CN211999236U - 用于油田化学驱采出水降粘的臭氧循环罐及降粘装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于油田化学驱采出水降粘的臭氧循环罐及降粘装置，属于水处理技术领域。本实用新型提供的臭氧循环罐通过合理的内部结构设计，可以有效提高油田化学驱采出水的处理效率。提供的降粘装置使用本实用新型提供的臭氧循环罐，或将臭氧氧化系统与电催化氧化系统联用，能够对油田化学驱采出水进行高效降粘处理，降低采出水粘度，大幅度提高油、泥、水分离效率。
Description
技术领域
本实用新型属于水处理技术方法领域中的油田化学驱采出水处理技术领域，具体涉及一种用于油田化学驱采出水降粘的臭氧循环罐及使用其的油田化学驱采出水降粘装置，特别涉及一种用于油田化学驱采出水降粘的臭氧循环罐及使用其的基于臭氧氧化的油田化学驱采出水降粘装置和基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置。
背景技术
大部分油田通过化学驱驱油提高采收率，化学驱驱油是基于在注入液中加入水溶性聚合物，因此聚合物是化学驱驱油的基础，其采出水为化学驱采出水，即利用化学驱油法驱油后产生的油田采出水，包括聚合物驱、表面活性剂-聚合物驱、碱-表面活性剂-聚合物驱，碱- 聚合物驱采出水。随着油田化学驱中超高分子量聚合物的注入，使其返出地面后的采出水粘度越来越高，处理难度也越来越大。以聚合物为基础的化学驱驱油对于采出水处理的影响主要体现在：(1)聚合物会使采出水的粘度增加。40℃时水驱或水驱见聚污水的粘度一般为 0.7～1.0mPa·s，而含聚污水的粘度随聚合物含量的增加而增加，聚合物浓度返出高峰期时一般为2.0～2.5mPa·s，而三元复合驱采出水的粘度最高能达到9.0mPa·s。水粘度的增加会增大水中胶体颗粒的稳定性，降低油珠的浮升速度和悬浮固体的沉降速度；(2)采出水粘度增加后采出水油珠变小，界面电荷增强，导致采出水中小油珠稳定地存在于水体中，因而增加了处理难度；(3)驱油用的阴离子型聚合物的存在严重削弱了油田采出水处理药剂的使用效果，三元采出水(碱-表面活性剂-聚合物驱)的高碱性环境，也使油田采出水处理药剂使用效果变差，从而显著增加了药剂的用量；(4)由于聚合物较强的吸附性，使得污水中携带的泥沙悬浮物较多、颗粒微小难以上浮或下沉，同时三元采出水中碱-表面活性剂-聚合物的存在使其过滤效率降低；(5)含聚后的高粘度采出水形成乳状液更稳定，其黏弹性使得油水界面膜强度增高，同样增大了采出水油水分离的难度。
目前针对油田化学驱采出水处理多采用“沉降+过滤”的处理工艺技术，涉及到的单体设备主要包括“自然沉降罐”、“混凝沉降罐”、“气浮或曝气沉降罐”、“溶气浮选装置”、“粒状滤料过滤罐”等，再通过配合投加浮选剂、絮凝剂等油田化学药剂来实现污水的有效处理。这种工艺技术及采用的设备主要以物理方法为主，通过介质的密度差及油珠碰撞聚结或浅层气浮理论，进行油、水、泥分离，再通过滤料的吸附、截留等措施保障回注水水质达标，对于水质的改性，降低采出水粘度等方面基本没有作用，因而使其现有化学驱采出水处理工艺适应性越来越差，主要表现在：药剂成本高、加药后产渣量大、达标运行负荷率越来越低。
水处理高级氧化技术是近20年兴起的新技术，它通过化学或物理化学的方法将污水中的有机污染物直接氧化成无机物，或转化为低分子量的有机物，主要特点是反应时间短，见效快。涉及的高级氧化技术主要包括臭氧氧化技术、光催化氧化技术、电催化氧化技术、超声波氧化技术、Fenton氧化及类Fenton氧化技术等，利用这些高级氧化技术的设备也应运而生。然而，从处理设备上分析，单一的高级氧化设备在处理化学采出水时产生的羟基自由基有限，连续处理能力不足，对于降解的污染物选择性有限、氧化能力单一，难以取得理想效果；从经济性上分析，单一的高级氧化设备对于氧化污染物效率低，成本高、氧化剂消耗量大。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题的一个或多个，本实用新型的一个方面提供一种用于油田化学驱采出水降粘的臭氧循环罐，包括：罐体(6)，其包括循环水进口(61)、循环水出口(62)、来水进口(63)和降粘水出口(64)，所述来水进口(63)用于与采出水源连接；来水中心柱(611)，其竖直设置在所述罐体(6)内的中心上部，所述来水中心柱(611)的底部与所述来水进口(63)连接；配水系统(613)，其设置在所述罐体(6)内的顶部，并与所述来水中心柱(611)连接；导流部件(614)，其设置在所述配水系统(613)的下方，并环绕所述来水中心柱(611)设置在所述罐体(6)内；出水中心柱(612)，其竖直设置在所述来水中心柱(611)的下方，底部分别与所述循环水出口(62)和降粘水出口(64)连接；循环旋流板(617)，其设置在所述导流部件(614)的下方，并环绕所述出水中心柱(612)的上部或环绕所述来水中心柱(611)的下部设置在所述罐体(6)内；和集水系统(618)，其设置在所述循环旋流板(617)的下方，并与所述出水中心柱(612)连接。
上述配水系统(613)包括多个配水喇叭口(6131)和将所述多个配水喇叭口(6131)与所述来水中心柱(611)连接的配水导管(6132)；和所述集水系统(618)包括多个集水喇叭口(6181)和将所述多个集水喇叭口(6181)与所述出水中心柱(612)连接的集水导管(6182)。
上述导流部件(614)包括固定连接的第一上层导流板(6141)、第一斜板填料(6142) 和第一下层导流板(6143)。
本实用新型的另一方面提供一种基于臭氧氧化的油田化学驱采出水降粘装置，包括：臭氧发生器(1)，其用于产生臭氧；气液强力混合腔(3)，其与所述臭氧发生器(1)连接；第一臭氧反应器(4)，其包括第一进水口(41)和第一出水口(42)，其中所述第一进水口(41)与所述气液强力混合腔(3)连接；上述的臭氧循环罐，其中所述循环水进口(61)与所述第一出水口(42)连接；和循环泵(2)，其一端与所述臭氧循环罐的循环水出口(62) 连接，另一端与所述气液强力混合腔(3)连接。
上述基于臭氧氧化的油田化学驱采出水降粘装置，还包括：
第二臭氧反应器(5)，其设置在所述第一臭氧反应器(4)和臭氧循环罐之间，在所述第二臭氧反应器(5)上设置有第二进水口(51)和第二出水口(52)，其中所述第二进水口(51)与所述第一出水口(42)连接，所述第二出水口(52)与所述臭氧循环罐的循环水进口(61)连接。
上述第一臭氧反应器(4)和第二臭氧反应器(5)内均设置有3～4层错流穿孔板。
本实用新型的又一方面还提供一种基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置，包括：
上述的基于臭氧氧化的油田化学驱采出水降粘装置；和电催化箱体(7)，其包括第三进水口(71)，所述第三进水口(71)与所述臭氧循环罐的降粘水出口(64)连接。
上述第三进水口(71)与所述臭氧循环罐的降粘水出口(64)通过一倒U型管道连接，在所述倒U型管道上设置有一破虹吸管(620)。
上述电催化箱体(7)还包括电催化接触区(711)、电催化分离区(713)和出水区(715)；其中：所述电催化接触区(711)的底部与所述第三进水口(71)连接，其内设置有电解池(712)；所述电催化分离区(713)的上部与所述电催化接触区(711)的上部连接，其内设置有第二斜板填料(714)、第二上层导流板(7141)和第二下层导流板(7142)；所述出水区(715) 的底部与所述电催化分离区(713)的底部连接；其中所述电催化接触区(711)的底部设置有第一积泥区(718)，所述电催化分离区(713)和出水区(715)的底部设置有第二积泥区 (719)。
上述电催化箱体(7)还包括：刮渣器(716)，其设置在所述电催化分离区(713)的上方；调节堰(717)，其设置在所述出水区(715)的上方；和第三出水口(72)，用于排出经所述电催化箱体(7)处理之后的水。
上述电解池(712)内设置有多组电极板(7121)，所述多组电极板(7121)平行设置，并与水流方向相同；每组电极板(7121)为一对阳极和一对阴极；和相邻两组电极板(7121)之间的间距为10～15mm。
基于以上技术方案提供的臭氧循环罐通过合理的内部结构设计和配置，在罐体内顶部设置配水系统，在罐体内下部设置循环旋流板以及在两者之间设置导流部件能够使得进入其中的化学驱采出水能够长时间且高效与通入其中的臭氧进行接触与反应，使用该臭氧循环罐的基于臭氧氧化的油田化学驱采出水降粘装置能够有效对采出水进行降粘处理。另外，本实用新型提供的基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置，通过科学组合将两个单一高级氧化设备联用，其包括臭氧氧化系统和电催化氧化系统，能够对化学驱采出水进行连续降粘处理，化学驱采出水首先在臭氧氧化系统内进行一次降粘处理，随后进入电催化氧化系统内进行二次降粘处理。在臭氧氧化系统内的独特设计的臭氧循环罐通过内部结构的合理设计和配置，使得进入其中的化学驱采出水能够长时间且高效与通入其中的臭氧进行接触与反应。利用本实用新型的降粘装置来处理化学驱采出水，可有效改善油田化学驱采出水水质，尤其是三元复合驱采出水的水质，降解聚合物等有机物，降低采出水粘度，大幅度提高油、泥、水分离效率，提高油田已建的“沉降+过滤”的工艺技术的处理效能，满足油田化学驱采出水水质达标处理的需求。
附图说明
图1为电絮凝原理示意图，其中图1(A)为粒子经过电极时发生诱导偶极化示意图；图 1(B)为偶极化粒子通过电极时的聚合过程示意图；
图2为本实用新型提供的臭氧循环罐的结构示意图；
图3为本实用新型提供的配水系统的结构示意图；
图4为本实用新型提供的集水系统的结构示意图；
图5为本实用新型提供的基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置的结构示意图；
图6为本实用新型提供的臭氧循环罐连接倒U型管的结构示意图；
图7为本实用新型提供的电催化箱体的结构示意图。
具体实施方式
臭氧氧化技术是废水处理高级氧化技术中的一种。臭氧又称三原子氧，是氧的同素异形体，分子式为O3。臭氧降解污染物主要通过两种途径进行，其一是臭氧和有机物直接反应来降解污染物，反应速度较慢。其二是产生的羟基自由基进行的间接反应，反应速度快。实用新型人分析认为：由于臭氧在高pH值溶液中，自分解加剧，即产生的羟基自由基占主导地位，因此尤其适用于高碱度的油田化学驱采出水氧化处理，但同时由于臭氧对于不同物质的氧化活性相差极大，有机物由易到难的一般氧化顺序为：链烯烃＞胺＞酚＞多环芳香烃＞醇＞醛＞链烷烃，使其对于油田化学驱采出水高分子有机物难以彻底降解。
基于以上分析的臭氧的氧化特点，本实用新型针对油田化学驱采出水提出一种综合处理方案：首先利用臭氧氧化使其污染物开环和断链，使其高分子物质变为低分子物质，后续再通过电催化氧化，使其污染物彻底或进一步降解，从而提高对于油田化学驱采出水的氧化降粘效率。
电催化氧化是一种多相多元催化电解氧化，具有电絮凝、电气浮、电催化氧化等功能，集几种处理功能于一体。电催化氧化利用油田化学驱采出水矿化度含量高，具有较高的电导率且富含氯离子的水质特点，通过低能耗的催化过程阳极原位电解反应产生羟基自由基·OH、活性氯、O2和O3一类的小分子强氧化剂，对于高度稳定的油田化学驱采出水具有破坏水化层，使之偶极化并脱稳的效应，再利用电极过程中产生的直径为10μm～60μm的H2和O2等微气泡，使其微气泡附着在脱稳后的高聚物、油和悬浮固体等物质上，通过电气浮作用而达到去除效果。电催化氧化主要原理如下：
1、电絮凝原理
油在水中的存在形式主要有浮油(>100μm)、分散油(10～100μm)、乳化油(0.1～10μm)、溶解油(<0.1μm)、油固结合体和悬浮固体，电化学凝聚法除油和悬浮物的主要机制是利用电场的诱导使粒子发生偶极化，如图1中A幅所示，粒子经电场偶极化后带上了正负电荷，这与传统粒子仅带一种电荷不同。在流动过程中，如图1中B幅所示，正负电荷互相吸引，两个粒子互相接近结合成新的粒子，该新粒子在电场中再重新被偶极化，在粒子不断偶极化和聚合的同时，电极的正负极上会发生以下电解过程：
阳极反应：2H2O-4e-→O2↑+4H+
阴极反应：4H2O+4e-→2H2↑+4OH-
电极上产生的氢气泡和氧气泡的数量和大小取决于电极上的电流密度，根据法拉第电解定律，每通过1F(26.8A·h)电量能产生0.0224Nm3的氢气和氧气。当氢气泡和氧气泡上升过程中自下而上会形成一个速度梯度而产生搅拌作用，大大增加了偶极化的油粒子的碰撞聚合的机会。
2、电气浮原理
电化学气浮是一种用电化学方法从液相中除去油和悬浮物等杂质的单元操作。上浮原理是采出水通过电解池时，产生三种反应，可原位产生氢气、氧气、氯气等：
阴极反应：2H++2e→H2↑
阳极反应：4OH--4e→2H2O+O2↑
2C1--2e→Cl2↑
通过电解采出水产生的氢、氧、氯气体，携带采出水中的污染微粒加快上浮，从而达到分离、净化的目的。电气浮法所产生的气泡粒子直径比较小，可吸付的粒子的极限直径就越小，处理后水的水质就越好。
3、电催化氧化原理
电催化氧化利用油田化学驱采出水中氯离子含量较高的特点，电催化氧化阳极上发生的反应主要以活性氯和活性氧反应为主：
(1)依靠原位产生的活性氯
电解含氯离子的采出水时，可产生HClO和少量更高价的氯酸盐。电极上的反应如下：
阳极：2Cl--2e→C12
Cl2+H2O→HClO+HCl
OH-离子扩散到阳极周围的液层中和次氯酸反应生成氯酸：
12ClO-+6H2O-12e-→4HClO3+8HCl+3H2O
HClO和HClO3均是强氧化剂。
(2)依靠阳极产生的活性氧：
一种是物理吸附的活性氧--羟基自由基·OH，充分氧化：
H2O+MOx＝MOx[·OH]+H++e
MOx[·OH]+R＝MOx+CO2+zH++ze
一种是化学吸附的活性氧MOx+1，部分氧化：
MOx[·OH]＝MOx+1+H++e
MOx+1+R＝MOx+RO
本实用新型充分利用油田化学驱采出水的水质特征，结合考虑以上臭氧氧化和电催化氧化的原理，提供一种基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置和方法，可以改善油田化学驱采出水水质，降解聚合物等有机物，降低采出水粘度，大幅度提高油、泥、水分离效率，提高油田已建的“沉降+过滤”的工艺技术的处理效能，满足油田化学驱采出水水质达标处理的需求。
以下结合具体实施方式详细说明本实用新型。
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
实施例1：臭氧循环罐
如图2所示，示出了该实施例提供的臭氧循环罐的结构示意图，其包括罐体6、来水中心柱611、出水中心柱612、配水系统613、导流部件614、循环旋流板617、集水系统618 和尾气排放口619，其中罐体6上设置有来水进口63、降粘水出口64、循环水进口61、循环水出口62，来水进口63连接来水中心柱611，可用于将外界油田采出水源与来水中心柱611 通过管道连通，将外界油田采出水输送至来水中心柱611内；来水中心柱611可竖直设置在罐体6内中心的上部，罐体6内中心的下部为出水中心柱612，来水中心柱611和出水中心柱612可一体连接，两者内部均为中空构造且不连通，例如两者可通过一隔板隔开；来水进口63设置在来水中心柱611的底部，将油田采出水从来水中心柱611的底部通入，循环水出口62和降粘水出口64则设置在出水中心柱612的底部，用于排出循环回流水，以及用于排出经臭氧循环罐处理之后的油田采出水。配水系统613设置在罐体6内的顶部，并与来水中心柱611连接，通过来水进口63进入来水中心柱611内的采出水在来水中心柱611内上升，随后进入配水系统613内，经过配水系统613的均匀配水作用使得采出水分散开，增大进一步处理中与臭氧的接触面积。如图3所示，示出了配水系统613的结构示意图，包括多个用于均匀配水的配水喇叭口6131和将配水喇叭口6131连接到来水中心柱611的配水导管6132。导流部件614设置在配水系统613的下方，并环绕来水中心柱611进行设置，可以盛接从配水系统613落下的采出水，循环旋流板617设置在导流部件614的下方，并环绕来水中心柱 611的底部或出水中心柱612的上部进行设置，循环水进口61设置在该循环旋流板617的上方，这样从循环进水管中携带有大量臭氧的回流水从循环进水口61流出后，可在循环旋流板 617的作用下向罐体6内释放出大量的臭氧，并自下而上向上运动进入导流部件614内。其中导流部件614包括第一上层导流板6141、第一下层导流板6143和设置于两者之间的第一斜板填料6142，这样从配水系统613落下的采出水通过第一上层导流板6141自上而下进入第一斜板填料6142中，从循环旋流板617处释放的大量臭氧通过第一下层导流板6143自下而上进入第一斜板填料6142中，采出水与臭氧在第一斜板填料6142中进行对流反应，可以使得采出水充分氧化。集水系统618设置在循环旋流板617的下方，并与出水中心柱612连接，如图4所示，其示出了集水系统618的结构示意图，包括用于集水的集水喇叭口6181和用于将集水喇叭口6181连接到出水中心柱612的集水导管6182。由于集水系统618在罐体6 内的投影面积大于循环旋流板617在罐体6内的投影面积，经过充分氧化后的采出水和从循环水进口61通入的回流水可通过循环旋流板617的周围与罐体6的内罐壁之间的空隙落入集水系统618内，随后通过集水系统618进入出水中心柱612内，出水中心柱612内的一部分水通过降粘水出口64排出，另一部分水则通过循环水出口62进入循环出水管，作为回流水进行内循环回流。臭氧循环罐在工作过程中产生的尾气则通过在其罐体6顶部设置的尾气排放口619排出，由于尾气中只含有很低含量的臭氧，在达到排放标准的情况下，可以直接通过尾气排放口619排出；另外，还可以首先将尾气通入碘化钾溶液中，随后排出；也可以将尾气排入污水处理站低位回收水池中，通过回收池内的污水进一步吸收分解后再排出。
本实施例中通过采出水与含有大量臭氧的回流水在臭氧循环罐内进行对流碰撞反应，即携带大量臭氧的回流水通过循环旋流板617进入臭氧循环罐罐体6后，回流水释放的臭氧向上，采出水向下，同时通过臭氧循环罐罐体6内部布置的第一斜板填料6142，加大过水断面的湿周，加大对流碰撞面积，从而提高了臭氧反应效率。
实施例2：基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置
如图5所示，示出了该实施例的基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置的结构示意图，其主要包括两部分，其一为臭氧氧化系统，其二为电催化氧化系统，其中臭氧氧化系统主要包括：臭氧发生器1、循环泵2、气液强力混合腔3、第一臭氧反应器4、第二臭氧反应器5、实施例1提供的臭氧循环罐，另外还配合使用流量计、压力表、阀门等辅助配套设备，该臭氧氧化系统可以单独作为油田化学驱采出水的降粘装置对油田化学驱采出水进行处理；电催化氧化系统则主要包括电催化箱体7，另外还配合使用流量计、压力表、阀门等辅助配套设备。
如图6所示，示出了臭氧循环罐与倒U型管道连接的结构示意图，其中臭氧循环罐部分如上述实施例1所述，其中循环水出口62通过管道与循环泵2连接，向循环泵2输送回流水进行内循环回流，降粘水出口64则用于向电催化箱体7输送经臭氧循环罐处理之后的油田采出水，进入电催化箱体7内进行下一步处理。
如图7所示，示出了电催化箱体7的结构示意图，其包括第三进水口71、电催化接触区 711、电解池712、电催化分离区713、第二斜板填料714、出水区715、刮渣器716、调节堰717和第三出水口72。如图6所示，经过臭氧氧化后的采出水通过臭氧循环罐罐体6上设置的降粘水出口64，经由一倒U型管道被输送至电催化箱体7的第三进水口71，随后通入电催化接触区711内；其中设置的倒U型管道通过水力学计算可以控制臭氧循环罐中的液位处于恒定高液位，此时采用固定收油槽进行收油，因此无需在臭氧循环罐罐体6顶部外加动力设备进行收油或收渣；还在该倒U型管道上设置有一破虹吸管620，使得经臭氧氧化后的采出水可顺利进入电催化箱体7中。第三进水口71设置在电催化接触区711的底部，电解池 712设置在电催化接触区711内，并位于第三进水口71的上方，其中电解池712内设置有多组电极板7121，电极板板件间距为10～15mm，例如可采用钛合金材料为基底，采用贵金属 (例如铂、钯等)为涂层，并且每组电极板7121为一对阴极和一对阳极，可定时互相切换，使得电极板使用寿命大大延长，可达6年以上；进入电催化接触区711内的采出水自下而上通过电解池712的原位电解反应进行电解，采出水中含有的污泥可沉积在电催化接触区711 底部设置的第一积泥区718内。电催化分离区713的顶部与电催化接触区711的顶部连接，即经过电催化接触区711内的电解池712电解后的采出水从其顶部自上而下流入电催化分离区713内设置的第二斜板填料714内，在第二斜板填料714上下两侧分别设置有第二上层导流板7141和第二下层导流板7142，两者起到导流和固定第二斜板填料714的作用。在电催化分离区713内，经电解后的采出水中快速上升的粒子将浮到水面，上升较慢的粒子在通过电催化分离区713内的第二斜板填料714时进行分离，即较轻的粒子一旦接触到第二上层导流部件7141就将逆流上升，较重的粒子将通过第二斜板填料714下沉到电催化分离区713内底部设置的第二积泥区719内。经分离后的采出水从第二斜板填料714中流出到达电催化分离区713的底部，进而从该底部流入与电催化分离区713底部连接的出水区715的底部，由于第二积泥区719也设置在出水区715的底部，因此经分离后的采出水在从电催化分离区713 的底部向出水区715的底部流动的过程中，也会有部分污泥等较重的粒子沉积到第二积泥区719内。另外，在电催化分离区713的上方还设置有刮渣器716，其作用是将浮升到液面的油火渣传送到收油或收渣槽内排出电催化箱体7外，本实施例将设置在臭氧氧化系统可能发生爆炸危险的刮渣器设置在电催化箱体7上部，可有效避免发生爆炸的风险，大大提高了工作安全系数。在出水区715内，采出水自下而上通过调节堰717后从第三出水口72流出电催化箱体7，调节堰717起到调节液位的作用，控制电催化箱体7内的液位，便于电催化分离区713上方设置的刮渣器716顺利刮出液面上的油或渣进入收油或收渣槽内。
油田采出水首先进入臭氧氧化系统进行一次降粘，随后再进入电催化氧化系统进行二次降粘，通过两次降粘过程实现油田采出水的降粘处理，从而满足油田化学驱采出水水质达标处理的需求。其中在臭氧氧化系统，臭氧循环罐通过一循环出水管连接其上设置的循环水出口62与循环泵2，将臭氧循环罐罐体6内的回流水经过循环出水管输送至循环泵2中进行加压提升，将回流水泵至气液强力混合腔3内；臭氧发生器1用于产生臭氧，并将产生的臭氧通入气液强力混合腔3中，气液强力混合腔3则用于将从臭氧发生器1通入的臭氧和从循环泵2泵入的回流水进行混合，气液强力混合腔3的出水随后依次通过第一臭氧反应器4和第二臭氧反应器5进入臭氧循环罐罐体6内，其中气液强力混合腔3与第一臭氧反应器4底部设置的第一进水口41连接，第一臭氧反应器4顶部设置的第一出水口42与第二臭氧反应器 5底部设置的第二出水口51连接，第二臭氧反应器5顶部设置的第二出水口52通过一循环进水管与臭氧循环罐罐体6内设置的循环水进口61连接。第一臭氧反应器4和第二臭氧反应器5内可设置有3～4层错流穿孔板，可以延长臭氧与回流水的接触反应时间，使得臭氧充分溶入回流水中；另外，气液强力混合腔3溶入臭氧的过程本身是一个负压吸气的过程，利用从循环泵2泵打入回流水在通过气液强力混合腔3时紊流产生较大的负压，将臭氧发生器1 产生的臭氧吸入，吸入的臭氧与回流水在气液强力混合腔3内充分接触，产生涡流、旋转并相互碰撞，形成“空化”效应，并通过后续的第一臭氧反应器4和第二臭氧反应器5，延长回流水与臭氧的催化氧化反应时间，从而达到最佳的溶气效果。在此过程中，由于是负压吸气，因此不需要臭氧发生器1产生的臭氧有一个压缩过程，即臭氧发生器1产生的臭氧在很低的压力下便可释放到气液强力混合腔3内，因此不会产生“臭氧淬灭”的问题。油田采出水经过臭氧氧化系统的一次降粘处理后，由臭氧循环罐将一次降粘处理后的采出水的一部分通入电催化氧化系统中的电催化箱体7中进行二次降粘处理，另一部分则进入循环出水管中通入循环泵2作为回流水。
本实施例提供的基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置可有效改善油田化学驱采出水水质，降解聚合物等有机物，降低采出水粘度，大幅度提高油、泥、水分离效率，提高油田已建的“沉降+过滤”的工艺技术的处理效能，满足油田化学驱采出水水质达标处理的需求。
实施例3：使用基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置对油田化学驱采出水进行降粘处理
该实施例使用实施例2提供的基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置对油田采出水进行降粘处理，其中油田采出水为三元复合驱采出水，主要包括以下步骤：
1)按照实施例1和实施例2所述的基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置进行组装或安装；
2)将降粘装置中的臭氧循环罐上设置的来水进口63通过一来水进管与油田采出水源连接，随后启动降粘装置对油田采出水进行处理。
具体为：如图2和3所示，油田采出水首先通过一来水进管进入来水中心柱611，随后自下而上进入配水系统613，在配水系统613的作用下均匀自上而下依次经过上层导流板6141、第一斜板填料6142和下层导流板6143。在油田采出水自上而下的过程中，与臭氧循环罐的循环水进口连接的循环进水管携带的大量的臭氧通过循环旋流板617释放到臭氧循环罐罐体6中，大量释放的臭氧自下而上，和自上而下的采出水进行对流碰撞反应，同时通过臭氧循环罐罐体6内部布置的第一斜板填料6142，加大过水断面的湿周，加大对流碰撞面积，提高臭氧反应效率，使得采出水在臭氧循环罐罐体6中充分氧化，臭氧氧化后的采出水通过集水系统8进入出水中心柱612，出水中心柱612中的一部分经臭氧氧化的采出水从降粘水出口64流出，经过一倒U型管进入电催化箱体7进行进一步降粘处理；另一部分经臭氧氧化的采出水则从循环水出口62通过一循环出水管流入循环泵2内作为内循环回流水。
在臭氧氧化过程中，臭氧氧化参数设计为：
1、臭氧循环罐的水力停留时间为50min，水力下向流速为0.7mm/s。
2、第一臭氧反应器4的水力停留时间为10min，反应器内设3～4层错流穿孔板。
3、第二臭氧反应器水5的力停留时间为10min，反应器内设3～4层错流穿孔板。
4、循环泵2内回流比为4:1。
5、吨水臭氧投加浓度为300mg/L。
如图4所示，经臭氧氧化后的采出水首先通过第三进水口64进入电催化接触区711，首先采出水中有一部分杂质污泥等沉积到第一积泥区718内，水流自下而上通过电催化接触区 711内设置的电解池712的原位电解反应进行电解。电解后出水从电催化接触区711的顶部进入电催化分离区713；在电催化分离区713内，水流流态为自上而下，水中快速上升的粒子将浮到水面，上升较慢的粒子在通过电催化分离区713中的第二斜板填料714时进行分离，随后沉积到第二积泥区719内，水体自上而下通过电催化分离区713的第二斜板填料714后由电催化分离区713的底部进入出水区715，水流自下而上通过调节堰717后从第四出水口 718流出电催化箱体7外，实现对油田采出水的二级降粘处理。
在电催化氧化过程中，电催化氧化参数设计为：
1、电催化接触区711的水力停留时间为10min，电催化分离区713的水力停留时间位 80min。
2、采出水在电极板7121间的流速为9.5m/h,电极板7121的电流密度为150A/m2。
3、电催化分离区713的过水断面容积负荷为1.25m3/m2·h。
利用实施例1提供的基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置对三元复合驱采出水按照上述方法进行处理后，三元复合驱采出水中含油去除率在75％以上，悬浮固体去除率在50％以上，降粘率在70％以上，满足油田化学驱采出水水质达标处理的需求。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于油田化学驱采出水降粘的臭氧循环罐，其特征在于，包括：
罐体(6)，其内设置有循环水进口(61)、循环水出口(62)、来水进口(63)和降粘水出口(64)，所述来水进口(63)用于与采出水源连接；
来水中心柱(611)，其竖直设置在所述罐体(6)内的中心上部，所述来水中心柱(611)的底部与所述来水进口(63)连接；
配水系统(613)，其设置在所述罐体(6)内的顶部，并与所述来水中心柱(611)连接；
导流部件(614)，其设置在所述配水系统(613)的下方，并环绕所述来水中心柱(611)设置在所述罐体(6)内；
出水中心柱(612)，其竖直设置在所述来水中心柱(611)的下方，底部分别与所述循环水出口(62)和降粘水出口(64)连接；
循环旋流板(617)，其设置在所述导流部件(614)的下方，并环绕所述出水中心柱(612)的上部或环绕所述来水中心柱(611)的下部设置在所述罐体(6)内；和
集水系统(618)，其设置在所述循环旋流板(617)的下方，并与所述出水中心柱(612)连接。
2.根据权利要求1所述的臭氧循环罐，其特征在于，所述配水系统(613)包括多个配水喇叭口(6131)和将所述多个配水喇叭口(6131)与所述来水中心柱(611)连接的配水导管(6132)；和
所述集水系统(618)包括多个集水喇叭口(6181)和将所述多个集水喇叭口(6181)与所述出水中心柱(612)连接的集水导管(6182)；
所述导流部件(614)包括固定连接的第一上层导流板(6141)、第一斜板填料(6142)和第一下层导流板(6143)。
3.一种基于臭氧氧化的油田化学驱采出水降粘装置，其特征在于，包括：
臭氧发生器(1)，其用于产生臭氧；
气液强力混合腔(3)，其与所述臭氧发生器(1)连接；
第一臭氧反应器(4)，其包括第一进水口(41)和第一出水口(42)，其中所述第一进水口(41)与所述气液强力混合腔(3)连接；
权利要求1或2所述的臭氧循环罐，其中所述循环水进口(61)与所述第一出水口(42)连接；和
循环泵(2)，其一端与所述臭氧循环罐的循环水出口(62)连接，另一端与所述气液强力混合腔(3)连接。
4.根据权利要求3所述的基于臭氧氧化的油田化学驱采出水降粘装置，其特征在于，还包括：
第二臭氧反应器(5)，其设置在所述第一臭氧反应器(4)和臭氧循环罐之间，在所述第二臭氧反应器(5)上设置有第二进水口(51)和第二出水口(52)，其中所述第二进水口(51)与所述第一出水口(42)连接，所述第二出水口(52)与所述臭氧循环罐的循环水进口(61)连接。
5.根据权利要求4所述的基于臭氧氧化的油田化学驱采出水降粘装置，其特征在于，所述第一臭氧反应器(4)和第二臭氧反应器(5)内均设置有3～4层错流穿孔板。
6.一种基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置，其特征在于，包括：
权利要求3-5中任一项所述的基于臭氧氧化的油田化学驱采出水降粘装置；和
电催化箱体(7)，其包括第三进水口(71)，所述第三进水口(71)与所述臭氧循环罐的降粘水出口(64)连接。
7.根据权利要求6所述的基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置，其特征在于，所述第三进水口(71)与所述臭氧循环罐的降粘水出口(64)通过一倒U型管道连接，在所述倒U型管道上设置有一破虹吸管(620)。
8.根据权利要求6或7所述的基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置，其特征在于，所述电催化箱体(7)还包括电催化接触区(711)、电催化分离区(713)和出水区(715)；其中：
所述电催化接触区(711)的底部与所述第三进水口(71)连接，其内设置有电解池(712)；
所述电催化分离区(713)的上部与所述电催化接触区(711)的上部连接，其内设置有第二斜板填料(714)、第二上层导流板(7141)和第二下层导流板(7142)；
所述出水区(715)的底部与所述电催化分离区(713)的底部连接；
其中所述电催化接触区(711)的底部设置有第一积泥区(718)，所述电催化分离区(713)和出水区(715)的底部设置有第二积泥区(719)。
9.根据权利要求8所述的基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置，其特征在于，所述电催化箱体(7)还包括：
刮渣器(716)，其设置在所述电催化分离区(713)的上方；
调节堰(717)，其设置在所述出水区(715)的上方；和
第三出水口(72)，用于排出经所述电催化箱体(7)处理之后的水。
10.根据权利要求9所述的基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置，其特征在于，所述电解池(712)内设置有多组电极板(7121)，所述多组电极板(7121)平行设置，并与水流方向相同；
每组电极板(7121)为一对阳极和一对阴极；和
相邻两组电极板(7121)之间的间距为10～15mm。
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|---|---|---|---|
| CN201921590549.5U CN211999236U (zh) | 2019-09-24 | 2019-09-24 | 用于油田化学驱采出水降粘的臭氧循环罐及降粘装置 |
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| CN211999236U true CN211999236U (zh) | 2020-11-24 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN110713236A (zh) * | 2019-09-24 | 2020-01-21 | 大庆油田有限责任公司 | 一种基于臭氧-电催化氧化联用的油田化学驱采出水降粘装置及降粘方法 |
| CN115159630A (zh) * | 2022-06-20 | 2022-10-11 | 天津正达科技有限责任公司 | 一种一体化内循环电催化反应器 |
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2019
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