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1、,油田水处理工艺及处理设备,演讲者：武鑫彪 同组者：(按姓氏笔画排序）刘娟、李思先、梁瑞强、程瑞英、魏丽萍,油田水(oil field waters)是直接与油(气)层连通的地下水。它与油(气)组成统一的流体系统。 广义的油田水泛指油(气)田区域的地下水，包括油(气)层水和非油(气)层水。油田水与油气一样存在于储集层的孔、洞、缝中。在一个油气藏中，通常都包含有油、气和水。按重力分异，气在上，油居中，水在下，形成油-气、油-水和气-水界面。依据油(气)水的相对位置，将油田水分为底水和边水。底水指含油(气)外边界以内的水，含油(气)外边界以外的水称边水。,大多数油田都采用注水开发方式，随着油田进入
2、高含水后期。采出水量也大幅增长，而油田采出水中不可避免地产生一些含油污水。出于环境保护和节约水资源的考虑，如何经济、有效地对含油污水处理是目前油田可持续发展的,关键,油田水的来源,残余水（沉积水）沉积物沉积时充填在颗粒间的孔隙水，沉积物深埋成岩后，水被保存在地层中。 渗入水大气降水、地表水沿储集层露头或断层、裂隙渗入到储集层中的水。 深成水来自地幔及地壳深处高温、高矿化度、饱含气体的地下水。石油的生成、运移、聚集以至逸散，都是在地下水存在的情况下发生的。对油田水的研究，是了解油气生成和油气藏形成的重要途径，对油气田勘探和开发有重要意义。,油田水处理的意义和重要性,水是石油的天然伴生物。目前我国
3、大部分油田采用了注水开发方式，每生产1吨原油约需要注2-3吨水，因而水和石油生产的关系极大。,一是注入水的水源问题，人们希望得到能提供供水量大而稳定的水源；二是原油含水量不断上升，含油沼水量越来越大，污水的排放和处理是个大问题。在生产实践中，人们认识到油田污水回注是合理开发和利用水资源的正确途径。,随着油田注水的进行，带来了两个问题,众所周知，水对金属设备和管道会产生严重的腐蚀。尤其是油田含油污水由于矿化度高，又溶解了不同程度的硫化氢、二氧化碳等酸性气体及溶解氧，这样的污水回注地层后对注水系统会产生腐蚀。 例如：油田污水回注管线一年腐蚀穿孔123次，注水泵一级运转6-15天即因腐蚀被迫停产，点
4、蚀深度达到4毫米。又如一新开发油田污水矿化度高达(24-29)10毫克/升，据1981年统计，14座污水处理站、9座回注站及1000公里管线，因腐蚀已造成600-700万元经济损失，其中有的设备投产不到半年就出现了腐蚀。,油田水主要污染物为石油类。这部分废水的量较大。若直接外排将对环境造成很大影响，因此国内外对采油废水的均要进行处理，方法主要是采用隔油、过滤等措施，处理达标后再回注地层。这既减缓了污染，也降低了开发成本。目前，处理含油污水的设备有多种，主要包括自然除油罐、斜板除油罐、粗粒化除油罐、压力除油罐、组合除油装置、压力滤罐和单滤罐等。 为了达到理想的处理效果，根据原水水质和净化水水质的
5、要求，由上述各种设备及相关辅助设施可组合成多种污水处理工艺流程，如自然除油混凝除油压力过滤流程、粗粒化混凝除油单阀滤罐过滤流程和自然除油粗粒化压力除油压力过滤流程等。,传统的三段式除油工艺,油田水处理工艺有很多种。但是归纳起来多数采用三段式处理工艺，即除油混凝沉降(或气浮)过滤。若再辅以阻垢，缓蚀，杀菌处理后即可用于回注，这种含油污水处理工艺简单，是目前含油污水处理的典型工艺流程，我国大部分油田都采用此法处理含油废水。,三段式除油工艺工艺流程图,生化处理工艺,随着油田回注水水质的严格化，近年来国内外油田采出水的治理技术已得到改进和提高，采出水的治理工艺已由原来的隔油-混凝-过滤技术改变为隔油-
6、混凝气浮-生化-过滤技术。气浮和生化技术的采用已成为近年来先进的采出水处理工艺的一种标志。Mobil石油公司处理印度尼西亚Arun油田采出水就采用化学破乳除油、气浮、生化联合组成的工艺替代了过去的混凝-过滤或混凝-气浮-过滤工艺。生化处理工艺越来越多的用于油田废水深度处理中。,生化处理工艺工艺流程图,API隔油,溶气气浮,生化曝气池,二沉池,水解酸化,曝气生物滤罐,采出水,出水,精细过滤工艺,随着油田注水开发的不断深入，低渗透特低渗透油藏和边远多断块油田注水难度越来越大，注水水质指标要求越来越高，常规的水处理工艺技术已不能满足低渗透油田注水水质的要求。因此，出现了精细过滤工艺。 精细过滤就是在
7、传统处理工艺末端加上一套精细过滤装置。例如，为了满足胜利油田低渗透和特低渗透油藏注水开发的需要胜利油田东胜公司和浙江金龙自控设备有限公司于2001年10月联合研制了一种新型水处理设备微电子精密过滤装置。此装置应用于水处理工艺中，可大大简化水处理工艺流程，取代传统的污水处理工艺，节省工程投资 。,精细过滤工艺工艺流程图,进水,出水,其它组合工艺,采用GACFBR(活性炭生物流化床反应器)处理近海油田采油污水的流程是一种新型工艺。该技术主要为满足日益严格的污水排放标准，特别是零排放标准。由美国的BDM石油技术公司和气体研究所共同完成，目前该技术已经进行了中试放大试验，这种流程由油水分离器、絮凝、气
8、浮、GACFBR电渗析等单元构成 。,组合处理工艺流程图,进水,出水,根据国外有关资料，新的油田采油污水处理工艺的特点和重要标志是将水力旋流器引入流程替代传统的隔油与浮选单元，北海油田回注含油污水处理工艺流程中采用了3个油水分离器和6个水力旋流器串联，处理后的水质可达到回注水的要求。,组合处理工艺流程图,油水分离器,水力旋流器,采出水,回流水,乳化剂,目前油田水处理存在的主要问题,1、 除油单元效率达不到预期效果 除油主要由重力沉降除油罐和压力沉降除油罐完成。重力沉降除油率小于60%，与设计60%-90%有差距，压力沉降除油平均小于20%、与设计80%-95%有较大差距。 主要存在问题：重力沉
9、降停留时间短，影响除油效果；压力沉降除油低效。,2、过滤前除悬浮物单元效果较差,重力混凝沉降除悬浮物低效的分析。影响重力混凝沉降除悬浮物效果的因素主要有：罐容小、污水停留时间短，小密度微粒随水流出；罐底污泥不及时排出，污泥厚度达到集水口附近时，沉下来的絮体颗粒很容易随水流出；内置混凝反应器易腐蚀，破坏罐内水体流向，悬浮物难以沉降；内置混凝反应器无法达到混凝条件，没有效果，甚至加药往往会产生负作用，增加悬浮物含量。 压力混凝沉降除悬浮物低效的分析。压力混凝沉降罐除悬浮物效果不理想的原因如同其除油效果低相同，由于无机混凝剂本身能够对悬浮物含量产生贡献，混凝剂的投加易产生不良作用。压力混凝沉降罐在内
10、部材料防腐过关以前，不适合作为油田去除悬浮物的工艺设备。,3、 过滤单元进水水质差，出水水质波动大,在使用的过滤器设定的进水水质要求比较低，适应范围广，但实际应用过程中出于进水水质较差，造成过滤器不能有效地发挥作用，使过滤后水质波动较大，尤其是对精细过滤器的影响更大。通过对目前油田广泛应用的核挑壳滤料过滤器综合分析，存在的主要问题包括以下几个方面： (1)滤料受污染后的出水指标达不到设计要求(含油和悬浮物均小于5mg/L)； (2)核挑壳滤料具有较好的亲油性能，过滤器存在反洗不彻底，滤料恢复能力差，导致反洗剧期缩短，由2次/天增加到3-4次/天。 (3)过滤器存在反冲洗缺陷，每台过滤器反洗后，
11、过滤出水30min后水质才正常。 胜利油田使用精细水处理装置主要有两种类型：金属膜、改性纤维过滤。从在用精细装置的现场运行情况分析，主要存在的共性问题是：对含油污水适应能力差，反冲不彻底。达标运行寿命短，一般在10个月左右，10个月以后处理效果和处理量就会下降。,4、 含聚污水没有有效处理工艺,油田产出27104m3/d含聚污水，由于污水聚合物的影响，乳化程度高，油水混相严重，含聚污水水质大大超出常规分离没备处理的要求进水的条件。仅靠目前的重力除油、混凝加药、过滤等工艺不能满足处理要求，致使处理后污水水质严重超标。,5、 工艺配套性、整体性不足,(1)内置式混凝反应沉降罐与流程不配套，成为低效
12、配置。 (2)排泥系统排泥不畅，给过滤系统带来很大压力，大罐底部排泥系统不畅，污泥无法及时排出，只能靠定期的人工清理，一般是一年清理1-2次，因此造成积泥区过高，占据了清水区的容积，影响出水水质。 (3)缺少精细过滤器保护的除油单元，影响正常的精细过滤性能，并造成精细过滤器滤芯损坏，使用寿命降低。 (4)过滤器反洗没有质量保障配套设施。,油田水处理的发展方向,一、加强回注水处理单元配套技术研究与应用 (1)建立气浮除油工艺单元及膜过滤工艺单元，与已经掌握的生化处理工艺单元柏结合，形成一整套完整的回注水处理实验流程。开展室内回注水处理实验。 (2)在室内实验的基础上，开展积极现场试验。结合现场实
13、际，解决现场回注水质难题。 (3) 引进成熟的放腐蚀技术，结合实际腐蚀情况，开展室内及现场回注水防腐蚀研究。 (4)对水质要求相对较低的，针对现场流程进行改进。 (5)做好回注水处理新技术的调研，及时掌握有益于油田水处理的技术与信息 。 二、含聚污水处理综合技术研究 (1)继续开展生化处理工艺的研究，加强对聚合物去除效果。 (2)引进成熟的除油除聚技术，与生化处理工艺相结合，能够取长补短。 (3)加强对于含聚污水处理装置的改进，对于现场的质情况的变化，能够快速的作出调整。,三、低渗油田回注水精细处理技术 (1)做好低渗透油田地层及水质情况的调研，根据不同低渗油田的实际情况进行工艺润整 (2)由
14、于低渗油田注水水质要求较高，针对小断块，研究符合现场情况的工艺，做到现场处理，现场应用，尽量减少处理后水质的沿程污染 四、油田富余污水回用技术研究与引用 利用生化处理工艺与成熟的膜过滤技术相结合，处理油田富余污水，用于锅炉用水与配聚用水，减少清水用量。,油田水处理设备,油田水处理一般包括除油和过滤两个主要的方面。油田水处理设备包括油田注水水质处理设备和油田污水外排达标处理设备，是油田地面工程设备的重要组成部分。 近来国内外都在设备的研发上做了很多的工作，在对原有设备改进的基础上也出现了很多新的设备。如各种浮选设备，水力旋流器，各种过滤设备等。这些设备的成功开发。对提高含油废水的处理效果，对改进
15、设备的处理效能以及实现处理设备功能的一体化都大有裨益。,除油沉降设备,除油罐：除油罐是一种重力分离型除油构筑物，它是利用油粒在油水中的相对密度差的原理，使粒径较小的油粒随水流动，不断碰撞聚成大的油珠而上浮以达到油水分离的目的，是目前应用最广、数量最多的除油设备之一。 水力旋流器：旋流分离器能实现油水分离，是国外20世纪80年代末开发的一种高效除油设备，国内引进数套用于污水除油的水力旋流器，同时开展国产化研究，已在胜利等油田得到应用。这种设备具有体积小、效率高、投资和操作费用较低等优点，已成为采出水处理的一种常规设备。但是，当油水密度差小于40.05 g/mL时，如果再采用旋流器，除油效率会很差
16、。 SeureauJ.J等人介绍了一种能实现油水固三相分离的旋流器，与除油和除砂旋流器相比，三相旋流器具有体积小、效率高、投资和操作费用较低等特点，是一种集除油和除砂为一体的新型分离设备，适于海上和陆上油田采出水的处理。,气浮设备,气浮也是20世纪80年代引进的，当乳化严重时其处理效果比旋流分离器要好，在含油污水的处理中应用较多的有加压溶气浮选法、叶轮浮选法和射流浮选法。 (1)叶轮气浮设备：叶轮气浮设备是20世纪90年代前后国外采用最多的浮选设备，取得了好的除油效果。在该设备中，气泡是靠叶轮高速旋转形成负压吸人空气，后与含油污水被叶轮搅混形成的，这样达到的气水比高、停留时间短、除油率高，适应来水含油量的变化。国内一些大油田如辽河油田、胜利油田等引进了WEMCO公司的产品并进行消化改进，运行效果较好；但是叶轮浮选设备存在着制造维修费用和能耗高的缺点。,(2)射流浮选装置：由于叶轮浮选设备的缺陷，人们研制了射流浮选装置。射流浮选装置油水分离效率高、处理量大、无运动件、占地小、无二次污染，适用于海上钻井平台的污水处理。射流浮选设备最早出现于20世纪7
