（石油与天然气工程专业论文）提高含聚污水水质的达标率.pdf

创新点摘要 提高含聚污水水质的达标率 摘要 现在油田进入第三阶段开发期，即油田开发后期高含水及聚驱开采时期的采出水处 理阶段。本文针对这一阶段一般污水站来水普遍见聚，含聚污水站聚合物浓度增高等现 象，在污水站来水采用加高效破乳剂的办法降低来水含油，同时对破乳剂的添加量的多 少进行了实验，将原有的添加量将加药量比例由原来的1 2 1 0 万提高到1 8 1 0 万， 在保证破乳效果的同时，又节省了资金。对污水站采取综合治理的办法降低污水含油及 悬浮物，综合型污水处理技术包括采用沉降罐加气浮选技术，去除污水中大部分污油和 固体悬浮物；选用核桃壳过滤器进一步去除污油和悬浮物；同时进行污水处理化学药剂 的筛选，选用高效的絮凝剂添加到沉降罐中。为了进一步提高沉降罐的处理效率，恢复 原有的连续收油装置，并新建静压穿孔管( p e r f o r a t e dp i p e ) 排泥设施，使一段沉降 出水的含油量与悬浮物降低了几个百分点。通过以上的方法，提高了含聚污水的达标率， 并且可以在油田污水处理和污水回注工作中推广应用。但是在试验推广中，还存在一些 问题，经常出现污水不易发生聚并及分离的稳定状态，设计院已经在某些污水站开展了 油水分离剂的现场试验，使污水变成“脱稳”，达到容易聚并及分离，因此，我们将在 以后展开油水分离剂在污水站的大规模试验，确定它的可行性。过滤技术方面将展开对 膜分离技术的现场试验，进一步提高含聚污水的达标率。 关键词 含聚污水：水质达标率：含油；悬浮物；气浮选技术；核桃壳过滤器：纤维球过滤 器 大庆石油学院硕士研究生学位论文 q u a l i f i c a t i o nr a t ei m p r o v e m e n to fp o l y m e r - b e a r i n g p r o d u c e dw a t e rt t e a t m e n t a b s t r a c t d a q i n go i l f l e l d i sn o ws t e p p i n gi n t ot h et h i r dd e v e l o p m e n ts t a g ew h i c hi sc h a r a 删b yt h e a p p c a r a l l t ：eo fs u c hp r o b l e m sa sh i g hw a t e r - c u tp h e n o m e n o na n dp r o d u c e dw a t e rt r e a t m e n tc a u s e db yt h e c h e m i c a lf l o o d i n g d u et ot h el a r g e - s c a l ei m p l e m e n t a t i o no f p o l y m e rf l o o d i n ga td a q i n g p o l y m e rh a sb e e n d e t e c t e di nt h ep r o d u c e dw a t e ra tm o s tw a t e rt r e a t m e n tp l a n t sa n di t sc o n t e n tt e n d st ob er i s i n ga tt h o s e s p e c i f i cp o l y m e r - b e a r i n gw a t e rt r e a t m e n tp l a n t s t or e d u c et h ec o n t e n to f p o l y m e ri np r o d u c e dw a t e r , s 咖砖 h i g l le 伍c i e n c yd e - e m u l s i f i e r sw e r et r i e da n dt h e i rd o s a g ew e r ea l s ot e s t e d 1 kr e s u l t ss h o wt h a tt h e c o n t e n to fo r g a n i c sa n ds u s p e n d e ds o l i d sc a nb er e d u c e db ya p p r o a c h e si n c l u d i n gs e d i m e n t a t i o np l u s a i r - f l o a t a t i o nt e c h n i q u ew h i c hi sc a p a b l eo f r e m o v i n gm o s to r g a n i c sa n ds u s p e n d e ds o l i d s ，a n dw a l n u ts h e l l f i l t e rt oa c h i e v ef x u t h e rp u r i f i c a b o n s i m u l t a n e o u s l 5 0 m ew a t e rl r e a t l e n tc h e m i c a l sc a l l e dh i g he f f i c i e n c y f l o c c u l a n t sw e r e l e c t e da n da d d e di nt h es e d i m e n t a t i o nt a n k s t of u r t h e ri i l 驴附v et h es e d i m e n t a t i o nt a n k e f f i c i e n c y , t h ec o n t i n u o u s - o i l - c o l l e c t i o ns y s t e mw a sr e s t o r e d a d d i t i o n a l l y , e q u i p m e n tc a l l e ds t a t i c p e r f o r a t e ds l e d g ed i s c h a r g ep i p ew a si n s t a l l e d t h o s em a s u f e $ r e s u l tad e c l _ e a s ei nt h ec o n t e n to f o r g a n i c s a n ds u s p e n d e ds o l i d sa n da ni n c r e a s ei nw a 把rq u a l i f i c a t i o nr a t e w h i c hp o t e n t i a l l yc a nb ea p p l i e dt ot h e t r e a t m e n ta n dr e j e c t i o no fo i l f i e l dp r o d u c e dw a t e r h o w e v e r , s o m ep r o b l e m sm a yb em e td u r i n gt h e a p p l i c a t i o n , f o ri n s t a n c e ，t h es t a b l es t a t eo f p r o d u c e dw a t e rc o a l e s c e n c ea n ds e p a r a t i o ni sd i f f i c u l tt or e a c h t os o l v et h e s ep r o b l e m s 。d a q i n go i l f i e l dd e s i g ni c s t h m eh a si m p l e m e n t e ds o i i i ef i e l dt e s t st oe v a l u a t et h e p e r f o m m c eo fo i l - w a t e rs e p a r a t i o na g e n t sa tp r o d u c e dw a t e rt r e a t m e n tp l a n t sw i t t lag o a lt oa c h i e v ea s t a b l es t a t eo fc o a l e s c e n c ea n ds e p a r a t i o n t h cf u t u r es t u d yw i l lf o c u s0 1 1t h ef e a s i b i l i t ya n dl a r g e - s c a l e a p p l i c a t i o no fo i l w a t e rs e p a r a t i o na g e n t st ot r e a to i l f l e l dp r o d u c e dw a t e r , w a t e rf i l t e ru s i n gi n b l a m e s e p a r a t i o nt e c h n o l o g yw i l la l s ob ec o n s i d e r e da n dt e s t e d k e yw o r d s ：p o l y m e r - b e a r i n gp r o d u c e dw a t e r , 7w a t e rq u a l i f i c a t i o nr a t e , o r g a n i cc o n t e n t , s u s p e n d e ds o l i d s ，a i r - f l o a t a t i o nt e c h n i q u e ，w a l n u ts h e l l f i l t e r , f i b e rb a l lf i l t e r i l l 大庆石油学院硕士研究生学位论文 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的研 究成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发 表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作 了明确说明并表示谢意 作者馘：竣魄删 学位论文使用授权声明 本人完全了解大庆石油学院有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论 文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版有权将学位论文用于非 赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容编入有 关数据库进行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文在解密后 硼棚定谳作者麟：、t 辚q 羚- b 否c 撇名： 学位论文作者签名导师签名： 嗍：习p 垆 创新点摘要 i v 创新点摘要 ( 1 ) 沉降罐加气浮，过滤器采用核桃壳滤罐的综合污水处理流程。 ( 2 ) 针对核桃壳滤罐憋压问题，采用低压反冲洗的专利技术。 第一章油田污水处理的概况 引言 目前，我国大部分油田采用了注水开发方式，每生产l t 原油约需注水2 3 t ，因 而水和石油生产的关系极其密切。随着我国油田开发的规模越来越大，含油污水产出量 越来越多。大庆油田年产原油5 5 m t ，平均原油综合含水已达到8 0 ，年污水处理量大约 3 亿m 3 ，年注水量为4 5 亿m 3 。油层采出水经处理后几乎全部回注，此外每年还要补充 l 1 5 亿m 3 地面水注入地下。因此，油田污水处理回注技术对于油田开发生产具有极 其重要的意义。如果含油污水不处理利用，任意排放，必将带来严重的后果，不但浪费 了宝贵的水资源，而且会严重污染环境，影响油田安全生产。油田含油污水处理后的回 注解决了油田注水带来的两个问题。1 ，一是注入水的水源问题，二是含油污水的排放和 处理的问题。在生产的实践中，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。 随着三次采油的到来，产出液含聚浓度不断提高，原有的污水处理系统的处理负荷 增加，使含聚来液处理不充分，导致处理后水质不达标，造成污水系统的恶性循环，因 此根据出现的新问题，我们展开课题研究新技术来解决这个矛盾。 6 大庆石油学院硕士研究生学位论文 第1 章油田污水处理的概况 我国油田污水经处理达标后基本上得到了利用嘲，污水处理后回注是主要的利用方 式。它不仅解决了油田回注水的水源问题，而且可以有效地提高原油产量。含油污水 经处理后回注具有以下优缺点： 1 1 污水回注的优缺点 1 1 ，1 污水回注的优点 ( 1 ) 含油污水的矿化度和粘度高( 例如三次采油污水) ，并且含有聚丙烯酰胺和表面活 性剂等。因此具有良好的洗油功能。据统计，向油层回注污水时，其采收率要比回注淡 水时提高3 5 。 ( 2 ) 密度为1 1 1 2 克立方厘米的污水能在注水井底形成较高的水压，这就使油井。 具有良好的吸收能力 ( 3 ) 往注水井回注含油污水可以防止水源及环境被污染。 ( 4 ) 油层污水或破乳剂后的污水温度通常远远高于地面水源的温度，这对注水井的吸 收能力和洗油能力具有良好的作用。 1 1 2 实行污水回注的弊端 ( 1 ) 为了防止注水井井底地带堵塞并维持高吸收能力，必须将污水净化到一定程度， 这就需要建造造价较高、占地面积较大的地面污水处理设备。 ( 2 ) 回注污水已造成设备、管道和注水井腐蚀和结垢。 ( 3 ) 在恢复注水井压力的过程中，易造成污水的外流。 1 2 含油污水处理工艺流程 目前国内外油田污水处理采用的处理设备及设施主要有：沉砂池、平流式隔油池、 自然除油罐、混凝沉降罐( 池) 、撇油罐、粗粒化罐、压力沉降罐、浮选罐、压力滤罐， 单阀滤罐，组合式处理装置和精滤器等多种，采用的附属设旄主要有：各种缓冲罐、回 收水罐、反冲洗水罐、污油罐、各种水处理药剂投配系统、各种水泵和油水计量设施等。 1 2 1 国外一般采用的含油污水处理流程 国外油田含油污水处理工艺与我国大体相似，主要是除油净化和过滤净化两个阶 段。净化工艺和设备的选择根据来水水质和注入层对水质的要求确定。对渗透性好的裂 缝岩注入层，采用污水除油后，就回注的工艺：对低渗透层油田注入水的含油污水处理， 7 第一章 油田污水处理的概况 采用在常规处理后进行二级或三级过滤工艺。 ( 1 ) 前苏联污水处理流程” 前苏联有7 5 的油田靠注水开发，对注入水水质要求较严，其工艺流程种类也很多。 现举两种有代表性的流程：前苏联给水排水设计院定型设计流程和戈尔斯克油田污水处 理流程。给水排水设计院定型设计流程见图卜1 。当原水含油3 0 0 0 m g l 以下时，净化后 的水含油为l o 2 5 m g l ，悬浮物含量l o 2 0 m g l ，含铁量2 5 n , g l 以下。 净化水 水泵 图i - 1前苏联给排水设计院污水处理流程图 前苏联戈尔斯壳油田污水处理流程示于图1 - 2 ，该菇设计水量为5 0 0 0 , n d ，混凝剂 硫酸铝投加量3 0 t a g l 左右。 8 图卜2前苏联戈尔斯克油田污水处理流程图 大庆石油学院硕士研究生学位论文 ( 2 ) 美国含油污水处理典型流程 美国对注水水质要求很严，除对水中油、悬浮物和含铁指标要求很严外，还要求脱 氧或密封、杀菌、化学防垢及缓蚀等。比较典型的处理工艺如图1 - 3 密闭天然气 图1 - 3美国常用的处理流程 + 聚结过滤器 1 2 2 国内常用的处理流程嘲 ( 1 ) 自然除油一混凝除油一过滤流程( 三段流程) 该流程如图1 - 4 所示，目前在国内各油田普遍使用。 从脱水转油站送来的原水经自然除油后可使污水中含油量由5 0 0 0 m g l 降至 5 0 0 m g l 以下，再投加混凝剂混凝沉降后，一方面含油量可降至5 0 l o o m g l 以下；另 一方面悬浮物大部分上浮，少部分下沉，在经石英砂压力过滤罐过滤后一般可使含油降 到2 0 m g l 以下，悬浮物降到l o m g l ，在经杀菌、阻垢、缓蚀处理后得到合格的净化水 用于回注。回收的污油送回原油集输系统。除浊罐及沉降罐的沉泥定期人工清除。该工 艺的流程效果较好，对原水含油量变化适应性强，缺电适当设计规模超过lx1 0 3 d 时， 压力滤罐数量多，流程相对复杂一些。 第一章油田污水处理的概况 图卜4自然除油一混凝除油一过滤流程( - - 段流程) ( 2 ) 混凝除油一单阀滤罐过滤 该流程见图卜5 。它是将图1 - 4 中三步处理流程中自然除油罐和混凝除油罐合并为 一个除油罐，该罐同时起两个罐的作用。当原水水质较好或净化水质要求不太严格时， 可不加混凝剂，水质要求严格时再加混凝剂单阀滤罐为重力式，可制成大直径、处理 量大的罐，因此该流程比较简单，适用于设计水量较大的处理站，可以做到污水不外排。 缺点是对原水水质变化适应较差，净化水水质不如图卜4 流程好。该流程在国内油田应 用较少。 1 0 油泵油罐 回收水池回收水泵 图1 5 混凝除油一单阀滤罐过滤 大庆石油学院硕士研究生学位论文 ( 3 ) 粗粒化一混凝除油一过滤流程 该流程见图1 - 6 是在混凝除油一单阀滤罐过滤两部流程基础上的改进流程。污水经 粗粒化罐处理后由于油珠粒径变大，可以大大减少混凝除油罐停留时间，一般可不加混 凝剂，出水水质可达到两段过滤流程的程度，投资比他的节省。当原水中泥沙含量较高 时，因易堵塞租粒化罐，则不宜采用此流程。 油泵油罐 回收水池回收水泵 图l - 6 粗粒化一混凝除油一过滤流程 ( 4 ) 自流处理流程 当污水处理站与注水粘联合建站时，可采用自流流程。即将两段流程、粗粒化一混 凝除油单阀滤罐过滤中的缓冲罐直径加大作注水缓冲罐，外输泵改为注水泵。该流程 可节省建设投资，减少占地面积和节约能源。 ( 5 ) 自然除油一粗粒化一压力除油压力过滤流程 此流程为密闭四步处理流程见图1 7 。该流程中缓冲罐及注水站清水罐均为2 5 0 r a m 厚的柴油密封罐，粗粒化材料为蛇纹石。原水由原油集输系统的5 0 0 0 m 3 沉降罐充分除 油后送到污水站进行处理。该类流程适宜于对净化水水质要求较严的低渗透油层回注。 一般原水含油量较低( 在2 0 m r 班左右) 。在污水站投加混凝剂，净化水外输前加杀菌剂 等。四步处理流程净化水水质相当好，适于低渗透油层回注；但基建投资大，适合于水 量小、水质要求严的处理站设计应用。 第一章油田污水处理的概况 图1 7 自然除油租粒化一压力除油压力过滤流程( 四步处理流程) ( 6 ) 原水与洗井水统一处理流程 该流程的特点是采用天然气密闭，洗井水和原水分别自然沉降及自然除油后再合并 进行混凝除油及石英砂过滤。中原油田文一联污水处理站就是采用该类流程。文一联污 水站原水p h 值为6 左右，总矿化度高达1 0 x1 0 1 5 x1 0 m g l ，腐蚀严重。处理时投 加多种药剂：加碱调节p h 值，加絮凝剂沉降，另外加入缓蚀剂和1 2 7 7 杀菌剂。各种除 油及沉降罐都有排泥措施。采取该流程处理后水质基本达到油田注水水质标准。腐蚀率 由1 2 5 2 5 0 n 衄a 降到0 1 2 5 衄a 以下，含油量3 0 m e l 以下，溶解氧接近零，浊度达 1 5 度左右。 ( 7 ) 深度处理流程 随着外围油田、老区表外储层等低渗透油层的开发，为了满足低渗透油层的注水水 质要求，大庆油田自1 9 9 1 年开始建设采出水深度处理站。大部分深度处理站是对经处 理已达到高渗透油层注水指标的采出水进行再处理，主要采用两次压力过滤工艺。 通过大量的实验证明，对于经过常规工艺处理后的采出水，再经两级石英砂慢速过 滤( 一级滤速8 m h ，二级滤速4 t w h ) ，在正常情况下可以达到低渗透油层注水水质标准。 为了更有效地提高过滤效果，达到提高滤速、减少占地、降低工程造价的目的，在上述 处理工艺基础上，对滤层结构进行了调整。采用无烟煤、石英砂、磁铁矿等多层介质滤 料代替单一介质的石英砂滤料。如图2 - 8 所示，由于多层滤料级配合理、滤床利用率高， 可以提高滤罐截污能力，将滤速提高一倍( 一次为1 6 m h ，二次为s i n h ) ，节省了大量 工程投资和占地，效益显著。 大庆石油学院硕士研究生学位论文 无烟煤 石英砂 磁铣矿 垫层 图1 - 8多层溏料过滤器工作原理图图1 - 9双向过滤器工作原理图 无烟煤 石英砂 磁铁矿 垫层 为了迸一步提高滤速，研制开发的双向过滤器( 如图1 - 9 所示) ，一次滤速提高到 3 1 m h ，二次滤速提高到1 6 m h 。与石英砂慢速过滤工艺相比较，滤速提高了4 倍与 多层滤料过滤工艺相比较，滤速提高了2 倍。双向过滤工艺在节省占地面积上具有显著 的优势，自用水量也很少，辅助流程的回收水池、反冲洗罐等容积大为减少。但由于双 向过滤器的上、下向滤速比必须采用计算机程序控制，控制系统所占投资的比例较大。 工程投资相对较大，且对管理、维护要求高，近几年已不再采用。 1 3 含聚污水处理工艺 各大油田已经进入了注聚井见效阶段，采出水中含聚是目前污水处理系统面临的新 问题。因油系统采用超高分子聚合物注入地下驱油，采出水中含有一定浓度的聚合物， 导致采出水的粘度增加，油、水、泥的分离难度增大，且原水中的含油量、含泥量等增 加也较多，进一步增加处理难度。 从1 9 9 7 年至今建设的聚合物采出水处理站，仍然采用“自然除油一混凝除油一 压力过滤”三段处理工艺。所不同的是增加水在除油罐内的停留时间，一次除油罐设定 为l o 3 h ( 1 9 9 9 年减少为8 o h ) ，二次除油罐设定为5 2 1 1 ( 1 9 9 9 年减少为4 o h ) ；过滤工 艺仍然采用单层石英砂滤罐，滤速设定为8 o m h ；处理后水质指标也放宽为含油 2 0 m g l ，悬浮物一 2 0 m g l 。 大庆油田有2 座聚驱处理站采用的工艺流程是“一级横向流聚结除油器、二级压力 过滤”：有2 3 座聚驱处理站采用的工艺流程是“二级沉降、一级压力过滤”。 第一章油田污水处理的概况 图1 1 0 二级沉降、一级压力过滤流程 图1 1 l 一级横向流聚结除油器、二级压力过滤流 1 4 国内污水处理工艺采用的新技术 l ，4 1 横向流聚结除油器 横向流聚结除油器是在斜板除油器的基础上发展起来的时1 ，其原理也符合。潜池理 论”，它由含油污水的聚结区和分离区两部分组成。含油污水首先经过交叉板型的聚结 器，使小分散油珠聚结并成大油珠，小颗粒固体物质絮凝成大颗粒，然后聚结长大的油 珠和固体物质通过具有独特通道的横向流分离区，而从水中分离出来。在进行油、水、 固体物质分离的同时，还可以进行气体( 天然气) 的分离。 1 4 大庆石油学院硬士研究生学位论文 横向流聚结除油器同目前油田常用的斜板除油器相比，具有独特的特点。首先是分 离流态独特，横向流聚结器内水流为交叉流，即水沿水流方向流动，油垂直向上移动， 泥垂直向下滑动，处理后水质不会产生二次污染等问题。其次是板型结构独特，横向流 聚结器内设聚结板区和分离板区，聚结板区由相互正交的梯形板组所组成，水流在其中 沿正弦波路流动：分离板区由一系列单元六面体所组成的三维板构成，水流在其中沿水 平方向流动，并且流速随时都在变化。 图1 1 2 横向流聚结除油器结构示意图 1 4 2 水力旋流器 2 0 世纪8 0 年代以来，旋流技术开始在液一液分离领域成功应用嘲。同常规重力分离 技术相比，分离效率及设备利用率都很高，因而日益引起国际石油工程技术界的广泛关 注 大庆油田2 0 0 0 年在萨北区块含油污水处理站进行了水力旋流器处理含聚污水工业 性现场试验，采用水力旋流器+ 混凝沉降罐+ 两次压力过滤的工艺流程，处理水质达到聚 驱污水回注水质标准。 1 4 3 气携式水力旋流器 对于水力旋流器来说，由于其工作原理是依靠高速旋转两相( 油水) 流体因密度不 同，所受离心力也不同而实现两相分离。高速旋转速度，使油水更容易实现分离，但如 果旋转速度过高，油滴的剪切破碎加剧，反而会加大分离难度。所以，水力旋流器对于 小粒径油滴的分离效果较差。液一液水力旋流器的分割粒径的油滴一般在3 0 l i 左右， 在水力旋流器内被分离的概率小于5 0 ，而对于直径小于1 0 pm 的油滴，其被分离出来 的概率基本为零。 上世纪8 0 年代，美国的m i l l e r 等人，设计了一种叫“a i rs p a r g e d h y d r o c y c l o n e ( a s h ) ”的水力旋流器，基本原理是将固液水力旋流器的简壁做成双层结 构，使之形成一个密闭的气室，内壁上均匀分布一些小孔，气体由压缩机压入气室，经 1 5 第一章油田污水处理的概况 过内壁上的小孔进入旋流器内，在内部压力梯度的作用下，这些小气泡携带细小颗粒， 向中心运动，从溢流口排出，其他重质成分由下部底流口排出。但在液一液旋流分离领 域，尚未发现有相关的研究文献。 1 4 4 膜技术 我国1 9 5 8 年开始进行离子交换膜的研究，并对电渗析法淡化海水展开了试验研究， 迄今已有4 0 多年的历史。目前电渗析技术以在海水淡化、苦咸水淡化、纯水制备、给 水处理、废水处理及某些化工过程得到应用嘲。1 9 6 6 年我国又开展了反渗透半透膜的研 究。1 9 7 5 年后又进行了超滤膜的研究。 ( 1 ) 膜过滤技术的分类 膜过滤技术共分为五类：微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析。 ( 2 ) 膜过滤技术的原理n 。1 机械截留作用。指膜具有截留比它孔径大或与孔径相当的微粒等杂质的作用， 即筛分作用。 吸附截留作用。依靠膜的材料性质以及电位的影响对微粒产生吸附作用。 架桥作用。在膜孔的入口处，微粒因为架桥作用同样可以被截留。 网络型膜的网络内部截留作用这种截留作用是将微粒截留在膜的内部而不 是在膜的表面。 ( 3 ) 膜过滤技术的方式 膜过滤技术的方式分为：闭端式过滤；错流式过滤。 1 6 出永, , * i l l - - 卜一 i 进水 - 一出水 图8 _ 2精滤装置滤芯过滤示意图 大庆石油学院硕士研究生学位论文 出永 i 进水 i 回流水 图8 - 3错流式过滤示意图 出水 ( 4 ) 膜分离技术的特点 膜分离过程不发生相变，是在常温下进行的，和其它方法相比能耗较低。 膜分离技术不仅适用于有机物和无机物，而且还适用于许多特殊溶液体系的分 离，如溶液中大分子与无机盐的分离，一些共沸物或近沸点物系的分离。 膜分离装置简单、占地面积小，处理效率高。 膜滤芯本身的造价高。 工艺流程复杂，操作不方便。 膜分离技术抗冲击负荷的能力差。 ( 5 ) 运行效果及适用范围 在清水中应用p a 烧结管、p e 烧结管过滤已经是很成熟的技术，但在油田含油污水 处理中应用目前膜过滤技术还不成熟。 1 5 国外油田采出水处理工艺上采用的技术 1 5 1 俄罗斯 普遍采用的含油污水处理方法是应用开式的重力沉降过滤流程，今年聚结过滤和气 浮选法开始应用。另外，针对油田进入高含水后，污水处理站的水量迅速增加，出水质 量严重超标的情况，上世纪九十年代以来，鞑靼石油设计研究院与鞑靼石油股份有限公 司联合，研制和推广了适应高含水的高效矿场污水净化工艺，不单独建设大的污水处理 站，使脱除的游离水就地净化处理、就地回注，简化了传统工艺，提高了出水质量，降 低了建设投资和生产成本“。 1 7 第一章 油田污水处理的概况 1 5 2 美国等西方国家 美国较常用的处理方法是气浮选除油，过滤则按注入层渗透率高低采用租过滤( 预 过滤) 和精细过滤。比较典型的为贝克( b a k e r s ) 油田含油污水，采用的气浮选除油和 二级过滤工艺，该工艺利用四级浮选机除油、除悬浮物，经泵增压进入双滤料过滤器， 在经滤芯过滤器精滤，处理后水质悬浮物含量 l m g l ，颗粒粒径 0 3 i p a 滤后水质指标：油去除率：9 3 含油量：1 0m g ls s 含量： 5m g l 第四章解决含聚污水水质达标宰的方法 设计压力：0 6g p a 设计温度：0 - 6 0 度 运行参数： 表4 - 4h y 型机械过滤器技术性能 4 3 3 核桃壳滤料参数的优化试验 我们在喇嘛甸油田部分采用核桃壳滤罐技术，在实际中遇到了新问题，回注污水 含油及杂质较高，经常超出国家标准。我们针对这一现象，在问题比较严重的南中块区 的某污水站进行了实验，通过现场数据，确定一个适合于喇嘛甸油田的新的核桃壳滤罐 的运行方式。 ( 1 ) 试验含油污水处理站的系统概况及工艺流程 概况 喇卜2 含油污水处理站始建于1 9 8 6 年1 1 月，后经2 0 0 0 年8 月扩改建，目前共有 二座6 0 0 0 m 3 一次污水沉降罐、三座1 0 0 0 m 3 _ - 次污水沉降罐、1 2 座压力式核桃壳滤罐， 设计处理能力3 0 0 0 0 m 3 d 。2 0 0 1 年9 月1 3 日滤罐投运，其规格型号：h y 一3 2 0 0 型核桃 壳滤罐，厂家：竹田公司。实际处理能力2 0 0 0 0 m s d ，沉降时间长达1 8 小时左右。 工艺流程及原理 含油污水处理工艺流程 喇1 - 2 联合站含油污水处理站采用二次沉降如压力式过滤工艺( 工艺流程详见图 4 4 ) 大庆石油学院硕士研究生学位论文 图4 - 4喇卜2 污水站流程图 含油污水及处理原理 首先，原水进入6 0 0 0 m 3 一次沉降罐，通过1 4 小时的自然沉降和破乳剂的继续乳化， 分离出污水中的大部分原油，后进入1 0 0 0 m 3 - 次沉降罐，通过4 小时的混凝沉降，最终 使污水含油降到l o o m g 1 以下，再通过升压罐由升压泵加压打入压力式核桃壳滤罐：由 于罐内的核桃壳和石英砂对油的过滤吸附，较好的滤出污水中的油和杂质，使含油和杂 质均低于3 0 m g 1 ，满足污水回注指标。 ( 2 ) 目前现状 随着喇1 - 2 联合站地区来液中聚合物浓度的不断上升，目前已经达到1 8 4 p p m ，聚合 物粘度0 7 1 ，再加上破乳剂的加入，使原水的性质发生了较大变化。由于压力式核桃壳 滤罐在过滤的过程中，滤料、泥沙、油、聚合物和破乳剂粘合在一起，形成粘附力较大 的粘稠物，堵塞筛管，影响反冲洗，使回注效果不好，含油常达到3 0 m g 1 以上，不符 合质量标准的要求。并且由于粘稠物堵塞工艺设备，使处理流量下降，压力升高，严重 影响了污水外输产量。 ( 3 ) 核桃壳滤罐的现场实验及生产工艺参数的研究调整 实验目的 针对喇1 - 2 含油污水水质粘度的不断升高，导致压力式核桃壳滤罐反冲洗憋压，反 冲洗效果不好，回注指数超标的现状，在保证喇1 - 2 污水处理站正常生产的前提下，开 展与滤罐生产厂家的技术合作，选择合适的滤速、反冲洗强度和反冲洗周期，以及使用 合适的筛管和滤料规格，提高滤罐的反冲洗质量，完善滤罐的操作规程。同时，在实验 第四章解决吉象污水水质达标宰的方i 击 中，进一步研究和论证工艺参数对整体污水系统运行的影响，合理加以调整，使之加强 系统的平稳运行。 实验过程及数据分析 根据既定方案，积极开展与生产厂家的技术合作，协助厂家作好核桃壳滤罐改良实 验工作，实验中，积极组织好人员进行现场配合，提供合理有效的生产操作，与厂家同 步录取生产数据，井积极做好数据的分析整理工作，实验共分三个阶段： 滤罐运行参数的选择 反冲洗强度的选择 核桃壳一石英沙滤柱在除原油、杂质过程中，逐渐会被原油、杂质堵塞，使过滤速 度减慢，此时需对滤柱进行反冲洗。以冲洗掉聚集在滤柱中的原油、杂质。本实验中采 用滤后水进行反冲洗。由反冲洗泵从7 0 0 j 3 反冲洗罐抽水，经流量计后由滤柱底部进入， 由下而上进行反冲洗，反冲洗水由滤柱顶部排出。不同反冲洗强度的实验结果见表4 5 。 由表4 - 5 可知，反冲洗强度大于2 3 0 m 3 h 后，压力式核桃壳滤罐出口见滤料，因此选择 反冲洗强度2 3 0 m 3 h 。 表4 5不同反冲洗强度实验效果对比表 反冲洗周期的选择 在反冲洗周期的选择实验中，发现在滤前污水含油保持在1 0 0 m g 1 的水平时，反冲 洗后回注污水指数的增长与过滤时问的增长成正比，实验数据见图4 5 。当回注污水含 油达到2 6 m g 1 时，接近油田公司回注标准要求，因此，必须马上进行反冲洗，保证回 注污水不超标。 大庆石油学院硕士研究生学位论文 反 冲 洗 后 水 中 原 油 杂 质 m 口，l 过滤时间r a i n 图4 5 反冲洗周期与过滤时间的关系图 ， 反冲洗时间的选择 在选定的反冲洗强度下，进行了反冲洗时问的选择实验。从反冲洗开始，测定不同 反冲洗时间时反冲洗水中原油、杂质浓度，结果见图4 - 6 ，由图4 - 6 可知，反冲洗水中 的原油、杂质浓度只在反冲洗开始的2 m i n 一4 m i n 内很高，第4 m i n 时达到最高，原油浓 度为3 9 m g 1 ，杂质浓度为1 3 m g 1 ，然后原油、杂质浓度迅速降低。在第1 5 r a i n 分钟后， 再延长反冲洗时间，反冲洗水中原油、杂质浓度已不再变化。 这表明滤层中载留的原油、杂质在反冲洗最初的3 m i n - 1 5 m i n 内已大部分被冲洗出 来，因此选择反冲洗时间为1 5 r a i n ，这与国内大多数正在运行的压力式除油罐所采用的 反冲洗时间相近。 反冲洗时间m i n 图4 - 6 反冲洗时间与反冲洗水质的关系图 第四章解决古聚污水水质达标宰的方法 滤罐内筛管的选择 筛管是压力式滤罐中很重要的组件之一，筛管空隙的规格将影响到滤罐内滤料的漏 失和反冲洗的憋压问题。从2 0 0 1 年1 1 月起，滤罐顶部和反冲洗出口取样点见料，经过 和厂家的合作，发现罐内滤料规格较小，导致漏料。经过分析和论证决定在筛管外侧加 筛网，通过对2 # 滤罐的实验，发现效果很好，有效控制了滤料的损耗。投产运行发现效 果显著( 实验数据见表4 7 ) 。 表4 - 7筛管改造后的实验效果数据 4 0 ( 4 ) 解决核桃壳滤罐运行时出现的憋压问题 通过6 个月的生产实践，发现反冲洗压力升高，无法达到反冲洗效果。对于此现象， 大庆石油学院硕士研究生学位论文 即便加大了反冲洗时间和强度，仍是无济于事。经过厂家开罐检修发现筛网外侧被大量 的粘稠物堵塞，无法过水。为了解决憋压问题，保证生产，由双方合作，第二次开罐检 修，清除筛管外侧的粘稠物，并清理了滤柱上层规格小的细料，水质处理效果在一定时 期内得到了改善，后因含油污水成分的复杂性，自2 0 0 3 年4 月起，开始出现反洗憋压、 反冲洗不彻底、水质不达标等问题。为解决这一难题，先后在核桃壳滤罐上进行了酸洗 试验、高温热水( 7 0 ) 反洗试验、筛管包网变隙试验、搅拌桨变频调速试验和变强度 反冲洗试验等，虽在不同程度上缓解和改善了反冲洗憋压的问题，但都未从根本上解决 这一难题。特别是2 0 0 4 年以来，反洗憋压达0 4 o 5 m p a ，使反冲洗不能正常进行，注 水水质不达标，直接影响了油田的生产运行。 核桃壳过滤器反洗憋压原因 随着聚合物驱油技术的推广，水驱井采出液均不程度含有聚合物，这给污水处理带 来困难，核桃壳过滤器在处理含聚污水上存在的问题就逐渐显露出来。 首先，普通桨搅拌式核桃壳过滤器布水筛管呈水平布置，布水筛管与罐项存在布水 死角，当反冲洗时，大量油污、聚合物及悬浮物( 简称污物) 随反冲洗上移至滤罐顶部， 不易通过筛管排出，反冲洗结束后一部分污物下落至筛管上部，长期堆积堵塞了筛管顶 部孔隙： 其次，含聚污水中的聚合物同污油和悬浮物一起粘附于核桃壳滤料上，不易与滤料 分离，且这种粘附有污物的滤料比普通滤料相对来说比重较小，当反洗排污进水，这些 滤料会更快以块状上移并吸附于布水器筛管上，使筛管堵塞。同时，过滤器中系统上的 上桨叶距布水筛管0 7 米左右，搅拌器转动时，桨叶根本搅拌不了粘附于布水管上的滤 料，且随着搅拌器的转动，滤料上移的速度更快，反冲洗压力急剧从0 0 8 - t p a 上升到 0 4 m p a 以上，排污水量急剧下降，使反冲洗不能有效地进行 解决方案 针对普通桨搅拌式核桃壳过滤器的结构设计缺陷，根据布水筛管堵塞原因剖析，考 虑污水含聚情况、水质状况、处理及反冲洗配套系统等因素，采用由大庆四环科技开发 有限公司研发的低压稳流反冲洗技术，对普通桨搅拌式核桃壳过滤器进行低压稳流反冲 洗的改造试验。 一是将横向布水筛管更换为立体布水筛管，在立体布水筛管的下方增设了防护筛 板： 二是改变反冲洗工艺参数 反洗压力调整为：0 0 3 0 0 8m p a 反洗强度控制在：7 o 9 7 l s m 2 反冲洗瞬时流量：1 8 0 2 8 0 m3 h 反冲洗用水量：1 0 0 1 5 0 m 3 反冲洗时间：1 5 分钟 4 l 第四章解决含聚污水水质达标率的方法 反冲洗周期：2 4 小时 试验结果 2 0 0 5 年9 月末，核桃壳过滤器改造完毕并投产进行，试验初步表明：过滤器正滤水 质含油量达到指标要求( 2 0 m g l ) 达标率9 7 ，见水质化验表4 8 表4 - 8填充污染滤料的核桃壳过滤器水质化验数据表 反冲洗压力较低且保持流量较为平稳( 在设定值上下2 波动) ，启动搅拌器时反冲 洗压力呈下降趋势，完全不同于改造前启动、搅拌器压力迅速上升的憋压状态且滤后水 大庆石油学院顼士研究生学位论文 质达标。 试验运行一周后开罐观察，滤料已清洗较为彻底。 结论 低压反冲洗核桃壳过滤器应用低压稳流反冲洗专利技术，使反冲洗压力降为 0 0 3 o 0 6 k i p a ，反冲洗水瞬时流量稳定在设定值上，波动在2 之内； b 低压反冲洗核桃壳过滤器滤后水含油量并投产进行，试验初步表明：过滤器正滤 水质含油量达到指标要求 一2 0 m g l ，达标率9 7 ： c 低压反冲洗核桃壳过滤器的滤料再生效果好，纳污能力相对增强，使滤罐的反冲 洗周期由原来的2 4 小时延长至4 8 小时以上，( 来水含油5 0 m g l ) ； 该技术解决了滤罐反冲洗憨压、水质含油不达标的难题。为油田工业含油污水处理 不达标这一普遍性难题，提供了良好的技术改造方案，具有显著的经济和 f 效益，建议 应进一步推广和应用。 4 3 4 采用改性纤维球过滤技术 ( 1 ) g x g l 型改性纤维球过滤器性能简介”| 】 改性纤维球过滤器由罐体、搅拌系统、布水器、滤料、进出水管线、反洗管线等组 成。在使用中，不需要增加特殊工艺，不用增设其它处理设备。改性纤维球过滤器对待 处理的污水水质要求较低，适合聚驱含油污水过滤。当滤料污染超过滤料纳污量，进行 反冲洗时，反冲洗水流自下而上逆向流经过滤器，同时搅拌桨叶不断旋转，使滤料上下 不断翻滚，洗净滤料原油等污染。待反冲洗完毕后，设备进入过滤状态，进入下一个工 作周期。 ，h 改性纤维球滤料基本性能 改性纤维球滤料是针对含聚含油污水处理研制开发的新型过滤材料 4 9 ，该种纤维 球由特种材料制成，改性纤维丝具有亲水憎油性，对油及悬浮物吸附能力强，反洗再生 能力好，即使在原油中长时间浸泡，也能利用常温水短时间内清洗干净。 改性纤维球滤料的纤维丝具有丝径细、比表面积大的特点，具有良好的弹性。运 行时受滤科自重、工作压力和上层截污的影响，滤层孔隙沿水流方向逐渐变小，形成了 理想的上疏下密的滤层分布状态，增强了截污能力，更有利于油及悬浮物的去除。同时， 纤维球滤科采用新型处理及结扎方式，以及对过滤器结构的改进，使纤维球强度更大、 更牢固，具有不跑料的优点。 g x g l 型改性纤维球过滤器技术参数 第四章解决含聚污水水质达标率的方法 表4 _ 9改性纤维球过滤器技术参数表 处理量m 仙 工作压力m p a 设计滤速m h 悬浮物去除率 水头损失m p a 滤前水质 1 2 0 2 4 0 污水温度 o 6 水洗强度l s m 2 1 6 3 0反洗时间m i n 8 5 9 8 冲洗水量比 0 o l t o 2 截污量k g m 3 含油2 0 0 m g l ，悬浮物一 3 0 m g l 5 8 0 8 1 0 3 0 3 5 6 2 5 ( 2 ) 喇嘛甸油田改性纤维球滤罐试验运行情况 喇嘛甸油田喇i i i 联合站现有g x g l 一3 2 0 0 型改性纤维球过滤器6 台，于2 0 0 5 年6 月1 4 日开始投产。 试验工艺流程： 来水一斜板除油罐一缓冲罐一升压泵一改性纤维球滤罐一外输 试验技术参数： 单罐处理能力：5 0 0 0 m 3 d 滤速：1 6 3 0 m h 滤前水质：含油量1 5 0 m g 几 悬浮物含量。 3 0 m g l 滤后水质： 含油量3 0 o m g l 悬浮物含量5 m g l 粒径中值2 0 i i m 反冲洗周期： 1 2 h 反冲洗时问：1 5 3 钿i n 试验数据分析 a 滤罐来水水质较好情况下试验效果 该试验于7 月1 7 日8 月1 日计划开始试验，来水水质较好( 来水含油 1 5 0 m g l ) ， 处理量在1 0 0 0 0 m 3 d 左右。按额定处理量组织生产，投用2 套设备生产，反冲洗周期为 1 2 小时，反冲洗历时2 4 分钟，单套设备反洗水量3 5 m 3 。试验出水含油在5 2 5 m g l ， 出水悬浮物含量 4 m g l ，出水含油基本达到试验要求，悬浮物含量达标，数据曲线见图 4 7 。 大庆石油学院硕士研究生学位论文 、加 罢 霉 髓1 0 哟 o 3 加 3 趔 霹 震 钿 巨至匦蔓硇 气 r丫 v 1 l l 。 专，k- 4 k ， 丫 、 、 oj v 1 r yyl _ rt 时间 图4