油田污水处理研究

●26●过滤与分离Jourmal of Filtration & Separation2010 Vol.20 No.2油田污水处理研究李静',祁万军",吉庆林3(1.中国石油工程设计有限责任公司北京分公司,北京10083;2.中海 油能源发展股份有限公司,天津300450;3.中国石油大学(华东),山东东营257061)摘要:分析了 油田污水的特殊性质 ,总结 了其常规处理工艺及相关装置,重点分析 了过滤技术在油田污水处理方面的重要性,并比较了常用过滤介质的性能特点。通过试验分析了油含量和聚合物含量对污水过滤处理的影响,指出了油田污水处理的难度所在。关键词:油田污水;过滤;聚合物;中團分类号:TE992文献标识码:A文章编号: 1005- 8265/2010)02-0026-04目前，对油田含油污水的精细处理已经成为热门(3)水中含有SO子。硫酸盐容易滋生细菌,细菌大课题,特别随着国内外各油田进入中后开采期,注水开量繁殖不仅腐蚀管线,而且还会造成地层严重堵塞;发方式被普遍采用，同时为了提高采收率油田助剂也(4)含有大量成垢离子。含有大量的HCO3、Ca?*、被大量使用,致使油田采出液含水量不断增加、成分更Mg”°等成垢离子,容易在管道及容器内结垢;加复杂,特别是随着聚合物驱油技术的8益成熟，采出(5)悬浮物含量高。悬浮物含量高,颗粒微小，容易水中所含的高分子聚合物使得污水处理难度进一-步加造成地层堵;大。为了增加经济效益和达到环保要求,油田采出水通(6)含高分子聚合物。使污水水质恶化，净化难度常经过多道处理工序后用于回注，如果处理不达标就加大。回注,将导致管线腐蚀结垢、渗油口堵塞、注水压力升2油田采出水常规处理方式1-4高等一系列问题,特别是某些低渗透和特低透渗油田,对回注水含油量要求小于5 ppm,悬浮物粒径要小于1目前国内油田采用的污水处理技术一般包括:重μm,悬浮物浓度要小于1 ppm。回注前对含油污水的力沉降技术、粗粒化技术、气浮技术、过滤技术等。重力处理涉及悬浮杂质、防垢、防蚀、杀菌和隔氧等多个方沉降的处理效果完全依赖于污水中各成分的重力差以面,其中,最难处理的是悬浮杂质，包括浮油、分散油、及化学药剂的效果,设备占地面积大;粗粒化技术处理效果的好坏依赖于粗粒化材料的聚结性能，聚结性能乳化油、悬浮固体、聚合物等。好的粗粒化材料能使细小油珠变为大油珠，从而使得1油田采出水性质除油更容易;气浮技术在油田含油污水处理中的应用油田采出水成分复杂,是一一种以水为主体,集固体主要是密闭加压溶气气浮技术,常用气源为天然气,氮杂质、油类等悬浮体、溶解气、盐类和一些有机物为一气也有所应用。 此外,膜分离技术、井下油水分离技术、体的复杂混合物,一般含油量高、悬浮物高、矿化度高。三相旋流分离技术等也是目前油田污水处理技术中的通过对国内主要油田污水水样进行分析，发现具有如研究热点。.下特点:2.1自然除油+混凝除油+过滤流程(三段流程)(1)矿化度高。高矿化度会加速腐蚀,并给污水生自然除油阶段利用重力进行油水分离，去除浮油;化处理带来困难;混凝阶段进-步去除浮油和部分乳化油;经过这两个(2)含油量高。高含油量的污水,回注容易堵塞地阶段后污水中含油量较低,可以进行过滤操作,在过滤层,外排会造成油污染;阶段主要去除污水中的悬浮物和微量油类。收稿日期:2000 04-28作者简介:李静(1983-),女,硕士,E-mail:1jing19840415@163.com.2010 Vol.20 No.2过滤与分离Jourmal of Filtration & Separation●27●该流程形成于油田开发初期,其特点是适应性强,技术具有处理精度高、运行成本较低、占地面积小、结废水含油量变化幅度较大时，一般也能满足回注所需构紧凑 、消耗小、容易实现生产的自动化操作和连续化水质的要求,但该流程所需的构筑物比较多。后来形成操作等优点，而且对油田污水中的悬浮物处理效果很的不同处理流程,都是在此基础上完善、发展起来的。好，因而一直是油田采用的污水深度处理技术和研究2.2混凝除油+过滤流程(两段流程)热点,随着理论水平和硬件设备的不断完善,过滤技术随着混凝技术的提高，利用高质量的破乳剂可将取得了长足进步。经过一次混凝除油处理后的污水含油量控制100 ppm过滤技术作为油田含油污水处理的重要手段,在以下,于是对原来的三段流程进行简化，形成了二段处油 田的污水净化处理中应用非常广泛，我国油田应用理工艺,构筑物的投资仅为原来的3/4。同时处理技术最早、最多的是石英砂过滤器,目前应用较广泛的还有和设备的更新也使该流程更加实用，如无阀滤池技术双层滤料过滤器多层滤料过滤器、双向流过滤器和核与单阀滤罐的引进,使得滤罐可以自动反冲洗,减轻了桃壳过滤器等,大多为压力式。针对低渗透油田对回注操作工人的劳动强度,节约了反冲洗泵和反冲洗罐。水水质的更高要求，近年来在国内低渗透油田研究和2.3精细处理流程应用的是精细过滤器,主要涉及纤维球过滤器、微孔管对于低渗透油田,其回注水的水质要求更高,处理过滤器、中空纤维过滤器、滤芯过滤器等。国外油田常难度也更大。目前国内用于低渗透层油层回注水的处用过滤设备有单层滤料和多层滤料过滤器、双向流过理方法为:常规处理加“精细过滤”,即在三段式处理工滤器硅藻土过滤器和简式过滤器、陶瓷膜过滤器、高艺之后再加一套精细处理装置。精度滤芯过滤器和双层滤芯过滤器等。2.3.1水力旋流-精细过滤流程3.1 过滤方法当污水中油与水的密度相差较大时，即所含油分3.1.1深层过滤中轻质油含量较高时，可采用水力旋流加精细过滤工深层过滤是- -种常规过滤技术，其过滤介质是多艺流程,见图1。水力旋流器在分离密度差较大的混合孔性颗粒或纤维滤料 ,其过滤原理是:料浆在压力的推物时处理效果好。动下通过滤料，料浆中的固体悬浮物被截留在滤料之自然水力压力核桃间的孔隙之中。目前油田使用最为广泛的深层过滤器污水除油旋流过滤有石英砂过滤器、核桃壳过滤器、无烟煤石英砂双层复麓器合滤料过滤器等。经过这些过滤器处理后的出水水质一般可达到中高渗透油田的注水要求(B级或C级标回注水双键料过键器或改性纤维球过滤器准),原水水质较好的少数情况可以达到A级标准。可图1水力旋流-精细过滤流程见其处理精度不是很高，目前油田通常用作精细过滤2.3.2气浮浮选-精细过滤流程的预处理技术。当油田回注水中油与水的密度相差较大时，还可3.1.2 微孔过滤以采用气浮浮选处理加精细过滤工艺流程,其原理见微孔过滤是- -种较为精细的过滤手段，其过滤原图2。理是在压力的推动下是料浆穿过过滤介质，并依靠这回种过滤介质的拦截作用实现过滤。可以看出这种处理行I气浮水t罐选机滤器维球过→注方法对滤材的要求极高，通常要求滤材上分布有均匀水的微孔,孔径在2.5~-250 μm。这种过滤方法可去除粒三段常规流程精细过滤段径为0.5~5 μm的颗粒。滤材常采用烧结滤管,材料有陶瓷、玻璃砂、聚乙烯等。因此。这种过滤方法一般用作图2气浮浮选-精细过滤流程超滤过滤的强化预处理手段。3过滤技术在油田污水处理中的应用3.1.3预涂过滤:从上节污水处理的各种流程中可以看出，无论采预涂过滤器的核心元件是管式过滤器材或板框式用何种流程,过滤都是最后的关键步骤。这是因为过滤滤器材。其过滤原理是过滤之前将预涂剂均匀分布在●28.过滤与分离Joumnal of Filtration & Separation2010 Vol.20 No.2过滤元件上，这样便生成新的过滤介质，预涂剂的质粒非刚性,易变形,颗粒之间及颗粒与过滤介质之间粘量预涂的操作参数对过滤效果的好坏影响重大,通常性大的难滤物料，并且以其过滤精度高、化学性能稳需要大量实验研究以作为工程参考。一个过滤周期后定、无毒、无害、耐腐蚀抗压强度好等优点引起人们的需要对过滤介质进行反冲洗，反冲洗时预涂剂被洗掉,广泛关注且在众多行业被广泛应用。并形成废渣,需要集中处理。一-般预徐过滤器对固体悬本文采用相同精度(10 μm)的三种滤芯进行过滤浮物的过滤效果较高。对比试验。过滤料浆成分为:油含量100ppm、固体悬3.2过滤介质凹浮物含量100 ppm;过滤速度均为0.917 m/h。试验结含油污水水质复杂,其中含有悬浮固体、菌体、浮果如图3所示。油、分散油、乳化油等杂质,不但影响过滤精度，而且由0.09于油与固体悬浮物的结合,使杂质的粘性变大，导致过0.07 I0.06 t滤介质极易被污染,难清洗,需要经常更换,大大提高j 0.04了操作难度和操作费用。如何在保证过滤精度的同时十金属丝网提高过滤介质的寿命和抗污染性,是过滤技术,尤其是一烧结毡精细过滤技术的关键和研究重点。0 102030405060 70采用精细过滤技术来处理回注水的效果很大程度过滤时间/min.上取决于过滤介质的特性，以下为油田污水处理工艺图3不同材料滤芯过滤性能对比图中常用的几种过滤介质。由图3可以看出:金属丝网、聚乙烯与烧结毡滤芯的过滤曲线都呈现相同的变化趋势，三条过滤压差趋3.2.1金属丝网烧结微孔过滤材料采用多层不锈钢编织丝网为原料，通过丝网叠层势线都明显分为两个区域,图中竖线左侧压差增长速复合压制和真空高温烧结等工艺方法制备而成，从而度明显大于竖线右侧。这是因为竖线左侧区域为深层使其强度和刚度等力学性能大大提高;具有多孔材料过滤控制区，在此期间发挥主要作用的是滤芯内部的较为理想的均匀孔隙分布和优异的流体渗透性能;有孔道结构，在过滤初期滤芯中的较细孔道很快被颗粒较高的分离效率和可靠的分离精度;再生性能优异,使或油污堵塞,压差增长较快。竖线右侧为滤饼过滤控制用寿命长。区,在此区域,滤芯状态已基本稳定,滤芯表层也已形除具有较高的分离效率和可靠的分离精度以外，成了均匀疏松的滤饼层,实现滤饼过滤,有效改善了过还具有优异的再生性能，从而极大地提高了分离材料滤特性,所以过滤压差平稳增长。的使用寿命，使得净化分离工艺过程的连续化与自动三种过滤介质的过滤压差随过滤时间延长均呈明化操作成为可能。显上升趋势，聚乙烯滤芯的增幅要略大于另外两种滤3.2.2烧结金属毡介质芯。这是因为在过滤的过程中,由于聚乙烯滤芯内的细用微米级不锈钢纤维烧结而成，分长纤维烧结和孔道的拦截及吸附作用，流过滤芯的细小颗粒被截留短纤维烧结两类。有两层多孔纤维(粗滤纤维层和精滤在介质的细小孔道中,导致了过滤阻力增加较快。而另纤维层),两层纤维滤层的两侧分别由支承金属网和保外两种滤芯主要靠机械拦截来滤除杂质，大的颗粒就护金属网夹持,耐压性得以提高,能在高温下过滤高粘被拦截下来而小颗粒就流过滤芯孔道进人滤后水,所度(数千至数万泊)聚合物;空隙率高达70%-90% ,异物以其过滤阻力较小。截留容量大(过滤寿命长);同时这种介质过滤精度高，3.3污水油含量对过滤的影响压力损失小,洗涤再生性能也很优越。油田污水难以净化，其重要原因就是油类物质的3.2.3聚乙烯烧结滤芯存在,油类分散于水中不仅增大了污水的粘度,使得过聚乙烯烧结滤芯是用超高分子量聚乙烯配以其他滤阻力增加，而且油类极易吸附在过滤介质的表面和辅助材料经高温烧结而成。在烧结过程中材料形成微内部孔隙中且难以脱离，使得过滤介质迅速失去过滤孔,控制烧结温度可得到不同孔径的滤管,适用于过滤能力且难以再生。为了研究油田污水中固含量对过滤不同的杂质。随着技术的不断完善，这种滤芯尤其适于效果的影响，本文进行了不同油含量的污水过滤对比处理固体颗粒在0.5~10.0 μm,或虽大于0.5 μm,但颗试验,污水中固体悬浮物含量为50ppm,油含量分别2010 VoL.20 No.2过滤与分离Jourmal of Filration & Separation●29●为0、50、100、300 ppm;试验所用过滤介质为金属丝网降 ,使整个污水净化过程难度大幅度增加。图5为污水滤芯(10 μm),过滤特性曲线见图4。聚合物含量对过滤效果影响试验图。0.18[从图5可以看出随着聚合物含量的增加，污水过0.1650.14滤压差增幅增加十分明显。0.12-目前虽然已有解决聚合物对油田污水水质影响的0.08成功案例，但没有得到大范围的推广。因此聚合物的处0.06←油含量0ppm理仍然需要大量研究。0.04士油含址50ppm-+油含量100ppm+油含量300ppm4结论1015 20过滤时间t/min随着科学技术的发展与进步，近年来油田污水的图4油含量影响试验曲线图治理工艺在不断改善,但从含油污水的处理流程上看，由图4可知，固含量相同,油含量增加会使过滤压主要采用老三套含油污水回注处理工艺，新型设备的差的增速大幅度增加,致使过滤特性恶化。油对过滤的不断引进使其处理效果不断改善;影响主要是由于粘附效应的存在，使有效滤饼难以形由于油田污水成分的特殊性，使其对过滤介质的成,过滤特性趋于恶化,造成过滤介质的污染,使被堵恶性影响远远超过常规料浆，过滤技术的提高和新型塞后的过滤介质难以冲洗干净。故油田采出水处理难过滤材料的研发对油田污水处理至关重要;度要远远大于一般性的液固分离难度。油田污水中的油类物质和高分子聚合物对精细过3.4聚合物含量对过滤的影响随着聚合物驱油技术规模的不断扩大，聚合物驱滤影响重大,如何解决这-问题尚需进-步研究。产出液也将大幅增加,并直接影响系统的油水处理。聚参考文献: .合物对油田污水0.1[1]邓秀英.油田采出水处理技术综述[办工业用水与废水,1999.水质的影响主要[2]陈进富油田采出水处理技术与进展[]环境工程,000.2.表现在大幅度增[3]陈文兵,张永齐.国内油田含油污水处理及展望[D太原理工加污水的粘度，大学学报,2001.7.从而导致污水除电0.04含聚丙烯酿肢25pm[4]程海鷹，张洁.梁利平.采油污水处理现状及及其深度处理技油、除固体悬浮0.02→含聚丙烯酰肢S0pm术[小.工业水处理2003.8.物效果大大降[5]康勇,罗茜.液体过滤与过滤介质[M].北京:化工工业出版社，0 20402008.低，同时过滤速过滤时间/min度也大幅度下图5聚合物含量影响试验曲线图Research on the Treatment of Waste Water in Oilfieldu Jing' ,QI Wan-jun2 ,JI Qing-lin'(1. China Petoleurm Engineering CO.,LTD Beijing Branch, Bejig 10083,China;2. CN0OC 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 usual treatment used in oilfield was summarized in this paper. Theimportance of filtration technology applied in the waste water disposal in oilfeld was selective analysis, and the performance of usual filtermedium is also compared. Through the analysis of oil content and polymer content efect on the waste water tesl, indicated existing dificul-ties in the waste water disposal in oilfield.Key words:waste water in oilfield; fitration;polymer