CN114763280A - 一种适用于特高矿化度采出水处理工艺及系统 - Google Patents
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Abstract
一种适用于特高矿化度采出水处理工艺及系统,特高矿化度采出水首先进入气旋浮分离器,分离出上浮油和细分散油被回收至污油沉降罐,大颗粒泥渣排往油泥浓缩罐;分离器出水与碱性清水型破乳剂混合输入破乳反应罐进行破乳、脱稳,经泵提升与阳离子有机絮凝剂混合后依次输入沉降分离罐,上浮油被回收至污油接收罐,固体悬浮物形成絮体沉淀并排往油泥浓缩罐;沉降分离罐出水经泵提升进入多介质过滤器,处理至采出水中含油量、固体悬浮物含量以及粒径中值指标满足回注标准后外输,反冲洗滤渣送往污泥浓缩罐;脱水污油送往原油处理流程,浓缩污泥送往脱水干化处置。该工艺具有油分回收率高、含油污泥产量低,工艺与设备操作简单、运行成本低等优势。
Description
技术领域
本发明属于油田采出水处理技术领域,涉及一种对特高矿化度采出水中石油类和固体悬浮物进行分离的净化工艺及系统。
背景技术
特高矿化度采出水的矿化度通常在200,000mg/L以上,是由油分、固体杂质、溶解气体(如H2S、CO2)和可溶性盐类等多组分构成的非均相复杂体系。具有高乳化度、高含油、高含盐、高硬度、高固体悬浮物含量、低pH值等特性;而且由于含有Fe2+和/或硫化物(S2-),还表现出了水质不稳定和腐蚀性强的特性。对油分及固体悬浮物的净化和深度分离是特高矿化度采出水实现回注的前提。
在特高矿化度采出水回注处理实际工程中,主体工艺路线是“重力沉降+压力聚结除油+预氧化+水质改性+核桃壳过滤”。基本是先以重力沉降罐收取浮油和大颗粒固体悬浮物;再以聚结除油器去除细分散油、乳化油和细小颗粒固体悬浮物;对于剩余乳化油和胶体颗粒固体悬浮物,主要通过投加混凝剂,再配合重力沉降罐进行分离,这一过程结合投加pH调节剂对水质进行改性,从而降低水体腐蚀性;最后通过多介质过滤器和/或精细过滤器,使含油量、固体悬浮物含量、粒径中值和腐蚀性满足地层回注要求。
由于特高矿化度采出水的泥渣量、含油量和乳化程度都非常高,为获得足够的沉降时间并保证均质均量,重力沉降罐的设计容量一般会比较大,导致设备投资高、占地面积大;重力沉降无法分离乳化油,而且部分固体悬浮物(泥渣)也被裹挟在乳化油中,因此,重力沉降罐对水中油分的回收率低,而且回收油分中的机械杂质含量高,降低了油品品质;由于特高矿化度采出水的密度在1.15g/cm3左右,与固体悬浮物的密度差较小、沉降效率下降,罐底泥渣生成量减少且带油比较严重,这造成油分的损失。重力沉降罐出水的乳化油和固体悬浮物含量较高,给压力聚结除油器造成较大的处理负担。
由于水体的特高矿化度、硬度以及结垢倾向,聚结除油器内的填料容易结垢、板结和堵塞,乳化油的粗粒化效率和固体悬浮物的截留效率下降,造成油分回收率低、出水水质恶化,较多的乳化油和固体悬浮物被带出进入下级流程。
在预氧化阶段,如果采用的是电化学预氧化工艺,由于乳化油和固体悬浮物的存在,对Fe2+和/或S2-的去除效率下降,而且乳化油、固体悬浮物在电氧化过程中会破乳、脱稳,聚并之后可能造成极板和流体通道的堵塞,进一步降低电化学预氧化效果。电化学预氧化处理产生的Fe(OH)3胶体以及硫单质颗粒、以及残留的乳化油和固体悬浮物,还需要进一步的净化处理,而且水体的pH值也需要调整以降低水体腐蚀性。
在水质改性阶段,一般是按顺序投加聚合氯化铝(PAC)作为混凝剂、投加Ca(OH)2或NaOH作为pH调节剂、投加阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)作为絮凝剂,充分混合至絮体生成后送入重力沉降罐分离絮体;由于采出水温度较高(约70℃),PAC的聚合物分子链容易断裂而降低混凝效果,不得不加大PAC的投加量,加大了副产物罐底油泥的产量;而且,大量的PAC还造成水体pH值的进一步下降,相应的要增大pH调节剂的用量,无论Ca(OH)2还是NaOH,都会使Ca2+和Mg2+转化为Ca(OH)2和Mg(OH)2沉淀,严重增大罐底油泥的产量;大量投加的PAC和pH调节剂,在水体中形成高浓度的絮体,絮体在沉淀过程中通过卷扫捕集,能将破乳后的油分带入罐底油泥,加大油分的损失和泥渣的携油量。同样是由于密度差的原因,部分细小或胶体颗粒固体悬浮物会带出重力沉降罐,需要果壳过滤器或多介质过滤器对其进行深度分离净化。
通过分析现有技术可以发现,由于对超高矿化度采出水的水质特性缺乏深刻认识,现有特高矿化度采出水工艺流程的设计不尽合理,普遍存在工艺设备类型多、操作复杂、药剂种类多且投加量大,水处理成本高、油分回收率低以及副产油泥/固渣量大等种种弊端。
发明内容
本发明针对现有特高矿化度采出水净化处理工艺存在的问题而开发。解决工艺流程与设备复杂、工艺单元功能设计与效果不匹配、工艺单元处理效能较低、药剂种类和投加量过大、油分回收率低且品质较差、以及副产含油污泥量过大等问题。本发明的工艺对特高矿化度采出水净化处理的目标是满足地层回注要求,主体工艺路线是“旋流分离+破乳脱稳+重力沉降+多介质过滤”。
本发明的技术方案:
一种适用于特高矿化度采出水处理工艺,包括以下流程:特高矿化度采出水进入气旋浮分离器,分离出上浮油和细分散油被回收至污油沉降罐,分离出大颗粒泥渣排往油泥浓缩罐;气旋浮分离器出水与碱性清水型破乳剂混合输入破乳反应罐进行破乳、脱稳,经泵提升再与阳离子有机絮凝剂充分混合输入沉降分离罐,破乳后的油分形成上浮油被回收至污油沉降罐,脱稳后的固体悬浮物形成絮体沉淀排往油泥浓缩罐;沉降分离罐出水经泵提升进入多介质过滤器,含油量、固体悬浮物含量以及粒径中值指标满足回注标准后外输。
特高矿化度采出水首先经过缓冲罐均量,经泵提升进入气旋浮分离器,分离出上浮油和细分散油被回收至污油沉降罐,分离出大颗粒泥渣排往油泥浓缩罐。
所述污油沉降罐和油泥浓缩罐脱出的水分送入缓冲罐,重新进入净化处理流程;所述污油沉降罐中的脱水污油送往原油储罐;所述油泥浓缩罐脱出的浓缩污泥送往脱水干化处置。
所述多介质过滤器内的反冲洗滤渣送往所述油泥浓缩罐。
所述特高矿化度采出水是指来自碳酸盐岩油藏的采出液经沉降分离后脱出的含油污水,该采出水的矿化度>200,000mg/L,密度>1.15kg/L,所含油分的密度<0.95kg/L;Ca2++Mg2+离子含量>10,000mg/L或总硬度>30,000mg/L。
特高矿化度采油废水中的油分存在的状态一般分为上浮油(粒径>100μm)、细分散油(粒径10-100μm)、乳化油(粒径<10μm,一般0.1-2μm)、溶解油(粒径<几μm)以及固体附着油。
一种适用于特高矿化度采出水处理系统,包括依次连接的气旋浮分离器、破乳反应罐、混合器、沉降分离罐和多介质过滤器,所述气悬浮沉降器分别与污油沉降罐和油泥浓缩罐连接,所述污油沉降罐内的回收污油通往原油储罐。
本发明的有益技术效果:
本发明的一种采出水处理工艺,特高矿化度采出水首先经过缓冲罐均量,经泵提升进入气旋浮分离器,分离出上浮油和细分散油被回收至污油沉降罐,分离出大颗粒泥渣排往油泥浓缩罐。
气旋浮分离器为离心沉降原理,在较高分离因数下,沉降效率远高于重力沉降,能将裹挟在乳化油滴中的大颗粒固体悬浮物解脱,并能将固体悬浮物表面的吸附油脱附,大颗粒固体悬浮物与高矿化度水体之间密度差较小,重力沉降下不易分离的问题也得以解决,而且所形成泥渣的含油量低,油分损失小;气旋浮过程中流体的运动等促进细分散油滴之间的聚并和成长,形成上浮油,也能够促进水体中CO2和H2S逸出形成微气泡,与上浮油颗粒粘附降低表观密度,与水体密度差加大,在非常短的时间内就能和水体分离,而且不需要外加气源;通过这种方式,可以有效回收上浮油和细分散油,降低后续破乳处理的负荷以及破乳药剂使用量,而且所回收油分的品质得以保证。
气旋浮分离器可以设置为一级或两级,当一级出水仍含有细分散油时,可设置两级气旋浮分离器;进水压力为0.3-0.5MPa,水力停留时间范围是2-3分钟,一般会经过一套两级串联的气旋浮装置,所以时间4-6分钟。以一个较小的高效分离设备,在功能上替代了现有净化工艺中体积庞大的重力沉降罐,而且在对细分散油的处理上,能够替代聚结除油器的功能,因此简化了处理设备的系统设置。
气旋浮分离器出水与碱性清水型破乳剂混合输入破乳反应罐进行破乳、脱稳,经泵提升再与阳离子有机絮凝剂充分混合输入沉降分离罐,破乳后的油分形成上浮油被回收至污油沉降罐,脱稳后的固体悬浮物形成絮体沉淀排往油泥浓缩罐。
气旋浮分离器出水的pH值呈弱酸性,是导致腐蚀性偏高的主要原因,水体含有乳化油和小颗粒或胶体态的固体悬浮物。将其与碱性清水型破乳剂混合,能有效控制水体pH值,通过水质改性降低腐蚀性;而且由于没有直接投加Ca(OH)2和/或NaOH进行水质改性,不会造成水中高浓度Ca2+和Mg2+转化为Ca(OH)2和Mg(OH)2沉淀,避免了油泥/泥渣的大量产生;在破乳剂作用下,乳化油滴破乳形成细分散油滴、小颗粒和胶体固体悬浮物脱稳发生凝聚,再在絮凝剂作用下,分散油聚并成上浮油,固体悬浮物颗粒絮凝成絮体,在沉降分离罐内完成对油分的回收和对固体悬浮物的去除。由于气旋浮分离器已经去除了大量油分和大颗粒固体悬浮物,碱性清水型破乳剂的投加避免了高浓度Ca(OH)2和Mg(OH)2沉淀的产生。因此,沉降分离罐内水体中的上浮油颗粒和絮体颗粒浓度低且分布较散,上浮油不容易裹挟固体悬浮物絮体,絮体下沉过程也不容易卷扫捕集上浮油,因此,所回收油分的品质较高,而且泥渣带油量少,降低了油分损失。
所投加的碱性清水型破乳剂为聚季铵盐类化合物,分子量为3000-4000,pH范围为9-11;当气旋浮分离器出水中的乳化油含量在200mg/L以上时,在输送管道中破乳剂的投加量为40-60克/吨污水。采用碱性的聚季铵盐类反相破乳剂,能在完成乳化油破乳、小颗粒和胶体固体悬浮物颗粒脱稳的同时,调节pH值至中性,在降低腐蚀性的同时又不产生沉淀。聚季铵盐类反相破乳剂的正电荷密度高,能中和乳化油滴和胶体态固体悬浮物的表面负电荷;而且分子结构中的非极性链节和极性基团具有极强的表面活性,能在油水界面吸附,顶替乳化油界面上的成膜物质,降低乳化油滴的界面膜强度,促使油滴聚并;而且耐盐和耐高温性能都比较好,与絮凝剂配合使用后的净水效果更好。通过投加碱性的聚季铵盐类反相破乳剂,避免了酸性无机混凝剂和pH调节剂的大量投加,在回收油分的同时,避免了油泥的大量产生。只配置一个小体积的破乳反应罐和沉降分离罐,就能够完成收油、除固体悬浮物、水质改性等多种功能,设备的处理功能更为优化。
破乳反应罐为全混流反应器,水力停留时间10-30分钟就能实现对乳化油滴的破乳和小颗粒及胶体态固体悬浮物的脱稳;投加阴离子聚丙烯酰胺作为有机絮凝剂,分子量800万-1200万,投加量为5-10克/吨污水,就能有效实现对油滴的聚并和絮体的形成;沉降分离罐的水力停留时间在4-6小时,对油分的回收和絮体的去除比较彻底。
沉降分离罐出水经泵提升进入多介质过滤器,含油量、固体悬浮物含量以及粒径中值指标满足回注标准后外输,反冲洗滤渣送往油泥浓缩罐;污油沉降罐和油泥浓缩罐脱出的水分送入缓冲罐,重新进入净化处理流程;脱水污油输往原油处理流程,浓缩油泥输往脱水干化处置。沉降分离罐出水的含油量和固体悬浮物已经很低,腐蚀性也大大降低,只需要再经过多介质过滤器处理,就能使含油量、悬浮物固体含量及粒径中值分别达到≤10mg/L、≤10mg/L及≤8μm的油田地层回注标准。反冲洗滤渣、污油和油泥脱出的水分继续进入净化流程处理,浓缩油泥可以通过干化继续减量。
对于特高矿化度采出水采用以上工艺流程净化处理,解决了现有工艺流程与设备复杂、工艺单元功能设计与效果不匹配、工艺单元处理效能较低、药剂种类和投加量过大、油分回收率低且品质较差、以及副产含油污泥量过大等问题。
相对于现有技术,还具有的技术效果为:
(1)特高矿化度采出水经过本方法处理后,含油量、固体悬浮物含量、粒径中值以及腐蚀率等指标均能满足《碎屑盐油藏注水水质推荐指标及分析方法》(SY/T5329-2012)以及《碳酸盐岩油藏注水水质标准》(Q/SHXB0178-2016)规定。
(2)相对于PAC(混凝剂)+NaOH和/或Ca(OH)2(pH调节剂)+PAM(絮凝剂)的传统加药方法,本方法采用投加“碱性聚季铵盐反相破乳剂+有机絮凝剂”的药剂投加方式,油泥产量降低80%以上,对油分的回收率达到95%以上。
一种对于特高矿化度采出水进行处理的清洁型技术,可应用于特高矿化度油田地面采注水系统的优化,油分回收率高、含油污泥产量低,工艺与设备操作简单。国内特高矿化度油田的勘探、开发与生产的力度越来越大,本发明应用的前景看好。
附图说明
图1为本发明的一种适用于特高矿化度采出水处理工艺的实施例的流程图。
具体实施例
本实施处理的对象为塔河油田一号联合站特高矿化度采出水,为来自碳酸盐岩油藏的采出液经沉降后的脱水。矿化度210,000mg/L、密度1.15kg/L、含油量1000mg/L;其中上浮油比例约60%、细分散油约20%、乳化油约20%,所含油分的密度0.92kg/L;固体悬浮物约500mg/L;Ca2++Mg2+含量13,000mg/L、总硬度33,000mg/L;pH值6.1。
聚季铵盐反相破乳以及Q802有机絮凝剂均源于天津正达科技有限公司TS7652;
如图1所示,本实施例的一种适用于特高矿化度采出水处理工艺,包括以下流程:特高矿化度采出水首先经过缓冲罐均量,经泵提升以0.3MPa压力进入气旋浮分离器,水力停留时间5分钟;分离出的上浮油和细分散油被回收至污油沉降罐,分离出的大颗粒泥渣排往油泥浓缩罐;气旋浮分离器出水的含油量200mg/L,主要为乳化油;出水中的固体悬浮物主要是胶体态颗粒,浓度150mg/L。
在气旋浮分离器出水中加入60mg/L聚季铵盐反相破乳剂,在全混流破乳反应罐内停留15min,出水与Q802有机絮凝剂在管道混合器内充分混合,进入沉降分离罐进行分离;破乳后的油分形成上浮油被回收至污油沉降罐,脱稳后的固体悬浮物形成絮体沉淀排往油泥浓缩罐;沉降分离罐出水含油量10mg/L,固体悬浮物30mg/L,粒径中值12μm,pH值6.5。
沉降分离罐出水经泵提升进入多介质过滤器,含油量、固体悬浮物含量以及粒径中值指标满足≤10mg/L、≤10mg/L以及≤8μm的地层回注标准后外输,反冲洗滤渣送往污泥浓缩罐;污油沉降罐和油泥浓缩罐脱出的水分送入缓冲罐,重新进入净化处理流程;脱水污油送往原油处理流程;浓缩污泥送往脱水干化处置。
上述工艺对塔河油田一号联合站特高矿化度采出水的油泥产量降低80%以上,对油分的回收率达到95%以上。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点,因此以上所述仅为本发明的实施例。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还包括各种等效变化和改进,这些变化和改进都将落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围以权利要求书界定。
Claims (10)
1.一种适用于特高矿化度采出水处理工艺,其特征在于包括以下流程:特高矿化度采出水进入气旋浮分离器,分离出上浮油和细分散油被回收至污油沉降罐,分离出的大颗粒泥渣排往油泥浓缩罐;气旋浮分离器出水与碱性清水型破乳剂混合输入破乳反应罐进行破乳、脱稳,经泵提升再与阳离子有机絮凝剂充分混合输入沉降分离罐,采出水中破乳后的油分形成上浮油被回收至污油沉降罐,脱稳后的固体悬浮物形成絮体沉淀排往油泥浓缩罐;沉降分离罐出水经泵提升进入多介质过滤器净化,直到采出水中含油量、固体悬浮物含量以及粒径中值指标满足回注标准后外输。
2.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于所述特高矿化度采出水首先经过缓冲罐均量后,经泵提升再进入所述气旋浮分离器。
3.根据权利要求2所述的工艺,其特征在于所述污油沉降罐和油泥浓缩罐脱出的采出水送入所述缓冲罐,重新进入净化处理流程;
所述污油沉降罐中的脱水污油送往原油处理流程;所述油泥浓缩罐脱出的浓缩污泥送往脱水干化处置。
4.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于所述多介质过滤器内的反冲洗滤渣送往所述油泥浓缩罐。
5.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于所述特高矿化度采出水是指来自碳酸盐岩油藏的采出液经沉降分离后脱出的含油采出水,矿化度>200,000mg/L,密度>1.15kg/L,所含油分的密度<0.95kg/L;Ca2++Mg2+离子含量>10,000mg/L或总硬度>30,000mg/L。
6.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于所述特高矿化度采出水中的油分存在的状态包括粒径>100μm的上浮油、粒径10-100μm的细分散油、粒径<10μm的乳化油和溶解油以及固体附着油。
7.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于所述碱性清水型破乳剂为聚季铵盐类化合物,分子量为3000-4000,pH范围为9-11;当气旋浮分离器出水中的乳化油含量在200mg/L以上时,在输送管道中所述碱性清水型破乳剂的投加量为40-60克/吨污水。
8.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于投加阴离子聚丙烯酰胺作为所述有机絮凝剂,分子量800万-1200万,投加量为5-10克/吨污水。
9.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于所述气旋浮分离器、破乳反应罐和沉降分离罐的水力停留时间依次为4-6分钟、10-30分钟、4-6小时。
10.一种适用于特高矿化度采出水处理系统,其特征在于包括依次连接的气旋浮分离器、破乳反应罐、混合器、沉降分离罐和多介质过滤器,所述气悬浮沉降器分别与污油沉降罐和油泥浓缩罐连接。
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