油田污水处理方法及环境保护

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1、东北石油大学高等教育自学考试毕 业 设 计（论 文）专 业：石油工程考 号：060109290280姓 名：郑欣题 目：油田污水处理方法及环境保护指导教师：文守斌2010 年 9 月 19 日东北石油大学高等教育自学考试毕业设计（论文）任务书题 目油田污水处理方法及环境保护专 业：石油工程考 号：060109290280姓 名： 郑欣本题目应达到的基本要求：主要内容及参考资料：签发日期：2010年6月完成期限：2010年9月指导教师签名：摘要随着在原油生产过程中油田污水对环境的污染越来越严重，使得对油田污水 处理变的尤为重要。油田污水处理主要是去除水中的油、悬浮物、添加剂以及其它有 碍注水、易

2、造成注水系统腐蚀、结垢的不利成分。 本文首先对油田污水产生的原因 及处理的意义进行了介绍，然后介绍了国内外油田污水处理的技术现状，并对油 田污水处理中所使用的各种化学药剂的应用机理及发展方向等进行论述。具体介 绍了缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂、混凝剂、除氧剂几种化学药剂，并对油田化学药 剂应用实例进行了分析，最后对油田污水处理化学药剂未来的发展趋势进行了展 望。关键词：回注水；污水处理；缓蚀剂；阻垢剂；混凝剂目录摘 要I目 录 1第 1 章 概述 31.1 油田污水产生的原因及污水处理的意义 31.2 油田污水处理化学药剂概述 43.1 缓蚀剂 123.1.1 腐蚀及其危害 123.1.2 缓蚀剂的

3、类型及缓蚀机理 123.1.3 缓蚀剂的选择及应用 133.2 阻垢剂133.2.1 结垢及其危害 133.2.2 化学防垢及阻垢剂的选择 143.3 杀菌剂 163.3.1 污水处理中常见的细菌及其危害 163.3.2 杀菌剂的种类及杀菌机理 163.3.3 杀菌剂的选择 173.4 混凝剂 173.4.1 混凝剂的定义 173.4.2 絮凝剂 183.5 除氧剂 213.5.1 除氧剂的除氧机理 213.5.2 油田污水处理中常用除氧剂 214.1 展望 23附录26第 1 章 概述1.1 油田污水产生的原因及污水处理的意义油田污水产生的原因主要是因为在注水采油过程中，注人地下补充地层压力

4、 的水和原油一起产出，经过油水分离，产生大量油田污水。在石油的生成、运移和储集的过程中，石油主要天然伴生物是水。根据油藏 分布，在合适的地点打上一定深度的专用注水井给地层注人高压水补充能量，保 持地层压力，驱动原油从油井里开采出来的人工注水驱油技术是目前在提高采油 速度和采收率方面应用最广泛的一项重要措施，全国各油田基本都采用注水开发 方式。靠自然能量（地层本身蕴涵的弹性能量）只能采出油藏储量的 1%10%。为 了提高后续开采率，在油田处于旺盛期时就开始注水。现在我国陆上油田出油含水量已达80%90%。随着油田开发时间的增长，产出 的污水也随之增多。我国一些干旱地区，水资源严重缺乏，如何将采油

5、过程中产生的 污水变废为宝，处理后用于饮用或灌溉，具有十分重要的现实意义。如果将此水回注 地层，补充地层压力，这样既避免环境污染，又实现了水资源的循环利用。但这 种污水经过地层时携带了大量成分复杂的矿物质，其中主要成分包括二价钙离子、 二价镁离子、三价铁离子、碳酸氢根离子、碳酸根离子、硫酸根离子、少量原油、 硫化氢以及为有害细菌提供了滋生环境的大量有机杂质等。这些物质的含量根据 不同地区的地质特性略有不同。如将这种污水不经处理直接注人地层，它们经过 一定的化学过程，将会引起注水管、抽油管的严重腐蚀或结垢，使地层空隙堵塞。 腐蚀的结果是使注水管和抽油管洞蚀或破裂，结垢的结果是使抽油管、注水管逐

6、渐堵塞，无法注水和采油，使造价昂贵的抽油井和注水井出现严重的事故发生在 地层中的结垢，会破坏地层的渗透性，堵塞地层即垢堵，使原油产不出来，使整 口井报废。同时这种污水不合理的回注和排放还会使地面设备不能正常工作，会 造成严重的环境污染。因此，对油田污水进行有效的处理，防止腐蚀、结垢和细 菌的危害，具有巨大的经济效益和社会效益。石油行业注水开发油田，随着开采时间的延长采出污水量不断增加，将油田 污水处理后代替地下水进行回注是循环利用水的一种方式。如果污水处理回注率 为100%，即不管原油含水率多高，从油层采出的污水和地面处理、钻井、作业过 程排出的污水全部处理回注，那么注水量中只需要补充由于采油

7、造成地层亏空的 水量便可以了。这样，不仅可以节省大量清水资源和取水设施的建设费用，而且使油田污水资源变废为宝，实现可持续发展，提高油田注水开发的总体经济效益。1.2 油田污水处理化学药剂概述在油田污水处理过程中，为形成防治设备及管线腐蚀、结垢、降低胶体、悬 浮颗粒含量和抑制有害细菌增生等的环境条件，所加入的化学药剂统称为污水处 理剂。主要有杀菌剂、阻垢剂、缓蚀剂、混凝剂和除氧剂等。从20世纪70年代起，我国将水处理剂应用于工业冷却水系统。油田含油污水 处理处于初级阶段，除了从国外引进专门的药剂外，多采用循环冷却水系统的水 处理药剂。所投加的的处理药剂多为简单的无机化合物，如石灰、二氧化碳、硫

8、酸铁、氯气、亚硫酸钠和无机磷酸盐等。随着油田开发水平的不断提高和科技进 步，对水处理剂的要求也不断提高，促进了油田污水处理剂的更新和发展。为更 有效的达到缓蚀、阻垢、杀菌和净化的目的，更好地降低污水对环境的污染，逐 步开发研制了新型、高效的有机水处理剂，以及同时具有缓蚀阻垢或杀菌阻垢、 杀菌除氧等多种功能的水处理剂。目前所使用的油田污水处理剂，以有机化合物 为主，大都是几种有机物化合的复合配方，从而弥补单一药剂的局限性，提高油 田污水处理效果。第二章国内外油田污水处理技术现状2.1技术分类2.1.1物理法物理处理法的重点是去除废水中的矿物质和大部分固体悬浮物、油类等。物 理法主要包括重力分离、

9、离心分离、过滤、粗粒化、膜分离和蒸发等方法。重力分离技术，依靠油水比重差进行重力分离是油田废水治理的关键。从油 水分离的试验结果看，沉淀时间越长，从水中分离浮油的效果越好。自然沉降除 油罐、重力沉降罐、隔油池作为含油废水治理的基本手段，已被各油田广泛使用。离心分离是使装有废水的容器高速旋转，形成离心力场，因颗粒和污水的质 量不同，受到的离心力也不同。质量大的受到较大离心力作用被甩向外侧，质量 小的则停留在内侧，各自通过不同的出口排出，达到分离污染物的目的。含油废 水经离心分离后，油集中在中心部位，而废水则集中在靠外侧的器壁上。按照离 心力产生的方式，离心分离可分为水力旋流分离器和离心机。其中水

10、力旋流器， 由于具有体积小、重量轻、分离性能好、运行安全可靠等优点，而备受重视。目 前在世界各油田，如中东、非洲、西欧、美洲等地区的海上和陆地油田都有应用。 我国引进的数套Vortoil水力旋流器，在油田污水处理上取得了良好的效果。粗粒化，是指含油废水通过一个装有粗粒化材料的设备时，油珠粒径由小变 大的过程。目前常用的粗粒化材料有石英砂、无烟煤、蛇纹石、陶粒、树脂等材 料。粗粒化除油罐用以去除经前期治理后的含油污水中的细小油珠和乳化油。过滤器有压力式和重力式两种，目前我国油田普遍采用的是压力式，有石英 砂过滤器、核桃壳过滤器、双层滤料过滤器、多层滤料过滤器等。近年来，随着 纤维材料的发展，以纤

11、维材料为滤料发展起来的深床高精度纤维球过滤器，因其 具有纤维细密、过滤时可形成上大下小的理想滤料空隙分布、纳污能力大、反洗 滤料不流失等优点，发展迅速。膜分离技术被认为是“ 21世纪的水处理技术”，是一大类技术的总称。主要 包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等几类。这些膜分离产品均是利用特殊制造的多 孔材料的拦截能力，以物理截留的方式去除水中一定颗粒大小的杂质。特别是超 滤，己经在除油的相关研究中取得了一定的进展，逐渐从实验室走向实际应用阶 段。表1膜法水处理技术的基本特征膜 类型孔径大 小/Pm功能膜间压力微滤(MF)0102去除悬浮固 体1. 72X1053.44X10 5Pa超 滤(UF)0.

12、0101去除有机 物、细菌和热原 质去除胶体物质 去除悬浮固体去 除染料大分子1. 72X1056. 89X10 5Pa (25 100psi)纳滤(NF)0.0 01001去除病毒去 除大的无机离子 去除分子量在 3001000范围 内的有机化合物 去除三价盐9. 30X10515.86X105Pa(135 230ps)反 渗透 (RO)去除所有有 机化合物去除所 有溶解盐去除病 毒、细菌和热原 质13. 80X10 5 68. 90X105Pa(200 1000psi)Humphery等人采用Membralox陶瓷膜进行了陆上和海上采油平台的采出水处 理研究，经过适当的预处理后取得了较好的

13、效果，悬浮物含量由73290mg/L降 低到lmg/L以下，油含量由8583mg/L降低到5mg/L以下。Simms等人采用高分 子膜和Membralox陶瓷膜对加拿大西部的重油采出水进行了处理，悬浮物含量由 1502290mg/L降低到lmg/L以下，油含量由1251640mg/L降低到20mg/L以下。 美国在1991前后研究了一种陶瓷超滤膜处理采出水用于油田回注，在美国路易斯 安那、墨西哥湾的海上和陆上油田进行了小规模生产实验。采出水先进行投加化 学药剂和沉降分离常规处理后，出水含油为27583mg/L，经过超滤处理后降为 10mg/L以下。美国加利福尼亚的德克萨斯砂道油田位于萨里纳斯谷

14、，气候干旱， 特别是近几年来地下水位降到临界点，因此研究决定向地下水注入高质量的水以 补充水源的不足，实验以砂道油田采出水作为水源，用膜法处理使其满足饮用或 灌溉要求。Chen等对0.20.8刚陶瓷膜处理油田采出水进行了研究，发现经过 Fe(OH)预处理，可使油质量分数由27X10-6583X 10-6降低到5X10-6以下，悬2浮固体由73X10-6350X 10-6降低到1X10-6以下，通过反冲和快速冲洗，膜通 量能在较长时间内达到3000L/(m2h)。在国内，李永发等用超滤膜处理胜利油田东辛采油厂预处理过的废水，处理 后油截留率为97.7%,能达到低渗透油田回注水标准。梁立军等用中空

15、纤维超滤器 对大庆油田的注水站的回注水进行了试验，开发的膜组件在通量上比常规的中空 纤维组件大34倍，在0.08MPa的压差下，其通量最大。温建志等采用中空纤维 超滤膜对油田含油废水进行了处理，研究表明，总悬浮固体质量浓度由6.69mg/L 下降为0.56mg/L，油质量浓度由127.09mg/L下降为0.5mg/L,达到满意的效果。 王怀林等采用南京化工大学膜科学技术研究所生产的0.2Pm和0.8Mm陶瓷微滤膜 对江苏真武油田的采出水进行处理，效果很好。2.1.2化学法化学法主要用于处理废水中不能单独用物理法或生物法去除的一部分胶体和 溶解性物质，特别是含油废水中的乳化油。包括混凝沉淀、化学转化和中和法。混凝沉淀法是借助混凝剂对胶体粒子的静电中和、吸附、架桥等作用使胶体 粒子脱稳，在絮凝剂的作用下，发生絮凝沉淀以去除污水中的悬浮物和可溶性污 染物。目前采用的混凝剂主要有铝盐类、铁盐类、聚丙烯酰胺（PAM）类、接枝淀 粉类等。化学氧化是转化废水中污染物的有效方法，能将废水中呈溶解状态的无机物 和有机物转化为微毒、无毒物质或转化成容易与水分离的形态。该法分为化学氧化法， 电解氧化法和光化学催化氧化法3类。化学氧化是指利用强氧化剂（如O、O、Cl