其特征在于，所述亲油纤维材料选自特氟龙、聚丙烯或尼龙，所述亲水纤维材料选自金属或陶瓷。
6.根据权利要求1所述的生产水分级净化的装置，其特征在于，所述生产分离器的分离器壳体内自所述采出液入口端依次设有脱气芯管、整流均布器和油水聚结模块，所述油水聚结模块由金属骨架纤维制成；所述排水口和排油口间设有可调油水隔离堰板；所述排气口的下端设有除沫器。
7.根据权利要求1所述的生产水分级净化的装置，其特征在于，所述T型分岔油水分离管的分离管入口内安装螺旋叶片，利用螺旋叶片产生的离心力场初步分离生产水中大粒径的游离油、分散油和悬浮油。
8.根据权利要求1所述的生产水分级净化的装置，其特征在于，所述生产分离器、紧凑高效聚结器为卧式结构，所述保安精滤器为立式结构，所述T型分岔油水分离管的分离立管垂直于地面。
9.一种利用权利要求1-8中任意生产水分级净化的装置分级净化高含油生产水的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)高含油生产水经所述采出液入口进入所述生产分离器中进行重力沉降分离，生产水中溶解的气体从排气口排出，油滴从排油口排出，生产水从排水口排出后进入T型分岔油水分离管；
(2)所述T型分岔油水分离管去除粒径20μm以上的游离油、分散油和悬浮油，分离后的油滴从油相出口排出，生产水从水相出口排出进入所述保安精滤器；
(3)生产水经所述保安精滤器除去悬浮物后，从精滤器出口排出进入所述紧凑高效聚结器；
(4)所述紧凑高效聚结器去除粒径20μm以下的乳化油，分离后的油滴从第二油相出口排出，生产水从第二水相出口排出得到净化后的生产水。
10.根据权利要求9所述的生产水分级净化的方法，其特征在于，所述聚结器入口的生产水中油含量高于6000mg/L时，所述聚结组件采用两级形式；所述聚结器入口的生产水中油含量低于6000mg/L时，所述聚结组件采用一级形式。
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