油田污水處理研究

●26●過(guò)濾與分離Jourmal of Filtration & Separation2010 Vol.20 No.2油田污水處理研究李靜',祁萬(wàn)軍",吉慶林3(1.中國石油工程設計有限責任公司北京分公司,北京10083;2.中海油能源發(fā)展股份有限公司,天津300450;3.中國石油大學(xué)(華東),山東東營(yíng)257061)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:油田污水;過(guò)濾;聚合物;中圖分類(lèi)號:TE992文獻標識碼:A文章編號: 1005- -8265(2010)02-0026-04目前，對油田含油污水的精細處理已經(jīng)成為熱門(mén)(3)水中含有S0x。硫酸鹽容易滋生細菌,細菌大課題,特別隨著(zhù)國內外各油田進(jìn)入中后開(kāi)采期,注水開(kāi)量繁殖不僅腐蝕管線(xiàn),而且還會(huì )造成地層嚴重堵塞;發(fā)方式被普遍采用，同時(shí)為了提高采收率油田助劑也(4)含有大量成垢離子。含有大量的HCO3、Ca2*、被大量使用,致使油田采出液含水量不斷增加、成分更Mg”等成垢離子,容易在管道及容器內結垢;加復雜,特別是隨著(zhù)聚合物驅油技術(shù)的日益成熟,采出(5)懸浮物含量高。懸浮物含量高,顆粒微小,容易水中所含的高分子聚合物使得污水處理難度進(jìn)--步加造成地層堵;大。為了增加經(jīng)濟效益和達到環(huán)保要求,油田采出水通(6)含高分子聚合物。使污水水質(zhì)惡化,凈化難度常經(jīng)過(guò)多道處理工序后用于回注，如果處理不達標就加大?；刈?將導致管線(xiàn)腐蝕結垢、滲油口堵塞、注水壓力升2油田采出水常規處理方式1-4高等- -系列問(wèn)題,特別是某些低滲透和特低透滲油田,對回注水含油量要求小于5 ppm,懸浮物粒徑要小于1目前國內油田采用的污水處理技術(shù)一般包括:重μm,懸浮物濃度要小于1 pprm。 回注前對含油污水的力沉降技術(shù)、粗?；夹g(shù)、氣浮技術(shù)、過(guò)濾技術(shù)等。動(dòng)處理涉及懸浮雜質(zhì)、防垢、防蝕、殺菌和隔氧等多個(gè)方沉降的處理效果完全依賴(lài)于污水中各成分的重力差以面,其中,最難處理的是懸浮雜質(zhì),包括浮油、分散油、及化學(xué)藥劑的效果,設備占地面積大;粗?；夹g(shù)處理效果的好壞依賴(lài)于粗?；牧系木劢Y性能，聚結性能乳化油、懸浮固體、聚合物等。好的粗?；牧夏苁辜毿∮椭樽?yōu)榇笥椭?，從而使?油田采出水性質(zhì)除油更容易;氣浮技術(shù)在油田含油污水處理中的應用.油田采出水成分復雜,是- -種以水為主體,集固體主要是密閉加壓溶氣氣浮技術(shù),常用氣源為天然氣,氮雜質(zhì)、油類(lèi)等懸浮體、溶解氣鹽類(lèi)和一些有機物為一氣也有 所應用。此外,膜分離技術(shù)、井下油水分離技術(shù)、體的復雜混合物, -般含油量高、懸浮物高、礦化度高。三相旋流分離技術(shù)等也是目前油田污水處理技術(shù)中的通過(guò)對國內主要油田污水水樣進(jìn)行分析，發(fā)現具有如研究熱點(diǎn)。.下特點(diǎn):2.1 自然除油+混凝除油+過(guò)濾流程(三段流程)(1)礦化度高。高礦化度會(huì )加速腐蝕,并給污水生自然除油階段利用重力進(jìn)行油水分離,去除浮油;化處理帶來(lái)困難;混凝階段進(jìn)步去除浮油和部分乳化油;經(jīng)過(guò)這兩個(gè)(2)含油量高。高含油量的污水,回注容易堵塞地階段中國煤化工行過(guò)濾操作,在過(guò)濾層,外排會(huì )造成油污染;微量油類(lèi)。TYHCNMHG收稿日期:2000 04-28作者簡(jiǎn)介:李靜(1983-),女,碩士,E-mail1jing19840415@163.com.2010 Vol.20 No.2過(guò)濾與分離Jourmal of Filration & Separation●27●該流程形成于油田開(kāi)發(fā)初期,其特點(diǎn)是適應性強,技術(shù)具有處理精度高、運行成本較低、占地面積小、結廢水含油量變化幅度較大時(shí)，一般也能滿(mǎn)足回注所需構緊湊 、消耗小、容易實(shí)現生產(chǎn)的自動(dòng)化操作和連續化水質(zhì)的要求,但該流程所需的構筑物比較多。后來(lái)形成操作等優(yōu)點(diǎn)，而且對油田污水中的懸浮物處理效果很的不同處理流程,都是在此基礎上完善、發(fā)展起來(lái)的。好，因而一直是油田采用的污水深度處理技術(shù)和研究2.2混凝除油+過(guò)濾流程(兩段流程)熱點(diǎn),隨著(zhù)理論水平和硬件設備的不斷完善,過(guò)濾技術(shù)隨著(zhù)混凝技術(shù)的提高，利用高質(zhì)量的破乳劑可將取得了長(cháng)足進(jìn)步。經(jīng)過(guò)一次混凝除油處理后的污水含油量控制100 ppm過(guò)濾技術(shù)作為油田含油污水處理的重要手段,在以下,于是對原來(lái)的三段流程進(jìn)行簡(jiǎn)化,形成了二段處油 田的污水凈化處理中應用非常廣泛，我國油田應用理工藝,構筑物的投資僅為原來(lái)的3/4。同時(shí),處理技術(shù)最早、最多的是石英砂過(guò)濾器,目前應用較廣泛的還有和設備的更新也使該流程更加實(shí)用，如無(wú)閥濾池技術(shù)雙層濾料過(guò)濾器多層濾料過(guò)濾器、雙向流過(guò)濾器和核與單閥濾罐的引進(jìn),使得濾罐可以自動(dòng)反沖洗,減輕了桃殼過(guò)濾器等,大多為壓力式。針對低滲透油田對回注操作工人的勞動(dòng)強度,節約了反沖洗泵和反沖洗罐。水水質(zhì)的更高要求，近年來(lái)在國內低滲透油田研究和2.3精細處理流程應用的是精細過(guò)濾器,主要涉及纖維球過(guò)濾器、微孔管對于低滲透油田,其回注水的水質(zhì)要求更高,處理過(guò)濾器、中空纖維過(guò)濾器、濾芯過(guò)濾器等。國外油田常難度也更大。目前國內用于低滲透層油層回注水的處用過(guò)濾設備有單層濾料和多層濾料過(guò)濾器、雙向流過(guò)理方法為:常規處理加“精細過(guò)濾”,即在三段式處理工濾器、硅藻土過(guò)濾器和筒式過(guò)濾器、陶瓷膜過(guò)濾器、高藝之后再加一套精細處理裝置。精度濾芯過(guò)濾器和雙層濾芯過(guò)濾器等。2.3.1水力旋流-精細過(guò)濾流程3.1 過(guò)濾方法當污水中油與水的密度相差較大時(shí)，即所含油分3.1.1深層過(guò)濾中輕質(zhì)油含量較高時(shí)，可采用水力旋流加精細過(guò)濾工深層過(guò)濾是- -種常規過(guò)濾技術(shù),其過(guò)濾介質(zhì)是多藝流程,見(jiàn)圖1。水力旋流器在分離密度差較大的混合孔性顆?；蚶w維 濾料,其過(guò)濾原理是:料漿在壓力的推物時(shí)處理效果好。動(dòng)下通過(guò)濾料，料漿中的固體懸浮物被截留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)濾器自然水力壓力核桃污水除油旋流過(guò)濾有石英砂過(guò)濾器、核桃殼過(guò)濾器無(wú)煙煤石英砂雙層復麓器合濾料過(guò)濾器等。經(jīng)過(guò)這些過(guò)濾器處理后的出水水質(zhì)- 般可達到中高滲透油田的注水要求(B級或C級標回注水雙速料過(guò)飽器或改性纖維球過(guò)濾器I準),原水水質(zhì)較好的少數情況可以達到A級標準?？蓤D1水力旋流-精細過(guò)濾流程見(jiàn)其處理精度不是很高，目前油田通常用作精細過(guò)濾2.3.2氣浮浮選一精細過(guò)濾流程的預處理技術(shù)。當油田回注水中油與水的密度相差較大時(shí)，還可3.1.2微孔過(guò)濾以采用氣浮浮選處理加精細過(guò)濾工藝流程,其原理見(jiàn)微孔過(guò)濾是- -種較為精細的過(guò)濾手段,其過(guò)濾原圖2。理是在壓力的推動(dòng)下是料漿穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì),并依靠這種過(guò)濾介質(zhì)的攔截作用實(shí)現過(guò)濾?？梢钥闯鲞@種處理虧I氣浮改性纖xt選機->殼過(guò)維球過(guò)t十方法對濾材的要求極高，通常要求濾材上分布有均勻罐濾器水的微孔,孔徑在2.5~250 μm。這種過(guò)濾方法可去除粒三段常規流程精細過(guò)濾段徑為0.5~5 μm的顆粒。濾材常采用燒結濾管,材料有陶瓷、玻璃砂、聚乙烯等。因此。這種過(guò)濾方法一般用作圖2氣浮浮選-精細過(guò)濾流程超濾過(guò)濾的強化預處理手段.3過(guò)濾技術(shù)在油田污水處理中的應用3.1.3中國煤化工MHCNMHG過(guò)濾器材或板框式從上節污水處理的各種流程中可以看出，無(wú)論采濾器材。其過(guò)濾原理是過(guò)濾之前將預涂劑均勻分布在用何種流程,過(guò)濾都是最后的關(guān)鍵步驟。這是因為過(guò)濾●28●過(guò)濾與分離Journal of Filtration & Separation2010 Vol.20 No.2過(guò)濾元件上，這樣便生成新的過(guò)濾介質(zhì)，預涂劑的質(zhì)粒非剛性,易變形,顆粒之間及顆粒與過(guò)濾介質(zhì)之間粘量、預涂的操作參數對過(guò)濾效果的好壞影響重大,通常性大的難濾物料，并且以其過(guò)濾精度高、化學(xué)性能穩需要大量實(shí)驗研究以作為工程參考。一個(gè)過(guò)濾周期后定無(wú)毒、無(wú)害、耐腐蝕、抗壓強度好等優(yōu)點(diǎn)引起人們的需要對過(guò)濾介質(zhì)進(jìn)行反沖洗,反沖洗時(shí)預涂劑被洗掉,廣泛關(guān)注且在眾多行業(yè)被廣泛應用。.并形成廢渣,需要集中處理。一般預涂過(guò)濾器對固體懸本文采用相同精度(10 μm)的三種濾芯進(jìn)行過(guò)濾浮物的過(guò)濾效果較高。對比試驗。過(guò)濾料漿成分為:油含量100ppm、固體懸3.2過(guò)濾介質(zhì)9浮物含量100 ppm;過(guò)濾速度均為0.917 m/h。試驗結含油污水水質(zhì)復雜,其中含有懸浮固體、菌體、浮果如圖3所示。油、分散油、乳化油等雜質(zhì),不但影響過(guò)濾精度,而且由0.090.08 t于油與固體懸浮物的結合,使雜質(zhì)的粘性變大,導致過(guò)0.07 I0.06濾介質(zhì)極易被污染,難清洗,需要經(jīng)常更換,大大提高0.05s 0.04 t了操作難度和操作費用。如何在保證過(guò)濾精度的同時(shí)士金屬絲網(wǎng)提高過(guò)濾介質(zhì)的壽命和抗污染性,是過(guò)濾技術(shù),尤其是一燒結氈精細過(guò)濾技術(shù)的關(guān)鍵和研究重點(diǎn)。0102030405060 70采用精細過(guò)濾技術(shù)來(lái)處理回注水的效果很大程度過(guò)濾時(shí)間/min.上取決于過(guò)濾介質(zhì)的特性，以下為油田污水處理工藝圖3不同材料濾芯過(guò)濾性能對比圖中常用的幾種過(guò)濾介質(zhì)。由圖3可以看出:金屬絲網(wǎng)、聚乙烯與燒結氈濾芯的過(guò)濾曲線(xiàn)都呈現相同的變化趨勢，三條過(guò)濾壓差趨3.2.1金屬絲網(wǎng)燒結微孔過(guò)濾材料采用多層不銹鋼編織絲網(wǎng)為原料,通過(guò)絲網(wǎng)疊層勢線(xiàn)都明顯分為兩個(gè)區域，圖中豎線(xiàn)左側壓差增長(cháng)速復合壓制和真空高溫燒結等工藝方法制備而成，從而度明顯大于豎線(xiàn)右側。這是因為豎線(xiàn)左側區域為深層使其強度和剛度等力學(xué)性能大大提高;具有多孔材料過(guò)濾控制區，在此期間發(fā)揮主要作用的是濾芯內部的較為理想的均勻孔隙分布和優(yōu)異的流體滲透性能;有孔道結構，在過(guò)濾初期濾芯中的較細孔道很快被顆粒較高的分離效率和可靠的分離精度;再生性能優(yōu)異,使或油污堵塞,壓差增長(cháng)較快。豎線(xiàn)右側為濾餅過(guò)濾控制用壽命長(cháng)。區,在此區域,濾芯狀態(tài)已基本穩定,濾芯表層也已形除具有較高的分離效率和可靠的分離精度以外，成了均勻疏松的濾餅層,實(shí)現濾餅過(guò)濾,有效改善了過(guò)還具有優(yōu)異的再生性能,從而極大地提高了分離材料濾特性,所以過(guò)濾壓差平穩增長(cháng)。的使用壽命，使得凈化分離工藝過(guò)程的連續化與自動(dòng)三種過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾壓差隨過(guò)濾時(shí)間延長(cháng)均呈明化操作成為可能。顯上升趨勢，聚乙烯濾芯的增幅要略大于另外兩種濾3.2.2燒結金屬氈介質(zhì)芯。這是因為在過(guò)濾的過(guò)程中,由于聚乙烯濾芯內的細用微米級不銹鋼纖維燒結而成，分長(cháng)纖維燒結和孔道的攔截及吸附作用，流過(guò)濾芯的細小顆粒被截留短纖維燒結兩類(lèi)。有兩層多孔纖維(粗濾纖維層和精濾在介質(zhì)的細小孔道中，導致了過(guò)濾阻力增加較快。而另纖維層),兩層纖維濾層的兩側分別由支承金屬網(wǎng)和保外兩種濾芯主要靠機械攔截來(lái)濾除雜質(zhì)，大的顆粒就護金屬網(wǎng)夾持,耐壓性得以提高,能在高溫下過(guò)濾高粘被攔截下來(lái)而小顆粒就流過(guò)濾芯孔道進(jìn)人濾后水,所度(數千至數萬(wàn)泊)聚合物;空隙率高達70%-90% ,異物以其過(guò)濾阻力較小。截留容量大(過(guò)濾壽命長(cháng));同時(shí)這種介質(zhì)過(guò)濾精度高，3.3污水油含量對過(guò)濾的影響壓力損失小,洗滌再生性能也很優(yōu)越。油田污水難以?xún)艋?，其重要原因就是油?lèi)物質(zhì)的3.2.3聚乙烯燒結濾芯存在,油類(lèi)分散于水中不僅增大了污水的粘度,使得過(guò)聚乙烯燒結濾芯是用超高分子量聚乙烯配以其他濾阻力增加，而且油類(lèi)極易吸附在過(guò)濾介質(zhì)的表面和輔助材料經(jīng)高溫燒結而成。在燒結過(guò)程中材料形成微內部中國煤化工慮介質(zhì)迅速失去過(guò)濾孔,控制燒結溫度可得到不同孔徑的濾管,適用于過(guò)濾能力:CHCN M H G虧水中固含量對過(guò)濾不同的雜質(zhì)。隨著(zhù)技術(shù)的不斷完善，這種濾芯尤其適于效果的影響，本又進(jìn)行」個(gè)同細含量的污水過(guò)濾對比處理固體顆粒在0.5~10.0 μm,或雖大于0.5 μm,但顆試驗,污水中固體懸浮物含量為50ppm,油含量分別2010 Vol.20 No.2過(guò)濾與分離Jourmal of Filration & Separation●29●為0、50、100、300 ppm;試驗所用過(guò)濾介質(zhì)為金屬絲網(wǎng)降,使整個(gè)污水凈化過(guò)程難度大幅度增加。圖5為污水濾芯(10 μm),過(guò)濾特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。聚合物含量對過(guò)濾效果影響試驗圖。0.18[從圖5可以看出隨著(zhù)聚合物含量的增加，污水過(guò)0.16↑0.14-濾壓差增幅增加十分明顯。0.12-I目前雖然已有解決聚合物對油田污水水質(zhì)影響的0.08成功案例,但沒(méi)有得到大范圍的推廣。因此聚合物的處0.06+油含址50ppm理仍然需要大量研究。0.040.02+油含量300ppm4結論01520過(guò)濾時(shí)間t/min隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步,近年來(lái)油田污水的圖4油含量影響試驗曲線(xiàn)圖治理工藝在不斷改善,但從含油污水的處理流程上看,由圖4可知，固含量相同,油含量增加會(huì )使過(guò)濾壓主要采用老三套含油污水回注處理工藝，新型設備的差的增速大幅度增加,致使過(guò)濾特性惡化。油對過(guò)濾的不斷引進(jìn)使其處理效果不斷改善;影響主要是由于粘附效應的存在，使有效濾餅難以形由于油田污水成分的特殊性，使其對過(guò)濾介質(zhì)的成,過(guò)濾特性趨于惡化,造成過(guò)濾介質(zhì)的污染,使被堵惡性影響遠遠超過(guò)常規料漿,過(guò)濾技術(shù)的提高和新型塞后的過(guò)濾介質(zhì)難以沖洗干凈。故油田采出水處理難過(guò)濾材料的研發(fā)對油田污水處理至關(guān)重要;度要遠遠大于一般性的液固分離難度。油田污水中的油類(lèi)物質(zhì)和高分子聚合物對精細過(guò)3.4聚合物含量對過(guò)濾的影響濾影響重大,如何解決這-問(wèn)題尚需進(jìn)-步研究。隨著(zhù)聚合物驅油技術(shù)規模的不斷擴大,聚合物驅產(chǎn)出液也將大幅增加,并直接影響系統的油水處理。聚參考文獻:合物對油田污水.12p[1]鄧秀英.油田采出水處理技術(shù)綜述([].工業(yè)用水與廢水,999.水質(zhì)的影響主要0.1[2]陳進(jìn)富油田采出水處理技術(shù)與進(jìn)展[].環(huán)境工程, 200.2.0表現在大幅度增5 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China Petoleurm Engineering C.,LTD Beiing Branch, Bejig 10083,China;2. CNOOC Energy Development Co, LTD,Tianjin 300450,China;3. China University of Petroleum, Dongying 257061, China)Abstract:The special nature of the waste water was analyzed, and the usualarized in this paper. Theimportance of flration technology applied in the waste water disposal in oilfel中國煤化工erformance of usual filtermedium is also compared. Through the analysis of oil content and polymer contTYHC N M H Gndicaled existing dfcul-ties in the waste water disposal in oilfield.Key words: waste water in ollield;filtation;polymer