CN211546178U - 一种油田化学驱驱油采出水用的多级环流浮选柱及处理系统 - Google Patents

一种油田化学驱驱油采出水用的多级环流浮选柱及处理系统 Download PDF

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刘宏彬
陈鹏
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周鹏
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Abstract

本实用新型公开了一种油田化学驱驱油采出水用的多级环流浮选柱及处理系统。本实用新型处理系统对油田化学驱采出水进行油水分离,一方面实现了化学驱高含聚的含油污水的有效油水分离,另一方面还可以实现部分油和悬浮固体污染杂质的有效去除。经本实用新型的处理系统处理后,能确保出水水质达到含油量≤50mg/L,悬浮固体含量≤50mg/L的指标要求,满足后续水处理设备对水质的要求,减轻后续水处理设备的处理负荷。另外,本实用新型处理系统安全可靠、操作方便,是可移动橇装化成套处理系统,满足油田化学驱分散区块采出水处理的需求,从而快速高效地实现油水的就地分离处理。

Description

一种油田化学驱驱油采出水用的多级环流浮选柱及处理系统
技术领域
本实用新型涉及水处理技术领域,特别是涉及一种多级环流浮选柱和处理系统,用于将油田化学驱驱油采出水进行油水分离。
背景技术
油田开发后期为了提高原油产量和采收率,会先后使用聚合物驱油剂,含碱、表面活性剂和聚合物的三元复合驱驱油剂进行化学驱油。化学驱油具体为:通过注入井向地下注入驱油剂,由于驱油剂可提高原油的稠化能力、降低原油的界面张力,因而具有洗油等能力,从而将地层中的原油溶解、携带。这一过程中驱油剂与原油形成油水气混合液(即采出液),由抽油机经采出井提升至地面,然后进行气与油、水的三相分离,分别得到天然气、原油及含油污水(即油田化学驱驱油采出水,简称采出水)。
驱油剂中的大部分聚合物会溶解在采出水中,使得采出水的粘度增加、乳化程度增高,具体表现为:采出水中的油珠颗粒变得细小,且油珠浮升速度变得缓慢,从而导致对采出水进行油水分离十分困难。
目前,主要采用立式重力序批沉降与多级低滤速过滤组合的处理工艺对采出水进行油水分离及过滤处理。然而重力序批沉降处理效率相对低,设备体积庞大,导致占地面积大;且仅采用重力序批沉降,很难达到预期的油、水沉降分离效果,造成沉降罐出水含油量大幅度上升,难以保证后续过滤处理设备的进水水质,增大了后续过滤设备的处理负荷,最终导致过滤后出水含油量和悬浮固体含量超标,回注地下造成油藏的污染。并且目前重力序批沉降必须与多级低滤速过滤配合使用,两者配合使用又存在污水处理停留时间长、处理工艺和操作复杂,且一次性工程投资大等缺点。
因此,研发一套能够对油田化学驱驱油采出水进行有效油水分离的处理设备和系统势在必行。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷,第一方面,提供一种油田化学驱驱油采出水用的多级环流浮选柱,为一圆柱状的中空柱体,柱体顶部设有与进液口相连的液体分配器,上部设有出油口和出渣口,下部设有出水口,底部设有喷口向上的喷射器;柱体内在竖直方向上从上至下依次设有多级浮选结构,每级所述浮选结构在竖直方向上从上至下包括一个圆台形折流板和一个中空、上下敞口且竖直设置的圆柱体状进气管;折流板和进气管的轴线在同一条直线上,且与柱体内壁有间隙。
还包括用于向多级环流浮选柱中添加浮选剂的加药静态混合器,加药静态混合器的出药口与多级环流浮选柱的进液口相连。
第二方面,本实用新型提供一种能对油田化学驱驱油采出水进行有效油水分离的处理系统,包括:
对采出水中油滴进行初步聚结的管道聚结除油器,
对初步聚结后采出水进行水、油、渣三相分离的转动油水分离装置,和
进一步进行水、油、渣三相分离的上述的多级环流浮选柱;
所述管道聚结除油器设有出液口,与转动油水分离装置上设置的进液口连接;所述转动油水分离装置设有出液口,与多级环流浮选柱上设置的进液口相连;
所述多级环流浮选柱的出液口经第二提升泵与转动油水分离装置上设置的反冲洗水入口连接;
所述转动油水分离装置设有排油口,与污油罐相连;所述转动油水分离装置设有排渣口,多级环流浮选柱设有排油排渣口,均与污渣罐相连。
所述管道聚结除油器的进液口还与用于向管道聚结除油器中添加反相破乳剂的加药装置的出药口相连。
所述管道聚结除油器包括若干在竖直方向上平行排成一列的水平管,相邻两根所述水平管同一侧的端部被弯管连接形成一根在竖直方向上呈蛇形多层盘旋折叠的管道,进液口设在管道聚结除油器的下部,出液口设在管道聚结除油器的上部。
所述转动油水分离装置包括桶体,桶体下部设有进液口和出液口,底部设有排渣口和放空口,上部设有排油口,顶部设有排气孔。
所述转动油水分离装置的桶体内的中心轴位置设有转轴,转轴与桶体外部的减速机和电机连接,转轴上设有成平面状的且与转轴在同一平面的筛板膜。
所述筛板膜有多个,均固设在转轴上且以转轴为轴对称。
相邻两个所述筛板膜之间的夹角相同。
所述转动油水分离装置和多级环流浮选柱之间还设置缓冲罐和第一提升泵,所述转动油水分离装置的出液口与缓冲罐上设置的进液口连接;所述缓冲罐设有出液口,经第一提升泵与所述多级环流浮选柱的进液口相连。
本实用新型提供的多级环流浮选柱中采出水在竖直方向循环流动,增加气泡和待处理采出水中油滴的碰撞几率,由此使得油滴油珠聚并,粒径增大,直至形成浮油随着水流方向逐渐上浮从水中分离出去,实现油水分离。
本实用新型提供的处理系统以管道聚结除油器、转动油水分离装置和多级环流浮选柱作为主要处理设备对油田化学驱采出水进行油水分离,一方面实现了化学驱高含聚的含油污水的有效油水分离,另一方面还可以实现部分油和悬浮固体污染杂质的有效去除。管道聚结除油器中采出水的水流态为层流态或过渡流态,油滴在此流态下不断地发生碰撞、聚结,使油滴直径增大并在水的浮力作用下向上浮升,最终发生聚并形成油层,达到采出水中油滴有效碰撞聚结和去除的目的,从而为下一步的油水相分离奠定基础,有利于提高和保障后续的油水分离效果和除油率。转动油水分离装置中的筛板具有破乳的作用和效果,采出水接触该筛板后会先破乳成易于聚并成大油珠的小油珠,更有利于油水的分离,同时油珠在扰动的水中不断碰撞和聚集,聚集的油珠形成油相上浮至水面。
当进水含油量≤3000mg/L、悬浮固体含量≤200mg/L时,经本实用新型的处理系统处理后,能确保出水水质达到含油量≤50mg/L,悬浮固体含量≤50mg/L的指标要求,满足后续水处理设备对水质的要求,减轻后续水处理设备的处理负荷。另外,本实用新型处理系统安全可靠、操作方便,是可移动橇装化成套处理系统,满足油田化学驱分散区块采出水处理的需求,从而快速高效地实现油水的就地分离处理。
附图说明
图1所示为本实用新型油田化学驱驱油采出水油水分离的处理系统的结构示意图;
图2所示为本实用新型处理系统中管道聚结除油器的结构示意图;
图3所示为本实用新型处理系统中转动油水分离装置的结构示意图;
图4所示为本实用新型多级环流浮选柱的结构示意图;
图5所示为使用本实用新型油田化学驱驱油采出水油水分离的处理系统的工艺流程图。
具体实施方式
油田开发后期,随着大面积推广实施聚合物驱和三元复合驱等化学驱油技术以提高原油采收率,随之产生的污水处理量也大大增加,目前常规的立式重力序批沉降与多级低滤速过滤对污水中的油水分离困难,沉降分离效果差,分离后的出水中含油量和悬浮固体含量较高,无法满足后续处理设备的进水水质要求。本实用新型主要针对这一瓶颈问题,发明了可以提高聚合物驱和三元复合驱等化学驱采出水油水分离效果的处理系统。该系统能够有效地对采出水进行油水分离且除油率较高,处理后出水中含油量和悬浮固体含量较低,满足了后续处理设备的进水水质要求,从而减轻了后续处理设备的处理负荷,保证最终处理后的水质稳定,并能达到油田回注水水质控制指标,然后回注地下,实现绿色油田开发和提高原油采收率。
以下结合具体实施例,更具体地说明本实用新型的内容,并对本实用新型作进一步阐述,但这些实施例绝非对本实用新型进行限制。
本实用新型将管道聚结除油器、转动油水分离装置及多级环流浮选柱三种设备进行有效地组合,高效地实现了化学驱油产生的高乳化含驱油剂的含油采出水中油、水的分离,大大降低水中的含油量和悬浮固体含量,减轻了后续处理设备的工作负荷。
本实用新型提供的能对油田化学驱驱油采出水进行有效油水分离的处理系统,结构见图1,包括依次连接的管道聚结除油器1、转动油水分离装置2、缓冲罐3、第一提升泵4和多级环流浮选柱5。其中,
管道聚结除油器1,纵剖面的结构如图2所示,管道分为若干水平管和弯管,水平管处于同一平面且在竖直方向上平行排成一列,弯管将相邻两根水平管的同一侧(左侧或右侧)端部连接起来,若干水平管和弯管共同形成一根在竖直方向上呈S形(或蛇形)多层盘旋折叠的管道。管道聚结除油器1设有进液口、出液口、加药口。进液口设在管道聚结除油器1的下部,与待处理的采出水连通,将待处理的采出水导入本实用新型的处理系统,进入多层盘旋折叠的管道聚结除油器1。出液口设在管道聚结除油器1的上部,与转动油水分离装置2相连,将初步聚结的油水导入转动油水分离装置2中进行进一步油水分离处理。
管道聚结除油器1的管道当量直径根据实际的处理量进行调整设计,一般可设为200mm~500mm,多层盘旋折叠管道的总长度可根据实际的需要设计为1.5m、2.0m、2.5m、3.0m等,采出水进入管道聚结除油器1后以0.1m~0.3m/s的流速反复盘旋最后从管道聚结除油器1的出液口流出。管道聚结除油器1是一种通过湍流使油滴粗粒化的装置,采出水进入蛇形管道(snake pipe,SP)后沿管作弯弯曲曲的运动,从而形成足够大的湍流,使油滴粗粒化而不发生剪切,并利用其管道直径和长度为油珠聚结提供充足的紊流和停留时间。管道聚结除油器1中的水流态为层流态或过渡流态,采出水中的油滴在此流态下不断地发生碰撞、聚结,可使油滴直径增大,并在水的浮力作用下向上浮升,最终在管道上壁面处和侧壁面处发生聚并而形成油层,达到采出水中油滴有效碰撞聚结和去除的目的,从而为下一步的油水相分离奠定基础,有利于提高和保障后续的油水分离效果和除油率。
管道聚结除油器1还设有加药口,与加药装置8相连,向其中加入反相破乳剂,其投加量需要根据被处理的水质情况进行现场确定,通常反相破乳剂的终浓度为20-50mg/L。反相破乳剂可选自阳离子聚丙烯酰胺。
转动油水分离装置2,采用转动筛板膜除油,将经管道聚结除油器1聚结碰撞后的采出水进一步进行油、水、杂质的三相分离。转动油水分离装置2可实现悬浮固体颗粒的有效去除,从而更进一步提高化学驱采出水的油水分离去除效果和效率。转动油水分离装置2,结构如图3所示,包括桶体21,桶体21侧壁下部设有进液口27,用来将管道聚结除油器1处理后的采出水引入转动油水分离装置2。进液口27相对的桶体21侧壁下部设有出液口28,出液口28与缓冲罐3相连,将处理后的水相导出至缓冲罐3中。桶体21底部设有排渣口29,与污渣罐7相连,将分离得到的悬浮固体颗粒(即沉渣)排入污渣罐7中。桶体21上部设有排油口30,将分离得到的油相排入污油罐6中。为了保证转动油水分离装置2上部分离出的浮油均匀并集中到达排油口30并从排油口30排出,可将排油口30设在桶体21的中下部,在桶体21内部靠近顶部位置的内壁上设一收油槽31,收集分离得到的油相,收油槽31与排油口30之间通过管道连接。该转动油水分离装置2运行过程中会产生少量的气体,气体聚集于桶体21顶部。为了将桶体21顶部聚集的气体排出,保证转动油水分离装置2的处理效果和正常运行,在桶体21顶部设有排气孔32。为了维修时放空该转动油水分离装置2内的所有物质,在桶体21底部还设有放空口33,维修前将所有物质从桶体21内排放干净。桶体21内的中心轴位置设有转轴22,转轴22与桶体21外部的减速机24和电机25相连,减速机24和电机25可以用来控制转轴22的转速。转轴22上固定设有筛板膜23。筛板膜23为一平面,与转轴22共平面且以转轴22为轴对称。筛板膜23有若干片,最好设置8片,每片筛板膜23之间有一定的夹角。在桶体21顶部还设有支架26,用来为电机25提供支撑。
转动油水分离装置2即转动筛板膜除油器,是在立式桶体21中装有焊接在转轴22上的多个立式改性聚四氟乙烯膜筛板(即筛板膜23)。使用时,经过管道聚结器1处理的采出水由进液口27进入桶体21,同时电机25带动转轴22转动,转轴22带动筛板膜23转动,这一过程,一方面使得水中的油珠在扰动的水中不断碰撞和聚集,聚集的油珠形成油相上浮至水面经收油槽31收集后从排油口30排出,水相则经出液口28排出,等待进入下一级的多级浮选柱油水分离处理设备做进一步的油水分离。另一方面,改性聚四氟乙烯膜筛板具有破乳的作用和效果,采出水接触该筛板后会先破乳成易于聚并成大油珠的小油珠,更有利于油水的分离。泥渣经沉降与采出水分离,积留在桶体21底部,定期经排渣口29排出。
缓冲罐3的进液口和出液口分别与转动油水分离装置2和多级环流浮选柱5相连,缓冲罐3和多级环流浮选柱5之间还设有第一提升泵4,用来将缓冲罐3存储的液体导入多级环流浮选柱5中。
多级环流浮选柱5为在一个圆柱状的单筒内采用几个(根据实际需要)同轴气液混合管而建立起的一个多级浮选的油水分离装置,如图4所示,包括竖直设置的圆柱状中空的柱体51,在柱体51顶部设有液体分配器57,其作为待处理采出水的进液口将转动油水分离装置52处理后的水相导入多级环流浮选柱5中。液体分配器57依次通过液体流量计59和泵511与缓冲罐3的出液口相连。液体流量计59与泵511之间还设有加药静态混合器510,用来投加浮选剂(可选自聚合氯化铝和硫酸亚铁之类),且将浮选剂和水相进行混合。柱体51的上部设有排油排渣口513,与污渣罐7相连;下部设有出水口58,与后续污水处理设备相连。
多级环流浮选柱5的柱体51内在竖直方向上从上至下依次设有折流板56、气液混合管55、折流板56、气液混合管55、折流板56、气液混合管55,顶部以折流板56开始,底部以气液混合管55为止;一组折流板56和气液混合管55组成一级浮选结构,根据实际需要在柱体51内从上至下设置若干级浮选结构,因此称作“多级”浮选柱。折流板56为圆台形,面积大的为底面,面积小的为顶面,顶面朝上,底面朝下,固定在柱体51的内壁上。气液混合管55为中空、上下敞口且竖直设置的圆柱体,与柱体51同轴,且固设在柱体51的内壁上。所有气液混合管55在竖直方向上排列于一条直线上,每个气液混合管55之间有间隔,折流板56设置于两个气液混合管55之间的间隔处,也位于气液混合管55所在的直线上,且与气液混合管55之间留有间隙。折流板56的顶面直径与气液混合管55的直径相同,折流板56和气液混合管55的直径均小于柱体51的内径,即:折流板56和气液混合管55的外表面与柱体51的内壁均有间隙,使得水流得以通过;并且两者的轴与柱体51的轴重合。柱体51内最下部的气液混合管55下方还设有喷射器54,喷射器54的出口与其最邻近的气液混合管55相连,用于向最下部的气液混合管55中提供气水混合液,喷射器54喷出的气水混合液只进入气液混合管55内。喷射器54的入口与大气和水源相连,水源和大气在喷射器54的入口处混合形成气水混合液,进入喷射器54。喷射器54与大气之间依次经过空气流量计53、空气调节器52和空气过滤器512与大气相连通。出水口58的出水引一部分作为水源与喷射器54的入口相连。
多级环流浮选柱5的每一级浮选结构中,气水混合液进入气液混合管55后,气泡在释放压力的过程中,自然降低,在气液混合管55内外形成压差,使得被处理采出水在竖直方向循环流动起来,大大增加气泡和待处理采出水中油滴的碰撞几率,由此使得油滴油珠聚并,粒径增大,直至形成浮油随着水流方向逐渐上浮从水中分离出去,实现油水分离。此外,气水混合液从柱体51底部进入,自下而上运动,而待处理采出水从柱体51顶部落下,自上而下运动,自下而上运动的气水混合液与自上而下运动的待处理采出水运行方向相反,发生碰撞,增大接触面积,且水中的溶解气会上浮,在气泡上浮过程中与下落采出水中的小油珠碰撞并携带细小油珠和细小颗粒杂质上浮到液面处,然后经柱体上部的排油排渣口513排出,从水中去除。相邻两级浮选结构的气液混合管55之间被一个圆台形的折流板56隔离,用来防止两级间的液体出现混合,影响油水分离的效果,从而实现逐级的气浮选。
多级环流浮选柱5既能够达到去除采出水中溶解油的作用,同时也能实现去除采出水中悬浮固体的作用。经多级环流浮选柱5分离后的油相和杂质经排油排渣口513排出,分离出的水相经出水口58排出。
由于转动油水分离装置2需要定期进行反冲洗,可将多级环流浮选柱5出水口58与转动油水分离装置2的反冲洗水入口相连,使用多级环流浮选柱5处理后的水相对筛板膜23进行反冲洗再生,其再生方式可选择气水反冲洗再生方式,反冲洗出水不用排出,直接在转动油水分离装置2内进行再处理即可。
使用上述处理系统,对油田化学驱驱油采出水进行处理,能有效油水分离,其工艺流程示意图见图5,具体过程为:
(1)、待处理的各种化学驱采出水进入管道聚结除油器1进行油滴的初步聚结;为了加强去除污油和固体颗粒杂质的效果,需要设置加药装置8向管道聚结除油器1中投加反相破乳剂提高采出水在管道中的破乳,以使油滴碰撞聚结,从而增大油滴的直径;
(2)、经管道聚结除油器1进行油滴初步聚结后的采出水全部进入转动油水分离装置2进行油、水、渣三相分离,其中分离出的水相进入缓冲罐3,分离出的渣相进入污渣罐7,分离出的油相进入污油罐6;
(3)、缓冲罐3中的水相经第一提升泵4升压提升进入多级环流浮选柱5进行进一步的油、水、渣三相分离,最终确保其(进入后续金刚砂-磁铁矿双层滤料过滤器12处理后的)出水水质达到含油量≤50mg/L,悬浮固体含量≤50mg/L的指标要求。其中分离出的水相进入指定地点进行再处理,分离出的浮油和渣相进入污渣罐7,至此完成本实用新型对各种化学驱采出水的油水分离处理;污渣罐7和污油罐6中储存的液态污渣及油,分别定期拉运至污泥及污油处理站进行再处理;优选的,经多级环流浮选柱5分离出的一部分水相与空气混合后形成气水混合液进入多级环流浮选柱5中,通过多级环流浮选柱5中的气液混合管55释放出细小的气泡,气泡释放后会上浮,且气水混合液与待处理采出水流向相反,气泡在上浮过程中与细小油珠接触并携带细小油珠和细小颗粒杂质上浮到液面处,使细小油珠聚结形成浮油,经排油排渣口513排出。
转动油水分离装置2进行一个处理周期后要对其中的筛板膜23进行再生反冲洗,为了充分利用水资源,可将多级环流浮选柱5处理后的一部分水相经第二提升泵9升压提升作为回流水反进入转动油水分离装置2进行再生反冲洗,使筛板膜23恢复原有的破乳能力,以在下一个处理周期正常工作。在进行筛板膜23的再生反冲洗过程中,需要将空气掺入到回流水中形成气水反冲洗水,从而提高筛板膜23的再生效果;反冲洗筛板膜23后的排水可以在转动油水分离装置2中进行油、水、渣三相分离,分离出的油、水、渣三相分别进入污油罐6、缓冲罐3、污渣罐7。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出的是,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的内容。

Claims (10)

1.一种油田化学驱驱油采出水用的多级环流浮选柱,其特征在于,所述多级环流浮选柱为一圆柱状的中空柱体,柱体顶部设有与进液口相连的液体分配器,上部设有出油口和出渣口,下部设有出水口,底部设有喷口向上的喷射器;柱体内在竖直方向上从上至下依次设有多级浮选结构,每级所述浮选结构在竖直方向上从上至下包括一个圆台形折流板和一个中空、上下敞口且竖直设置的圆柱体状进气管;折流板和进气管的轴线在同一条直线上,且与柱体内壁有间隙。
2.根据权利要求1所述多级环流浮选柱,其特征在于,还包括用于向多级环流浮选柱中添加浮选剂的加药静态混合器,加药静态混合器的出药口与多级环流浮选柱的进液口相连。
3.一种油田化学驱驱油采出水油水分离的处理系统,其特征在于,包括:
对采出水中油滴进行初步聚结的管道聚结除油器,
对初步聚结后采出水进行水、油、渣三相分离的转动油水分离装置,和
进一步进行水、油、渣三相分离的权利要求1或2所述的多级环流浮选柱;
所述管道聚结除油器设有出液口,与转动油水分离装置上设置的进液口连接;所述转动油水分离装置设有出液口,与多级环流浮选柱上设置的进液口相连;所述多级环流浮选柱的出液口经第二提升泵与转动油水分离装置上设置的反冲洗水入口连接;
所述转动油水分离装置设有排油口,与污油罐相连;
所述转动油水分离装置设有排渣口,多级环流浮选柱设有排油排渣口,均与污渣罐相连。
4.根据权利要求3所述处理系统,其特征在于,所述管道聚结除油器的进液口还与用于向管道聚结除油器中添加反相破乳剂的加药装置的出药口相连。
5.根据权利要求4所述处理系统,其特征在于,所述管道聚结除油器包括若干在竖直方向上平行排成一列的水平管,相邻两根所述水平管同一侧的端部被弯管连接形成一根在竖直方向上呈蛇形多层盘旋折叠的管道,进液口设在管道聚结除油器的下部,出液口设在管道聚结除油器的上部。
6.根据权利要求3-5任一所述处理系统,其特征在于,所述转动油水分离装置包括桶体,桶体下部设有进液口和出液口,底部设有排渣口和放空口,上部设有排油口,顶部设有排气孔。
7.根据权利要求6所述处理系统,其特征在于,所述转动油水分离装置的桶体内的中心轴位置设有转轴,转轴与桶体外部的减速机和电机连接,转轴上设有成平面状的且与转轴在同一平面的筛板膜。
8.根据权利要求7所述处理系统,其特征在于,所述筛板膜有多个,均固设在转轴上且以转轴为轴对称。
9.根据权利要求8所述处理系统,其特征在于,相邻两个所述筛板膜之间的夹角相同。
10.根据权利要求9所述处理系统,其特征在于,所述转动油水分离装置和多级环流浮选柱之间还设置缓冲罐和第一提升泵,所述转动油水分离装置的出液口与缓冲罐上设置的进液口连接;所述缓冲罐设有出液口,经第一提升泵与所述多级环流浮选柱的进液口相连。
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