油田污水處理研究

46油田污水處理研究李靜°祁萬(wàn)軍(中國石油集團工程設計有限公司北京分公司)(中海油能源發(fā)展股份有限公司監督監理技術(shù)公司)吉慶林王政威(中國石油大學(xué)(華東))摘要分析了油田污水的特殊性質(zhì)，總結了其常規處理工藝及相關(guān)裝置,重點(diǎn)分析了過(guò)濾技術(shù)在油田污水處理方面的重要性，并比較了常用過(guò)濾介質(zhì)的性能特點(diǎn)。通過(guò)試驗分析了油含量和聚合物含量對污水過(guò)濾處理的影響，指出了油田污水處理的難度所在。關(guān)鍵詞過(guò)濾油田污水聚合物過(guò)濾介質(zhì)污水處理0前言污水生化處理帶來(lái)困難。目前，對油田含油污水的精細處理已經(jīng)成為熱(2)含油量高。高含油量的污水，回注容易門(mén)課題。隨著(zhù)國內外各油田進(jìn)入中后開(kāi)采期,注水堵塞地層，外排會(huì )造成油污染。開(kāi)發(fā)方式被普遍采用，同時(shí)為了提高采收率,油田(3)水中含有s0,3-。硫酸鹽容易滋生細菌,助劑也被大量使用，致使油田采出液含水量不斷增細菌大量繁殖不僅腐蝕管線(xiàn)，而且還會(huì )造成地層嚴加、成分更加復雜，特別是隨著(zhù)聚合物驅油技術(shù)的重堵塞。日益成熟，采出水中所含的高分子聚合物使得污水(4)含有大量成垢離子。含有大量的HCO, "、處理難度進(jìn)-步加大。為了增加經(jīng)濟效益和達到環(huán)Ca*、Mg*等成垢離子，容易在管道及容器內結保要求，油田采出水通常經(jīng)過(guò)多道處理I序后用于垢?；刈?，如果處理不達標就回注，將導致管線(xiàn)腐蝕結(5) 懸浮物含量高。懸浮物含量高，顆粒微垢、滲油口堵塞、注水壓力升高等- - 系列問(wèn)題。某小，容易造成地層堵塞。些低滲透和特低透滲油田，對回注水要求其含油量(6)含高分子聚合物。 使污水水質(zhì)惡化，凈小于0.005 %e,懸浮物粒徑小于1 μm,懸浮物濃化難度加大。度小于0.001 %?；刈⑶皩臀鬯奶幚砩婕皯?油 田采出水常規處理方式(1-41浮雜質(zhì)、防垢、防蝕、殺菌和隔氧等多個(gè)方面，其中，最難處理的是懸浮雜質(zhì),包括浮油、分散油、目前，國內油田采用的污水處理技術(shù)-般包，乳化油、懸浮固體、聚合物等。括:重力沉降技術(shù)、粗?；夹g(shù)、氣浮技術(shù)、過(guò)濾技術(shù)等。重力沉降的處理效果完全依賴(lài)于污水中各1油田采出水性質(zhì)成分的重力差以及化學(xué)藥劑的效果，設備占地面積油田采出水成分復雜，是-種以水為主體,集大。粗?；夹g(shù)處理效果的好壞依賴(lài)于粗?；牧瞎腆w雜質(zhì)、油類(lèi)等懸浮體、溶解氣、鹽類(lèi)和- -些有的聚結性能，聚結性能好的粗?；牧夏苁辜毿∮蜋C物為- -體的復雜混合物，-般含油量高、懸浮物珠變?yōu)榇笥椭?，從而使得除油更容易。氣浮技術(shù)在含量高、礦化度高。通過(guò)對國內主要油田污水水樣油田含油污水處理中的應用主要是密閉加壓溶氣氣的分析，發(fā)現具有如下特點(diǎn):浮技術(shù)堂用氣源為天妖氣氫氣也有所應用。此(1) 礦化度高。高礦化度會(huì )加速腐蝕，并給中國煤化工技術(shù)、三相旋流分TYHCNMHG●李靜， 女，1983年生，碩士,助理工程師。北京市，000800《化工裝備技術(shù))第31卷第4期2010年47離技術(shù)等也是目前油田污水處理技術(shù)中的研究熱當油田回注水中油與水的密度相差較大時(shí)，還點(diǎn)。下面介紹幾種油田采出水的處理流程?？梢圆捎脷飧「∵x處理加精細過(guò)濾工藝流程，其原2.1自然除油 +混凝除油+過(guò)濾流程(三段流程)理如圖2所示。自然除油階段利用重力進(jìn)行油水分離，去除浮油?；炷A段進(jìn)- -步去除浮油和部分乳化油。經(jīng)過(guò)白然核桃| 改性氣浮L殼過(guò)纖維?這兩個(gè)階段后污水中含油量較低，可以進(jìn)行過(guò)濾操k~選濾器1球過(guò):作，在過(guò)濾階段主要去除污水中的懸浮物和微量油罐濾器」類(lèi)。三段常規流程精細過(guò)濾段該流程形成于油田開(kāi)發(fā)初期，其特點(diǎn)是適應性強，廢水含油量變化幅度較大時(shí)，一般也能滿(mǎn)足回82 氣浮浮選-精細過(guò)濾流程注所需水質(zhì)的要求，但該流程所需的構筑物比較3過(guò)濾技術(shù)在油田污水處理中的應用多。后來(lái)形成的不同處理流程，都是在此基礎上完善、發(fā)展起來(lái)的。從上述污水處理的各種流程中可以看出，無(wú)論2.2混凝除油 +過(guò)濾流程( 兩段流程)采用何種流程，過(guò)濾都是最后的關(guān)鍵步驟。這是因隨著(zhù)混凝技術(shù)的提高，利用高質(zhì)量的破乳劑可為過(guò)濾技術(shù)具有處理精度高、運行成本較低、占地將經(jīng)過(guò)一次混凝除油處理后的污水含油量控制在面積小、結構緊湊、消耗小、容易實(shí)現生產(chǎn)的自動(dòng)0.1%以下，于是對原來(lái)的三段流程進(jìn)行簡(jiǎn)化，形化操作和連續化操作等優(yōu)點(diǎn)，而且對油田污水中的成了二段處理工藝，而構筑物的投資也僅為原來(lái)的懸浮物處理效果很好，因而一-直是油田采用的污水3/4。同時(shí)，處理技術(shù)和設備的更新也使該流程更深度處理技術(shù)和研究熱點(diǎn)。隨著(zhù)理論水平和硬件設加實(shí)用，如無(wú)閥濾池技術(shù)與單閥濾罐的引進(jìn)，使得備的不斷完善，過(guò)濾技術(shù)取得了長(cháng)足進(jìn)步。濾罐可以自動(dòng)反沖洗，減輕了操作工人的勞動(dòng)強過(guò)濾技術(shù)作為油田含油污水處理的重要手段，度，節省了反沖洗泵和反沖洗罐的投資費和運行在油田的污水凈化處理中應用非常廣泛。我國油田費。應用最早、最多的是石英砂過(guò)濾器，目前應用較廣2.3精細處理流程泛的還有雙層濾料過(guò)濾器、多層濾料過(guò)濾器、雙向對于低滲透油田，其回注水的水質(zhì)要求更高，流過(guò)濾器和核桃殼過(guò)濾器等，大多為壓力式。針對處理難度也更大。目前國內用于低滲透層油層回注低滲透油田對回注水水質(zhì)的更高要求，近年來(lái)在國水的處理方法為:常規處理加“精細過(guò)濾”，即在內低滲透油田研究和應用的是精細過(guò)濾器，主要涉三段式處理工藝之后再加一套精細處理裝置。常見(jiàn)及纖維球過(guò)濾器、微孔管過(guò)濾器、中空纖維過(guò)濾流程有:器、濾芯過(guò)濾器等。國外油田常用過(guò)濾設備有單層(1)水力旋流- -精細過(guò)濾流程濾料和多層濾料過(guò)濾器、雙向流過(guò)濾器、硅藻土過(guò)當污水中油與水的密度相差較大時(shí)，即所含油濾器和簡(jiǎn)式過(guò)濾器、陶瓷膜過(guò)濾器、高精度濾芯過(guò)分中輕質(zhì)油含量較高時(shí)，可采用水力旋流加精細過(guò)濾器和雙層濾芯過(guò)濾器等。濾工藝流程，如圖1所示。水力旋流器在分離密度按照過(guò)濾機理不同，目前油田采用的過(guò)濾技術(shù)差較大的混合物時(shí)處理效果好。有以下幾種。.自然壓力(1)深層過(guò)濾深層過(guò)濾是- -種常規過(guò)濾技術(shù)，其過(guò)濾介質(zhì)是器多孔性顆?；蚶w維濾料。其過(guò)濾原理是:料漿在壓力的推動(dòng)下通過(guò)濾料,料漿中的固體懸浮物被截留回注水4雙濾料過(guò)濾器或改性纖維球過(guò)濾器在濾料之間的孔隙之中。目前油田使用最為廣泛的深層過(guò)濾哭在工苧砂+當咒地鏵殼過(guò)濾器、無(wú)煙煤石英中國煤化工經(jīng)過(guò)這些過(guò)濾器圖1水力旋流一精細過(guò)濾流程處理后MYHC N M H G參透油田的注水(2)氣浮浮選一精細過(guò)濾流程要求(B級或C級標準)，原水水質(zhì)較好的少數情48油田污水處理研究況可以達到A級標準?？梢?jiàn)其處理精度不是很高，用微米級不銹鋼纖維燒結而成，分長(cháng)纖維燒結目前油田通常用作精細過(guò)濾的預處理技術(shù)。和短纖維燒結兩類(lèi)。有兩層多孔纖維(粗濾纖維層(2)微孔過(guò)濾和精濾纖維層)，兩層纖維濾層的兩側分別由支承微孔過(guò)濾是一種較為精細的過(guò)濾手段。其過(guò)濾金屬網(wǎng)和保護金屬網(wǎng)夾持，耐壓性得以提高，能在原理是在壓力的推動(dòng)下，料漿穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì),并依高溫下過(guò)濾高粘度(102~10'Pa●. s)聚合物;空隙靠這種過(guò)濾介質(zhì)的攔截作用實(shí)現過(guò)濾?？梢钥闯鲞@率高達70% ~90%，異物截留容量大(過(guò)濾壽命種處理方法對濾材的要求極高，通常要求濾材上分長(cháng));同時(shí)這種介質(zhì)過(guò)濾精度高，壓力損失小，洗布有均勻的微孔，孔徑在2.5~250 μm。這種過(guò)濾滌再生性能也很優(yōu)越。方法可去除粒徑為0.5~5 μm的顆粒。濾材常采(3)聚乙烯燒結濾芯用燒結濾管，材料有陶瓷、玻璃砂、聚乙烯等。因聚乙烯燒結濾芯是用超高分子量聚乙烯配以其此，這種過(guò)濾方法- -般用作超濾過(guò)濾的強化預處理他輔助材料經(jīng)高溫燒結而成。在燒結過(guò)程中材料形手段。成微孔，控制燒結溫度可得到不同孔徑的濾管，適(3)預涂過(guò)濾用于過(guò)濾不同的雜質(zhì)。隨著(zhù)技術(shù)的不斷完善,這種預涂過(guò)濾器的核心元件是管式過(guò)濾器材或板框濾芯尤其適于處理固體顆粒在0.5~10.0 μm,或式過(guò)濾器材。在過(guò)濾之前先將預涂劑均勻涂布在過(guò)雖大于0.5 μm,但顆粒非剛性，易變形，顆粒之濾元件上，這樣便生成新的過(guò)濾介質(zhì)。預涂劑的質(zhì)間及顆粒與過(guò)濾介質(zhì)之間粘性大的難濾物料，并且量、預涂的操作參數對過(guò)濾效果的好壞影響重大，以其過(guò)濾精度高、化學(xué)性能穩定、無(wú)毒、無(wú)害、耐通常需要大量實(shí)驗研究數據作為工程參考。-一個(gè)過(guò)腐蝕、抗壓強度好等優(yōu)點(diǎn)引起人們的廣泛關(guān)注，在濾周期后需要對過(guò)濾介質(zhì)進(jìn)行反沖洗，反沖洗時(shí)預眾多行業(yè)被廣泛應用。涂劑被洗掉并形成廢渣，需要集中處理。- -般預涂本文采用相同精度(10 μm)的三種濾芯進(jìn)行過(guò)濾器對固體懸浮物的過(guò)濾效果較好。過(guò)濾對比試驗。過(guò)濾料漿成分為:油含量0.01 %0、3.1 過(guò)濾介質(zhì)5]固體懸浮物含量0.01 %o; 過(guò)濾速度均為0.917含油污水水質(zhì)復雜，其中含有懸浮固體、菌m/h。試驗結果如圖3所示。體、浮油、分散油、乳化油等雜質(zhì)，不但影響過(guò)濾0.09精度，而且由于油與固體懸浮物的結合,使雜質(zhì)的粘性變大，導致過(guò)濾介質(zhì)極易被污染，很難清洗，0.07 I50.06需要經(jīng)常更換，這大大提高了操作難度和操作費R0.05用。如何在保證過(guò)濾精度的同時(shí)提高過(guò)濾介質(zhì)的壽20.040.03命和抗污染性，是過(guò)濾技術(shù)，尤其是精細過(guò)濾技術(shù)60.02一金屬經(jīng)網(wǎng)的關(guān)鍵和研究重點(diǎn)。0.01采用精細過(guò)濾技術(shù)來(lái)處理回注水的效果很大程102030.40506070度上取決于過(guò)濾介質(zhì)的特性，以下為油田污水處理過(guò)濾時(shí)間t/ min工藝中常用的幾種過(guò)濾介質(zhì)。圖3不同材料濾芯過(guò)謔性能對比(1) 金屬絲網(wǎng)燒結微孔過(guò)濾材料金屬絲網(wǎng)燒結微孔過(guò)濾材料以多層不銹鋼編織由圖3可以看出:金屬絲網(wǎng)、聚乙烯與燒結氈絲網(wǎng)為原料，通過(guò)絲網(wǎng)疊層復合壓制和真空高溫燒濾芯的過(guò)濾曲線(xiàn)都呈現相同的變化趨勢,三條過(guò)濾結等工藝方法制備而成，從而使其強度和剛度等力壓差趨勢線(xiàn)都明顯分為兩個(gè)區域，圖中豎線(xiàn)左側壓學(xué)性能大大提高。該濾材具有多孔材料較為理想的差增長(cháng)速度明顯大于豎線(xiàn)右側。這是因為豎線(xiàn)左側均勻孔隙分布和優(yōu)異的流體滲透性能，有較高的分區域為深層過(guò)濾控制區，在此期間發(fā)揮主要作用的離效率和可靠的分離精度以及優(yōu)異的再生性能。從是濾芯內部的孔道結構，在過(guò)濾初期濾芯中的較細而極大地提高了分離材料的使用壽命，使得凈化分孔道““ 中國煤化工荒增長(cháng)較快。豎線(xiàn)離工藝過(guò)程的連續化與自動(dòng)化操作成為可能。右側成，g濾芯狀態(tài)已基(2)燒結金屬氈介質(zhì)本穩TYHCNMH G疏松的濾餅層，實(shí)現濾餅過(guò)濾，有效改善了過(guò)濾特性,所以過(guò)濾壓《化工裝備技術(shù)》第31卷第4期2010年49差平穩增長(cháng)。浮物效果大大降低，同時(shí)過(guò)濾速度也大幅度下降，三種過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾壓差隨過(guò)濾時(shí)間延長(cháng)均呈使整個(gè)污水凈化過(guò)程難度大幅度增加。圖5為污水明顯上升趨勢，聚乙烯濾芯的增幅要略大于另外兩聚合物含量對過(guò)濾效果影響的試驗結果。種濾芯。這是因為在過(guò)濾的過(guò)程中，由于聚乙烯濾0.12芯內的細孔道的攔截及吸附作用，流過(guò)濾芯的細小顆粒被截留在介質(zhì)的細小孔道中，導致了過(guò)濾阻力0.增加較快。而另外兩種濾芯主要靠機械攔截來(lái)濾除一含聚丙烯酰肢雜質(zhì)，大的顆粒被攔截下來(lái)而小顆粒流過(guò)濾芯孔道- =含聚丙烯酰胺進(jìn)人濾后水，所以其過(guò)濾阻力較小。0.025%03.2污水油含量對過(guò)濾的影響十含聚丙烯酰肢0.05%油田污水難以?xún)艋?，其重要原因就是油?lèi)物質(zhì)0.02的存在。油類(lèi)分散于水中不僅增大了污水的粘度,l0203040使得過(guò)濾阻力增加，而且油類(lèi)極易吸附在過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾時(shí)間t/min的表面和內部孔隙中且難以脫離,使得過(guò)濾介質(zhì)迅速失去過(guò)濾能力且難以再生。為了研究油田污水中圖5聚合物含量的影響試驗曲線(xiàn)固含量對過(guò)濾效果的影響，本文進(jìn)行了不同油含量從圖5可以看出，隨著(zhù)聚合物含量的增加，污的污水過(guò)濾對比試驗，污水中固體懸浮物含量為水過(guò)濾壓差增幅增加十分明顯。0.05 %0，油含量分別為0、0.05 %o、 0.01 %o、 .目前雖然已有解決聚合物對油田污水水質(zhì)影響0.3 %o;試驗所用過(guò)濾介質(zhì)為金屬絲網(wǎng)濾芯( 10的成功案例，但沒(méi)有得到大范圍的推廣。因此聚合μm)，過(guò)濾特性曲線(xiàn)如圖4所示。物的處理仍然需要大量研究。0.184結論0.1620.14(1)隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，近年來(lái)油三0.12田污水的治理工藝在不斷改善，但從含油污水的處0.1 t士油含最0。0.08- -油含量0.0%理流程上看，主要采用老三套含油污水回注處理工料0.06工抽含最0.1%藝，新型設備的不斷引進(jìn)使其處理效果不斷改善;◆酒含量0.3%(2)由于油田污水成分的特殊性，使其對過(guò)濾介質(zhì)的惡性影響遠遠超過(guò)常規料漿，過(guò)濾技術(shù)的5101:提高和新型過(guò)濾材料的研發(fā)對油田污水處理至關(guān)重過(guò)濾時(shí)間t/ min要;14 油含量的影響試驗曲線(xiàn)(3)油田污水中的油類(lèi)物質(zhì)和高分子聚合物由圖4可知，固含量相同，油含量增加會(huì )使過(guò)對精細過(guò)濾影響重大，如何解決這一問(wèn)題尚需進(jìn)一濾壓差的增速大幅度增加，致使過(guò)濾特性惡化。油步研究。對過(guò)濾的影響主要是由于粘附效應的存在，使有效參考文獻濾餅難以形成，過(guò)濾特性趨于惡化，造成過(guò)濾介質(zhì)[1]鄧秀英. 油田采出水處理技術(shù)綜述[J] .工業(yè)用水與廢水,的污染，使被堵塞后的過(guò)濾介質(zhì)難以沖洗干凈。故1999 (2): 7-9.油田采出水處理難度要遠遠大于一般性的液固分離[2]陳進(jìn)富. 油田采出水處理技術(shù)與進(jìn)展[J] .環(huán)境工程,的難度。200(2): 18-20..3 聚合物含量對過(guò)濾的影響[3]陳文兵， 張永齊，國內油田含油污水處理及展望[J] .太隨著(zhù)聚合物驅油技術(shù)規模的不斷擴大，聚合物原理工大學(xué)學(xué)報，2001, 7: 384 -385.中國煤化工理現狀及其深度處理驅產(chǎn)出液也將大幅增加，并直接影響系統的油水處理。聚合物對油田污水水質(zhì)的影響主要表現在大幅[s]. CNMHG]北京:化學(xué)工業(yè)度增加污水的粘度，從而導致污水除油、除固體懸出版社，2008.(收稿日期: 2010 -04 -30)