油田水处理在用Word下载.docx

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油田注水的服务对象：

致密岩石组成的油层

要求：

保证注水水质，达到“注得上，注得进，注得够”。

对净化采出水的具体要求:

化学组分稳定，不形成悬浮物；

严格控制机械杂质和含油；

有高洗油能力；

腐蚀性小；

尽量减少采出水处理费用。

油层条件对注水水质的要求：

低渗透油田注水水质标准。

目前，陆上低渗透油藏为35％左右，且每年新探明的石油地质储量中低渗透油层所占的比重越来越大。

二、净化污水回注水质标准

1、注水水质基本要求注水水质确定：

根据注入层物性指标进行优选。

具体要求：

对水处理设备、注水设备、输水管线腐蚀性小；

不携带超标悬浮物、有机淤泥、油；

与油层流体配伍性良好，即注入油层后不使粘土发生膨胀和移动。

2、注水水质标准

由于各油田或区块油藏孔隙结构和喉道直径不同，相应的渗透率也不相同，因此，注水水质标准也不相同。

下表为石油天然气行业标准《碎屑岩油藏注水水质推荐指标》SY／T5329－94水质主控指标。

3、注水水质辅助性指标

辅助性指标包括：

溶解氧水中溶解氧时可加剧腐蚀。

腐蚀率不达标时，应首先检测氧浓度。

油田污水溶解氧浓度<

0.05mg/l，特殊情况不超过0.1mg/l；

清水中溶解氧含量要小于0.5mg/l。

硫化氢硫化物含量过高，说明细菌增生严重，引起水中悬浮物增加。

油田污水中硫化物含量应小于2.0mg/l。

侵蚀性二氧化碳=0，稳定

侵蚀性二氧化碳含量>

0，可溶解CaCO3垢，但对设施有腐蚀

<

0，有碳酸盐沉淀析出

pH控制在70.5为宜。

铁

当水中含有亚铁离子时，铁细菌可将其转化为三价铁离子，生成氢氧化铁沉淀，水中含有硫化物（H2S）时,生成FeS沉淀，使水中悬浮物增加。

第四节油田水中的杂质

一、原水杂质分类

按油田污水处理的观点，原水中的细小杂质分为五大类。

1、悬浮固体颗粒直径围1～100m，此部分杂质主要包括：

泥沙：

0.05～4m的粘土、4～60m的粉砂、大于60m的细砂；

各种腐蚀产物及垢：

Fe2O3、CaO、MgO、FeS、CaSO4、CaCo3等；

细菌：

硫酸盐还原菌（SRB）5～10m，腐生菌（TGB）10～30m；

有机物：

胶质、沥青质和石蜡等重质油类。

2、胶体粒径为110－3～1m，主要由泥砂、腐蚀结垢产物和微细有机物构成，物质组成与悬浮固体基本相似。

3、分散油与浮油原水中一般约有1000mg/l的原油，偶尔有2000～1000mg/l的峰值含油量，其中90％左右为10～100m的分散油和大于100m的浮油。

4、乳化油原水中有10％左右的（110－3～10m）的乳化油。

5、溶解物质在污水中处于溶解状态的低分子及离子物质。

主要包括：

溶解在水中的无机盐类基本上以阳离子和阴离子的形式存在，粒径在110－3m以下，如Ca2＋、Mg2＋、K＋、Na+、Fe2＋、Cl－、HCO3－、CO32－等，还包括环烷酸类等有机溶解物。

溶解的气如溶解氧、二氧化碳、硫化氢、烃类气体等，粒径一般为（3～5）10－4m

二、原水杂质分析

在水处理过程中，主要是从堵塞和腐蚀的角度来考察重要的水中的离子及其物理性质。

还要计算总溶解固体量（TDS）：

离子浓度总和测试余氯含量（杀菌剂）或水质处理化学药剂含量：

监控其在系统中的效能。

总体上讲，油田污水是一种含有固体杂质、液体杂质、溶解气体以及溶解盐类等较复杂的多相体系。

1、阳离子

（1）钙油田盐水的主要成分，含量高达30000mg/L,能很快与碳酸根或硫酸根离子结合，沉淀生成附着的垢或悬浮固体，是造成地层堵塞的主要原因。

（2）镁镁离子浓度比钙离子低得多。

能形成碳酸镁（MgCO3）垢。

纯的碳酸镁很难获得，溶解度是碳酸钙的50倍，在Ca-Mg碳酸盐垢的混合物中，只有极少量的MgCO3。

（3）钠油田水中的主要成分，通常不会引起什么问题。

（4）铁

地层水中天然铁含量很低。

其存在标志着有金属腐蚀。

存在形式：

溶液中以离子形式存在（高铁（Fe3＋）或低铁（Fe2＋））作为沉淀出来的铁化合物悬浮在水中

（5）钡与硫酸根离子结合生成及其难溶的BaSO4。

（6）锶与钡和钙一样，能与SO42-形成难溶的SrSO4。

比BaSO4好溶一些，但发现的常常是BaSO4和SrSO4的混合垢。

2、阴离子

（1）氯根主要来源是NaCl，Cl-是个稳定成分，其浓度用作水中含盐量的度量。

Cl-浓度高更容易引起腐蚀。

（2）CO32-和HCO3-能够生成不溶解的垢。

CO32-浓度表示的碱度称为酚酞碱度，HCO3-浓度表示的碱度称为甲基橙碱度。

（3）SO42-与钙、钡或锶反应生成不溶解的垢，也是硫酸盐还原菌的“食物”。

3、其它性质

（1）pH值碳酸钙和铁的化合物的溶解度很大程度上取决于pH值。

大多数油田水的pH值在4～8之间

pH值越高，结垢趋势越大；

若pH值较低，则结垢趋势减小，但其腐蚀性增大。

pH值的测定：

可采用高压pH值电极进行在线测试。

（2）悬浮固体

a、含量

用膜过滤器过滤出的固体数量来衡量水中固体悬浮物含量。

常用滤膜孔径为0.45的过滤器来测定。

b、颗粒大小的分布可用于过滤器性能的监测。

c、颗粒形状通过光学或扫描电镜测定，通常与颗粒大小分布结合使用。

d、悬浮固体的化学组分对化学组分的测定，可以确定其起因（腐蚀产物、垢的颗粒、地层砂等），对清除堵塞的设计很重要。

（3）浊度水“混浊”程度的一个度量，反映注水过程中地层堵塞的可能性。

意味着水中含有不溶物质，如分散油或气泡。

通常用测定浊度来监视过滤器的性能。

（4）总溶解固体量（TDS，总矿化度）

已知体积的水中所溶解物质的总量总矿化度高对抑制油层粘土膨胀有利，但易结垢，更

易引起腐蚀。

对水中溶解氧含量敏感。

测定方法：

通过水分析报告给出的阳离子、阴离子的浓度总数计算，或是通过将蒸发的水样进行干燥后称重残余物测定。

（5）温度水温度影响结垢趋势、pH值、气体在水中的溶解度。

水温过低原水不易处理，水温增高，腐蚀加剧.水的相对密度也是温度的函数。

（6）相对密度

相对密度的大小是水中溶解的固体总量的直接标志。

由于实际水中含有溶解的固体，因而相对密度＞1。

（7）溶解氧影响水的腐蚀性；

若水中存在溶解的铁，会与氧形成铁的氧化物沉淀，造成堵塞；

助长需氧细菌的生长

（8）溶解的CO2影响水的pH值、腐蚀率、碳酸钙结垢的程度。

（9）硫化物（H2S）水中存在H2S会增加水的腐蚀性。

自然存在于水中或由硫酸盐还原菌（SRB）产生。

（10）细菌总数细菌存在引起腐蚀、地层堵塞。

测定和监视硫酸盐还原菌（SRB）的数目，还要测定粘泥生成菌（TGB）及细菌总数。

（11）油含量

水中含油会降低注水效率，表现为在油层中产生“乳状块”是一些固体如硫化铁的极好粘结剂，加重堵塞。

第二章油田污水处理工艺

第一节工艺流程简介

一、重力式流程

自然（或斜板）除油—混凝沉降—压力（或重力）过滤流程。

重力式流程在20世纪七八十年代国各陆上油田较普遍采用。

1、该流程处理过程

脱水转油站来的原水，经自然收油初步沉降后，加入混凝剂进行混凝沉降，再经过缓冲、提升、进行压力过滤，滤后水加杀菌剂，得到合格的净化水，外输用于回注。

滤罐反冲洗排水用回收水泵均匀地加入原水中再进行处理。

回收的油送回原油集输系统或者用作原料。

2、流程特点

处理效果良好。

对原水含油量、水量变化波动适应性强自然除油回收油品好投加净化剂混凝沉降后净化效果好若处理规模较大时：

压力滤罐数量较多、操作量大处理工艺自动化程度稍低

当对净化水质要求较低，且处理规模较大时，可采用重力式单阀滤罐提高处理能力。

二、压力式流程旋流（或立式除油罐）除油—聚结分离—压力沉

降—压力过滤流程。

压力式流程是20世纪80年代后期和90年代初发展起来的。

它加强了流程前段除油和后段过滤净化。

1、流程处理过程

脱水站来的原水，若压力较高，可进旋流除油器；

若压力适中，可进接收罐除油，为提高沉降净化效果，在压力沉降之前增加一级聚结（亦称粗粒化），使油珠粒径变大，易于沉降分离。

或采用旋流除油后直接进入压力沉降。

根据对净化水质的要求，可设置一级过滤和二级过滤净化。

处理净化效率较高，效果良好，污水在处理流程停留时间较短旋流除油装置可高效去除水含油，聚结分离使原水中微细油珠聚结变大，缩短分离时间，提高处理效率。

适应水质、水量波动能力稍低于重力式流程流程系统机械化、自动化水平稍高于重力式流程，现场预制工作量大大降低可充分利用原水来水水压，减少系统二次提升。

三、浮选式流程

接收（溶气浮选）除油—射流浮选或诱导浮选—过滤、精滤流程。

浮选式流程主要是借鉴20世纪80年代末、90年代初从国外引进污水处理技术的基础上，结合国各油田生产实际需要发展起来的。

流程首端采用溶气气浮，再用诱导气浮或射流气浮取代混凝沉降设施，后端根据净化水回注要求，可设一级过滤和精细过滤装置。

处理效率高；

设备组装化、自动化程度高，现场预制工作量小；

广泛用于海上采油平台；

陆上油田，尤其是稠油污水处理中有较多应用。

流程动力消耗大，维护工作量稍大。

四、开式生化处理流程

隔油—浮选—生化降解—沉降—吸附过滤流程。

该流程适用条件：

针对部分油田污水采出量较大，但回用量不够大，必须处理达标外排而设计的。

原水经过平流隔油池除油沉降，再经过溶气气浮池净化，然后进入曝气池、一级、二级生物降解池和沉降池，最后提升经砂滤或吸附过滤达标外排。

2、流程净化效果

一般情况，经过开式生物处理流程净化，排放水质可以达到《污水综合排放标准》GB8978—1996要求。

应注意的是：

少部分油田污水水温过高，若直接外排，将引起受纳水体生态平衡的破坏—排放前淋水降温；

少部分矿化度高的油田污水，进行除盐软化，降低含盐量，以免引起受纳水体盐碱化。

第二节除油

一、自然除油

1、基本原理

物理法除油，根据油水密度不同，达到油水分离。

该种方法：

忽略了进出配水口水流的不均匀性忽略油珠颗粒上浮中的絮凝等因素的影响，认为油珠颗粒是在理想状态下进行重力分离

a、假定过水断面上各点的水流速度相等，且油珠颗粒上浮时的水平分速度等于水流速度；

b、油珠颗粒以等速上浮；

c、油珠颗粒上浮到水面即被去除。

含油污水在重力分离池中的分离效率（除油效率）为：

式中：

E—油珠颗粒的分离效率；

u—油珠颗粒上浮速度；

Q/A—面负荷率；

Q—处理流量；

A—除油设备水平工作面积。

表面负荷率Q/A是一个重要参数。

当Q一定时，加大表面积

A，可以减小油珠颗粒上浮速度u，意味着更小直径的油珠颗粒

被分离出来，从而提高除油效率或增加设备的处理能力。

Stokes公式

u－颗粒的浮升速度，m/s；

w、o－分别表示颗粒及水的

密度，kg/m3；

g－重力加速度，m/s2；

－污水的粘度，Pa﹒s；

d－颗粒的粒径，m。

Stokes公式说明的问题

（1）颗粒与水的密度差（w-o）愈大，它的浮升速度愈大，成正比关系。


当w>

o时，u>

0，颗粒上浮；


当w<

o时，u<

0，颗粒下沉；


当w=o时，u=0，颗粒既不下沉也不上浮。

（2）水的粘度愈小，上浮速度愈快，成反比关系。

因粘度与水温成反比，故提高水温有利于上浮。

（3）颗粒直径d愈大，浮升速度愈快，成平方关系。

因此随粒度的下降，颗粒的浮升速度会迅速降低。

实际水处理过程中，水流呈层流状态的情况较少，所

以一般只能去除d>

20m的颗粒。

2、装置结构

自然除油设施一般兼有调储功能，油水分离效率不够高，通常工艺结构采用下向流设置。

二、斜板（管）除油

斜板（管）除油是目前最常用的高效除油方法之一，是一种物理法除油。

斜板（管）除油基本原理是“浅层沉淀”，又称“浅池理论”。

若将水深为H的除油设备分隔为n个水深为H/n的分离池，当分离池长度为原除油区长度的1／n时，处理水量与原分离区相同，且分离效果完全相同。

为便于浮升到斜板（管）上部油珠的流动和排除，把浅的分离池倾斜一定角度（一般为45°

～60°

）。

除油效率：

假设除油设备高度为H，油珠颗粒分离时间为t，则表面负荷率表示为Q/A＝H/t，则分离效率为

公式表明：

重力分离除油设备的除油效率是分离高度的函数。

H减小，E增大。

2、斜板除油装置

立式和平流式两种，油田上常用的是立式斜板除油罐和平流式斜板除油罐。

（1）立式斜板除油罐

结构形式与普通立式除油罐基本相同，主要区别是在普通除油罐中心反应筒外的分离区一定部位加设了斜板组。

对斜板材质要求：

在污水中长期浸泡不软化、不变形、耐油、耐腐蚀。

工作过程：

含油污水从中心反应筒出来，在上部分离区进行初步的重力分离，较大油珠颗粒分离出来。

污水通过斜板区进一步分离

分离后的污水在下部集水区流入集水管，汇集后由中心柱管上部流出。

斜板区分离出的油珠颗粒上浮至水面，进入集油槽后由出油管排出到收油装置。

常用的斜板规格

立式斜板除油罐的主要设计参数：

斜板间距80～100mm

斜板倾角45°

斜板水平投影负荷1.5×

10－4～2.0×

10－4m3/（s﹒m2）

其它设计数据与普通除油罐基本相同。

实践证明：

在除油效率相同条件下，与普通立式除油罐相比，同样大小的斜板除油罐的除油处理能力可提高1.0～1.5倍。

（2）平流式斜板隔油池

平流式斜板隔油池是在普通的隔油池中加设斜板构成。

一般是由钢筋混凝土做成池体，池中波纹斜板大多呈45°

安装。

隔油池原理：

隔油池是用自然上浮法分离、去除含油废水中可浮油的处理筑物。

构造：

废水从池的一端流入池，从另一端流出。

在流经隔油池的过程中，由于流速降低，密度小于1.0而粒径较大的油类杂质得以上浮到水面上，密度大于1.0的杂质则沉于池底。

在出水一侧的水面上设集油管。

进入的含油污水通过配水堰、布水栅后均匀而缓慢地从

上而下经过斜板区，油水泥在斜板中分离。

油珠颗粒沿斜板组的上层板下，向上浮升滑出斜板到水面，通过活动集油管槽收集到污油罐再送去脱水；

泥砂沿斜板组下层斜板面滑向集泥区落到池底，定时排除；

分离后的水，从下部分离区进入

折向上部的出水槽，然后排出或送去进一步处理，而由于高程布置的原因，污水进入下一步处理工序，往往需要用泵进行提升。

三、粗粒化（聚结）除油

粗粒化：

含油污水流经装有填充物（粗粒化材料）的

装置后，使油珠由小变大的过程。

这样，更容易用重力分离法将油除去。

粗粒化处理的对象：

水中的分散油。

2、粗粒化的机理

有两种观点：

润湿聚结；

碰撞聚结

润湿聚结理论

建立在“亲油性”粗粒化材料的基础上。

当含油污水流经亲油性材料组成的粗粒化床时，分散油珠在材料表面润湿吸附，材料表面几乎全被油包住，再流来的油珠更容易润湿附着在上面，油珠不断聚结扩大并形成油膜，在浮力和反向水流冲击作用下，油膜开始脱落，在水相中仍形成油珠，但比聚结前的油珠粒径大，从而达到粗粒化的目的。

具有该种特性的聚结材料：

聚丙烯塑料球，无烟煤等

碰撞聚结理论

建立在疏油材料基础上。

由粒状的或纤维状的粗粒化材料组成的粗粒化床，其空隙均构成互相连续的通道，如无数根直径很小交错的微管。

当含油污水流经该床时，由于粗粒化材料是疏油的，两个或多个油珠有可能同时与管壁碰撞或互相碰撞，其冲量足可以将它们合并为一个较大的油珠，达到粗粒化目的。

蛇纹石，粒等。

需澄清的问题

无论是亲油的或是疏油的材料，两种聚结同时存在。

亲油材料以“润湿聚结”为主，也有碰撞聚结。

原因是污水流经粗粒化床，油滴之间也存在碰撞。

疏油材料以“碰撞聚结”为主，也有润湿聚结。

原因是当疏油材料表面沉积油泥时，该材料便有亲油性。

无论是亲油性材料还是疏油性材料，只要粒径合适，都有较好的粗粒化效果。

3、粗粒化材料（聚结板材）的选择

分类：

形状：

粒状（重复使用）；

纤维状（一次性使用）

材质：

天然的（无烟煤、蛇纹石、石英砂等）

人造的（聚丙烯塑料球、粒等）

选用原则：

耐油性好，不能被油溶解或溶胀；

具有一定的机械强度，且不易磨损；

不易板结，冲洗方便；

一般主用亲油性材料；

尽量采用相对密度大于1的材料；

粒径3～5mm为宜；

货源充足，加工运输方便，价格便宜。

目前，国各油田工业化的粗粒化装置大多是粒状材料。

各种材料性能见下表。

常用聚结板材的特性：

聚丙烯、塑料钢塑料聚结板属润湿聚结畴；

纯聚丙烯板材，当吸油接近饱和时，纤维周围会产生油水界面引起的分子膜状薄油摸，吸油趋于平衡，影响聚结效果；

玻璃钢材质吸油时，对油水界面引起的分子膜状薄油模影响较小，吸油功能可保持良好，但板材加工难度大；

碳钢、不锈钢聚结板材属碰撞聚结畴，板材表面经过特殊处理后，亲水性能良好。

不锈钢板聚结效果优于碳钢板，其运行寿命大于碳钢板，但不锈钢板造价远高于碳钢。

4、粗粒化（聚结）装置

单一式一般为立式结构：

下部配水，中部装填粗粒化材料上部出水

组合式一般为卧式结构：

前端为配水部分中部为粗粒化部分中后部为斜板（管）分离部分

后部为集水部分

聚结分离器

采用卧式压力聚结方式与斜板（管）除油装置结合除油。

其工艺原理图见图。

原水进入装置前端，通过多喇叭口均匀布水，水流方式横向流经三组斜交错聚结板，使油珠聚结，悬浮物颗粒增大，然后再横向上移，自斜板组上部均布，经斜板分离，油珠上浮聚集，固体悬浮物下沉集聚排除，净化水由斜板下方横向流入集水腔。

四、气浮除油

气浮：

在含油污水入空气（或天然气），使水中产生微细气泡，有时还需加入浮选剂或混凝剂，使污水中颗粒为0.25～0.35m的乳化油和分散油或水中悬浮颗粒粘附在气泡上，随气体一起上浮到水面并加以回收，从而达到含油污水除油除悬浮物的目的。

具体过程：

通入空气→产生微细气泡→SS附着在气泡上→上浮应用：

自然沉淀或上浮难于去除的悬浮物，以及比重接近1的固体颗粒。

2气浮的理论基础水中颗粒与气泡粘附的条件

水、气、固三相混合体系中，不同介质表面因受力不均衡而存在界面力，气泡与颗粒或絮体一旦接触，由于界面力存在会产生表面吸附作用。

2）润湿周边：

三相间的吸附界面构成的交界线。

与润湿接触角有关系。

3）亲水吸附与疏水吸附

泡沫的稳定性

（1）不稳定的后果：

气泡浮到水面后，水分很快蒸发，泡沫极易破灭，会使已经浮到水面的污染物又脱落回到水中。

（2）方法：

投加起泡剂（表面活性物质）达到易起气泡的稳定的目的。

改变疏水性能

向水中投加浮选剂，可以使颗粒由亲水性物质变为疏水性。

结合方式（气浮中气泡对絮体和颗粒单体的结合方式）

分为：

气泡顶托；

气泡裹携；

气泡吸附

3、气浮除油（除悬浮物）装置

按气体被引入水中的方式分为两类：

溶解气气浮选装置；

分散气气浮选装置

（1）溶解气气浮选装置

溶气气浮原理：

使空气在一定的压力作用下，溶解于水并到达过饱和状态，再减至常压释放，气体便以微小气泡的形式逸出。

A、容器真空气浮

常压空气溶于水，负压析出。

特点：

整个气浮池在负压下操作，空气溶解容易，动力设备和

电能消耗少。

缺点：

所有设备均要密封在气浮池，构造复杂，生产中使用不多。

B、加压溶气气浮

工作原理：

在加压条件下，使空气溶于水，形成空气过

饱和状态。

然后减至常压，使空气析出，以微小气泡释放于水中，实现气浮，此法形成气泡小，约20～100μm，处理效果好，应用广泛。

其气浮工艺有三种形式：

全溶气法电耗高，但气浮池溶积小。

部分溶气法（应用比较广泛）省电，溶气罐小。

但若溶解空气多，需加大压力

回流加压溶气法适用于SS高的原水，但气浮池容积大。

组成：

空气饱和设备、空气释放器、气浮池

加压溶气气浮法的特点：

加压条件下，空气的溶解度大，能提供足够的微气泡，确保气浮效果。

减压释放，产生气泡不仅微细（20-100µ

m），粒径均匀，密集度大，而且上浮稳定，对液体扰动小。

特别适合于疏松絮凝体，细小颗粒的固液分离。

工艺设备和流程较为简单，便于管理维护。

对回流加压，处理效果显著、稳定，节约能耗。

溶解气气浮选装置工艺过程

使气体在压力状态下溶于水中，再将溶气水引入浮选器首端或底部均匀配出，待压力降低后，溶入水中的气体便释放出来，使被处理水中的油珠和悬浮物吸附到气泡上，上浮聚集被去除。

（2）分散气浮选装置

A、旋转型浮选装置

机械转子旋转，在气液界面上产生液体漩涡，漩涡气液界面随着转速升高，可扩展到分离室底部以上。

在漩涡中心的气腔中，压力低于大气压，引起分离室上部气相空间的蒸气下移，通过转子与水相混合，形成气水混合体。

在转子的旋转推动下向周边扩散，形成与油、悬浮物混合、碰撞、吸附、聚集、上浮被去除的循环过程。

大多数旋转式分散气浮选装置设有四个浮选单元室。

含油污水依次流经四个浮选单元室，水中含油和悬浮物逐级被去除净化。

B、喷射型浮选装置

该装置每个浮选单元均设置一个喷射器，利用泵将净化水打入浮选单元的喷射器，喷射器的喷嘴局部产生低气压，引起气浮单元上部气相空间的气体流向喷射器喷嘴，气、水在喷嘴出口后的扩散段充分混合，射流进入浮选单元中下部，与被处理的污水混合，形成油、悬浮物比B型能耗高，气耗大。

五、旋流除油

利用油水密度差，在液流调整旋转时受到不等离心力的作用而实现油水分离。

2、旋流除油装置—水力旋流器

含油污水切向或螺旋向进入圆筒涡