油田采油污水回注处理技术回顾与展望

油田采油污水回注处理技术回顾与展望

尹珍勤 ,杜娇  ,闫磊

长庆油田分公司第一采油厂吴堡作业区，陕西 延安 717504

摘要：油田开发中后期后，油藏压力下降很大，注水是维持油藏压力的重要手段。原油脱水后，水中一般含有一定量的油、硫化物、有机酚、氰化物、细菌、固体颗粒以及破乳剂、絮凝剂、杀菌剂等化学物质。大量生产水排放，不仅造成环境污染，也浪费了宝贵的水资源。因此，处理后的采出水回注成为减少环境污染、保证油田可持续发展、提高油田经济效益的重要途径。在采油污水回注中，污水中的悬浮物和油是导致注水井和油层堵塞的两个重要因素，而悬浮物的去除往往伴随着除油过程，因此采油污水的除油已成为污水回注中的一个重要研究课题。

关键词：气浮选；乳化油；精细过滤；膜分离；

随着国家节能减排力度的加强，海洋平台污水排放标准将越发严格，污水回注处理将是今后海洋平台污水的唯一出路，首先分析了含油污水的性质，然后重点介绍了污水回注处理过程中常用的四种技术(气浮选分离技术、离心旋流分离技术、精细过滤技术及膜分离技术)及其原理，并介绍了他们最新的研究和应用情况，最后对今后含油污水回注处理技术的发展方向发表了个人的看法。

一、采油污水处理技术综述

1.隔油处理法。隔油处理法主要去除游离态和机械分散态油,靠自然上浮分离。常用的处理构筑物类型有平流式隔油池、平板式隔油池和斜板式隔油池等。(1)平流式隔油池(API)平流式隔油池处理过程通常是靠重力作用进行油水分离。合理的水力设计及污水停留时间是影响除油效率的两个重要因素。停留时间越长,除油效果越好。(2)平行斜板式隔油池(PPI)与波纹斜板式隔油池(CPI)与平流式隔油池相比,平行斜板式与波纹斜板式隔油池的不同之处在于分离槽中沿水流方向安装倾斜平行板或波纹倾斜板。这些隔板可有效地缩短油珠垂直上升距离,使油珠在斜板下表面聚集成较大的油滴,不仅增加了有效分离面积,而且也提高了整流效果。

2.气浮法。按照气泡产生的方法,可分为加压溶气气浮(DAF)、叶轮气浮(IAF)、曝气气浮、引风空气气浮和电解气浮等。气浮法常作为二级处理技术。为确保最佳除油效果必须结合絮凝法,对于去除胶态油与乳化油,DAF法中的化学处理步骤是非常重要的。

3.井下油水分离技术.近年来,出于环保和经济两方面的考虑,国外许多大的石油公司开发研究诸多高效油水分离设备以减少过高成本和处理采出水费用,如加拿大工程研究中心(C-FER)开发研究出井下油水分离系统:将水力旋流分离器与经过改进的多流井下泵送系统配套使用,完成产油、油水分离及实现采出水同井回注。这项新技术在加拿大东部艾伯塔省阿莱恩斯油田得到良好的应用。

4.三相旋流分离器技术气-液、固-液、液-液两相旋流分离器目前已成功用于国内油田采出液和污水处理工艺中。由于采油污水中往往存在悬浮固相、油和水相,两相旋流分离只能对其中一种分散相(含量少的相)与连续相进行相间分离,要同时实现多种分散相的分离,必须串联不同种类的旋流器才能完成,这样不仅工艺流程延长,而且加大了能耗,不利于旋流分离技术的系统应用。对于油田含油污水而言,污水中悬浮固相和含油量往往都很高,单一的液-液旋流器可以明显减低污水含油量,但对悬浮固相的去除率几乎为零。对于这种对象的完全选择性分离设备,简单的设备组合设计,只会从技术上加大后续处理设备的工艺难度,增加污水处理工程的设备量,而不能保证处理水质稳定达标。

二、含油废水回注处理技术研究新进展

1.气浮选技术。气浮选技术基本原理是在含油污水中通入大量微小气泡，并利用其作为载体与污水中的油珠和悬浮絮粒相互粘附，形成整体密度小于水的浮体上浮至水面，使污水中的油珠和悬浮状等物质与污水分离，达到净化污水的目的。在污水处理中，根据水中形成气泡的方式的不同可将气浮法分为四种类型，即溶气气浮法，诱导气浮法、电解气浮法和化学气浮法。采用二级串联电气浮技术来处理油田污水，并对前置预处理、一级自然电气浮、二级自然电气浮和絮凝剂及其投加方法对处理效果的影响进行了研究，取得电气浮处理技术的主要影响因素，并在安徽油田欧北联合站进行现场试验，发现二级电气浮出口污水中含油量低于20 mg/L，基本达到该油田的注水水质标准；另外电气浮技术还有很好的杀菌消毒作用。利用溶气浮选技术对河南油田下二门联合站分离器出口污水进行处理研究，发现：(1)气浮选技术处理联合站三相分离器出口污水具有明显效果，污水含油可由1000±300 mg/L降至30 mg/L以下。(2)气浮选技术用于去除污水中悬浮物时，须有药剂配合方可显出效果。(3)提高溶气量并不能改善原油和悬浮物的浮选效果，反倒提高了处理水中的含氧量，说明溶气量有一临界值。采用抚顺石油化工研究院开发的一种新型叶轮气浮设备对中石化炼油事业部污水处理厂的污水进行了试验研究，发现叶轮气浮机可以达到与溶气浮选池相近的除油和除COD效果。与溶气浮选池相比，叶轮气浮机采用低能耗的自引式气液混合机作为微气泡发生器，并且不需要溶气回流水，停留时间短，具有能耗低、占地小，结构简单、操作与维护方便等特点，可以作为溶气浮选的替代技术。

2.离心旋流分离技术。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、油和污水的密度不同，受到的离心力也不同。密度大的受到较大离心力作用被甩向外侧，密度小的废水则留在内侧，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，这样就达到了油水分离的目的。液-液分离器是基于固液分离旋流器发展而来的。其始于1967年英格兰海南岸的“Torrey Canyon”油轮遇难事件，其分离技术目前主要呈现出两个研究发展趋势：一是以英国Southamp ton大学为代表的静态旋流分离技术；二是以法国TOTALCEP和NEYRTEC为代表的动态旋流分离技术。在静态旋流分离方面,英国Sou thamp ton大学的研究人员主要以含油污水的旋流净化为对象，在A型旋流管的基础上不断改进，先后推出了B、C、D、E直到1985年发展出了F型旋流管，单管条件下的临界粒径为60μm，两管串联时的临界粒径为40μm，三管串联时的临界粒径为30μm。继F型旋流管之后，他们又通过对液滴粒径分布、油水密度差等介质特性参数，压力比、处理量等工况参数及入口截面、特征直径、长径比、几何形状等结构参数的优选研究，相继发展出了G型和K型旋流管。G型旋流管的结构更简单、分离能力更强、操作弹性也更大。而K型旋流管在结构上采用了全新的几何形状，进一步在高效与低阻方面取得新的突破，

三、前景展望

井下油水分离系统(DOWS)具有节能、节支、增产、增储和有利于环保等五大优点,目前处于高速发展阶段。加拿大、美国和挪威正在积极开展试验研究。我国已开始进行这方面的前期研究。国内在水力旋流分离器和重力分离器单项技术方面已取得多项研究成果,在不少油田有过成功应用的经验,目前重点和难点是井下泵及配套工具的研究。随着人们对该项技术认识的加深,研究步伐会随之大大加快。完全可以相信:三相旋流分离技术诱人的技术势,会强烈地激发人们对它足够的重视,并努力完成技术的商业化进程。膜分离技术具有精度高、易实现自控化的优点,但限于现行工艺和资金原因,目前大型工业化规模使用的条件还不成熟。随着国内外对膜法处理油田采出水的研究的重视和深入,以及膜材料的不断更新,膜成本的逐渐降低,膜分离技术用于油田采出水的处理将成为未来的重要发展方向。

总之，无论是何种分离技术，其都不是万能的，不同的分离技术适用于不同的含油污水水质情况，只有将几种技术有机结合、取长补短，合理运用才能使得这些技术发挥最大的效果。因此，开发出多种组合工艺及多功能集成的一体化设备，集高效、经济、简单易用等特点于一体的小型采油废水处理装置将在区块采油开发中发挥重要作用。

参考文献：

[1]任杰．浅谈油田采油污水回注处理技术回顾与展望.2020.