一種油田採出水脫鹽處理集成裝置的製作方法
2023-05-25 08:13:31
專利名稱：一種油田採出水脫鹽處理集成裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及油氣田環境保護技術研究領域，特別涉及油田採出水處理，是一種實現採出水脫鹽處理的專用配套設備。
背景技術：
目前，隨著油氣田開發的不斷深入，採出液含水率不斷上升，在滿足油氣田生產注採平衡對水量的要求下，剩餘汙水量也不斷增多。關於這部分採出水的處置，國內外大部分是採用達標外排的方式進行處置，近年來，油氣田也開始將該剩餘採出水進行深度處理後回用於高壓注汽鍋爐。要真正實現採出水回用注汽鍋爐，則需要全面去除採出水中的石油類、有機物和懸浮物的含量，同時還要去除水中二氧化矽、鈣鎂等無機鹽。針對這一情況，國內外先後開展了關於稠油汙水回用注汽鍋爐的處理工藝研究，並實現了工程應用。
國內將稠油汙水進行有效處理後回用注汽鍋爐的油田，有遼河油田、新疆油田和勝利油田等。遼河油田稠油汙水處理與回用工程採用的工藝流程是沉降隔油一浮選一混凝除矽一二級過濾一陰陽離子交換，該組合工藝能達到處理後的水中石油類小於1.0mg/L以下，二氧化矽含量低於80mg/L，懸浮物含量低於2.0mg/L。新疆油田稠油汙水處理與回用工程採用的工藝流程是沉降隔油一石灰法水質改性一二級介質過濾一陰陽離子交換，處理後的水質滿足加熱鍋爐用水水質要求。國內也有採用膜技術用於油田採出水處理的試驗研究，有關此類研究均集中在採用氣浮一多級介質過濾一膜過濾組合工藝來實現石油類及懸浮物的高效去除和過濾精度的提高，達到滿足低滲透地層注水水質要求。還有將浮選一介質過濾一生化法來處理油田外排採出水，降低外排水中的有機汙染物含量。針對油田採出水採用超濾一反滲透組合工藝進行脫鹽處理後回用於工業用水的研究還未見報導。
國外油田也建立了一定數量的採出水處理與回用鍋爐的示範工程，如加拿大冷湖油田、吉利油田採用誘導式氣浮選和過濾工藝去除採出水中非溶解性油和懸浮固體。然後採用熱石灰軟化系統，主要去除硬
度和二氧化矽。採用兩級弱酸離子交換器串聯將剩餘硬度降到lmg/L以內。2001年，美國Bakersfield油田採出水進行了研究，採用了沉降曝氣一微濾一超濾一納濾一二級反滲透工藝，出水水質可以達到鍋爐用水水質標準。但是該工藝多達五級膜處理，工藝流程較長；並且採用的微濾膜僅三個星期就需要更換一次，投資成本和運行成本均較高。這些工藝要求來水中有機汙染物、懸浮物、細菌、結垢離子等物質含量非常低，目前還沒有能同時徹底去除這些汙染物質的工藝。
通過膜技術在油田採出水處理方面的研究及應用結果分析，膜單元的進水汙染負荷明顯偏高，來水水質不穩定，大大加大了膜的汙染速率，影響了膜單元的運行穩定。
實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種油田採出水脫鹽處理集成裝置，將油田採出水進行深度處理，實現對採出水的隔油、混凝除矽、生物接觸氧化、多級介質過濾、殺菌、膜過濾和反滲透脫鹽處理，使之成為回用於工業循環水和其他用水。
本實用新型採用的技術方案是油田採出水脫鹽處理集成裝置，主要由多段混合反應塔、生化處理罐、紫外殺菌器、雙袋保安過濾器和反滲透裝置組成，其特徵在於多段混合反應塔、斜板沉降池、鼓風噴淋冷卻塔、生化處理罐、多介質過濾器、活性碳過濾器、紫外殺菌器、緩衝罐A、雙袋保安過濾器、超濾裝置、緩衝罐B和反滲透裝置由
4管線和閥門依次連接而成。在多段混合反應塔的進水管上連接有提升泵，能把採出水泵入多段混合反應塔。在多段混合反應塔有加藥管線，能把化學處理藥劑加入多段混合反應塔內。在鼓風噴淋冷卻塔與生化處理罐之間的管線上有提升泵；在生化處理罐與多介質過濾器之間的
管線上有提升泵。在多段混合反應塔、斜板沉降池和生化處理罐的底
部有排泥管線；超濾裝置和反滲透裝置的濃液排放口連接有排放管，能把反衝洗的濃液排放出去。
所述的多段混合反應塔的塔身為立式圓柱形，塔身的下部有進水管，採出水能通過進水管進入多段混合反應塔的底部。塔身底部有排泥管，通過能把塔身內沉澱的汙泥排出。塔身內部有三層隔板將塔身內部分為四個反應室，在每層隔板上分別有噴嘴，四個反應室連通。加藥管插入噴嘴內，加藥管端部有微孔，化學處理藥劑通過微孔加入被處理的採出水中。
採出水經過提升泵，由進水管進入多段混合反應塔內，在上升過程中經過噴嘴突然加速，並夾帶藥劑一起噴射出去，在上一層反應室形成紊流，藥劑得到分散，並與採出水進行充分反應。多段混合反應塔有三層隔板和三個加藥管，利用三個加藥管分別投入除矽劑、混凝劑、絮凝劑。水由多段混合反應塔l上部流出。
根據油田採出水物化特性和雜質組成，油田採出水脫鹽處理集成裝置採用除油和除矽的工藝、生物氧化、介質過濾、殺菌技術和膜技術。混凝除矽工藝採用的是多段混合反應塔1來實現藥劑的分段投加、延時反應，不僅省去了攪拌混合系統，減小了動力消耗，還實現了分時段加藥，混凝效果得到了較大提高。能將水中二氧化矽的含量降低到30mg/L，明顯優於常規鈣鎂除矽劑。採用懸浮填料生物接觸氧化處理工藝，提高了氧的傳質效率，有機汙染物的降解效率也得到了提高;採用了改性聚丙烯腈超濾膜，具有極強的親水性，大大提高了抗油汙染能力。
油田採出水脫鹽處理集成裝置處理能力為200L/h的成套小試模擬 裝置，並開展了 5個月的現場小試模擬試驗，小試模擬試驗取得了成 功，各單元處理效果均達到設計要求，膜的汙染得到了有效控制，化 學清洗周期約20天，整個工藝運行穩定，能實現油田採出水的脫鹽處 理，出水水質完全達到工業循環用水和鍋爐補給水的水質標準。
本實用新型的有益效果本實用新型取得了以下幾個方面的效果
採用混合反應塔可實現三段加藥反應，具有混合效果好、反應較 為完全等優點，並省去了混合攪拌設備，大大節省了動力消耗和設備 投資。
採用懸浮填料的生物接觸氧化工藝處理高鹽採出水，出水中COD 含量達到40 70mg/L，石油類含量低於3mg/L，達到了汙水綜合排放 標準的一級標準。
多介質過濾與活性碳過濾組成的二級過濾，能使出水中石油類低於 lmg/L， SS低於lmg/L，濁度低於2NTU，出水水質滿足碎屑巖油藏注水 水質推薦指標(SY/T5329-94)的Bl標準。
採用的改性聚丙烯腈超濾膜材料，具有很強的親水性，耐油汙染能 力顯著增強，能有效地應用在油田採出水的回用處理中。採用該超濾 單元做反滲透單元具有較好穩定性和適用性。
採出水脫鹽處理成套集成裝置出水能滿足再生利用工業用水水質 標準，為油田採出水回用開拓了新的途徑，不僅可緩解區域水資源緊 張，而且也為建立區域水資源循環經濟模式提供技術支持。
圖1是本實用新型油田採出水脫鹽處理集成裝置結構示意圖。 圖2是多段混合反應塔結構剖面示意圖。圖3是圖2的B-B剖視圖。 圖4是圖2的A-A剖視圖。
其中，l.多段混合反應塔，2.斜板沉降池，3.鼓風噴淋冷卻塔，4. 生化處理罐，5.多介質過濾器，6.活性碳過濾器，7.紫外殺菌器，8. 緩衝罐A， 9.雙袋保安過濾器，IO.超濾裝置，ll.緩衝罐B， 12.反滲 透裝置，13.排泥管，14.進水管，15.排空管，16.噴嘴，17.加藥管線， 18.， 19.隔板，20.反應室，21.人孔。
具體實施方式
實施例l:參閱圖l。本實用新型油田採出水脫鹽處理集成裝置，
多段混合反應塔l、斜板沉降池2、鼓風噴淋冷卻塔3、生化處理罐4、 多介質過濾器5、活性碳過濾器6、紫外殺菌器7、緩衝罐A8、雙袋保 安過濾器9、超濾裝置IO、緩衝罐B11和反滲透裝置12由管線和閥門 依次連接而成。除多段混合反應塔1夕卜，本領域的技術人員對這些裝 置比較熟悉，不詳細描述。
參閱圖2。多段混合反應塔l的塔身為立式圓柱形，直徑約800毫 米。高度3500毫米。塔身的下部有進水管14，採出水能通過進水管 14進入多段混合反應塔1的底部。塔身底部有排泥管13，通過能把塔 身內沉澱的汙泥排出。塔身內部有三層隔板19將塔身內部分為四個反 應室20，兩層隔板19之間的距離為1000毫米。在每層隔板19上分別 有噴嘴16，四個反應室20通過噴嘴16連通。噴嘴16的結構是彎頭狀， 並且噴嘴16的端部是圓錐形管，使得出水口逐漸縮小。噴嘴16加藥 管17插入噴嘴16內，加藥管17端部有微孔18，化學處理藥劑通過微 孔18均勻加入被處理的採出水中。在塔身上對應四個反應室20，分別 有人孔21，人孔21方便清理塔身內部。在塔身上有3個排空管15， 3 個排空管15的位置分別在隔板19的上部，距離隔板19大約50毫米。
7排空管15的作用是在塔體檢修時放空裝置內的介質。
參閱圖1。在多段混合反應塔1的進水管14上連接有提升泵，能
把採出水泵入多段混合反應塔1。在多段混合反應塔1有加藥管線17， 能把化學處理藥劑加入多段混合反應塔1內。在鼓風噴f冷卻塔3與 生化處理罐4之間的管線上有提升泵；在生化處理罐4與多介質過濾 器5之間的管線上有提升泵。在多段混合反應塔1、斜板沉降池2和生 化處理罐4的底部有排泥管線；超濾裝置10和反滲透裝置12的濃液 排放口連接有排放管，能把反衝洗的濃液排放出去。
採用多段混合反應塔1與斜板沉降池2的組合來完成二氧化矽、 石油類和部分懸浮物的去除。多段混合反應塔l無動力攪拌、3點延時 加藥的混合反應，提高了混合反應速率。通過鼓風噴淋冷卻塔3來降 低汙水中硫化物的含量，並降低進入生化處理罐4的汙水水溫；再通 過添加懸浮填料的厭氧一好氧接觸氧化對水中有機汙染物進行有效去 除；緊接著採用多介質過濾器5和活性碳過濾器6對汙水中的懸浮物 和部分有機物進一步進行去除，使得處理後的汙水水質滿足超濾膜進 水水質要求。進入超濾裝置10之前採用紫外殺菌技術7去除汙水中微 生物和藻類物質進行，並加入阻垢劑，防止汙水中的結垢離子在膜表 面發生結垢反應。超濾單元之前有緩衝設施8和雙袋保安過濾器9超 濾膜單元可以去除水中大部分膠體物質、懸浮物和部分有機汙染物， 對反滲透脫鹽單元的起到了良好的保安作用，出水膜汙染指數值低於 3，為反滲透脫鹽單元的平穩運行提供了保障。超濾出水先進入緩衝罐 11，再進入反滲透裝置12，該緩衝罐還起著了濃液循環緩衝作用。反 滲透脫鹽單元採用的是低壓脫鹽，脫鹽率在90%左右，水的回收率為 60%，出水水質滿足再生利用工業用水水質標準(包括冷卻用水、洗 滌用水、鍋爐用水和工藝用水)，為建立油田採出水區域循環經濟模式 提供了技術支持。2006年3月在某油田完成了 200L/h的油田採出水脫鹽處理集成裝 置現場小試模擬試驗，試驗取得了圓滿成功，採出水脫鹽率達到90%， 產出水回收率達70%，運行成本在4. 5元/ m3。 2007年在開展了油田 採出水脫鹽處理集成裝置集成工藝的中試試驗研究，建立了處理能力 為10.5mVh的油田採出水脫鹽處理集成工藝試驗示範工程，運行結果
表面該油田採出水脫鹽處理集成裝置方案具有較好的實用效果，各 處理單元出水水質均可滿足後續單元的進水要求，確保了整套裝置的 長時間穩定運行。在進水水質波動幅度較大的情況下，過濾單元之前 的預處理單元處理效果會出現波動，單介質過濾和膜過濾出水水質依 然穩定。整體來看，油田採出水脫鹽處理集成裝置的工藝流程具有較 強的耐衝擊負荷能力。超濾和反滲透單元運行正常，出水水質較好， 裝置末端出水水質優良，完全達到鍋爐回用水水質要求，證明了膜過 濾技術在油田採出水處理與回用中是完全可行，基本滿足工業應用的 標準。
油田採出水脫鹽處理集成裝置集成工藝能為冀東油田採出水回用 於曹妃甸工業區用水、大港油田剩餘採出水用於周邊電廠循環用水提 供技術支持。如果將反滲透產出水直接回用於工業生產，直接運行費 用為6.36元/m3，回用11113的產出水產生的直接經濟效益為1. 57元/m3。
同時，用油田採出水脫鹽處理集成裝置處理，可大大減小了採出水的 回注量，降低由於注水帶來的油田開採液含水率升高的影響，其產生 的間接經濟效益是不可估量。油田採出水脫鹽處理集成裝置對油田水 源貧乏地區，具有良好的市場前景，利用深度處理後的油田採出水緩 解當地用水短缺問題。
權利要求1、一種油田採出水脫鹽處理集成裝置，主要由多段混合反應塔(1)、生化處理罐(4)、紫外殺菌器(7)、雙袋保安過濾器(9)和反滲透裝置(12)組成，其特徵在於多段混合反應塔(1)、斜板沉降池(2)、鼓風噴淋冷卻塔(3)、生化處理罐(4)、多介質過濾器(5)、活性碳過濾器(6)、紫外殺菌器(7)、緩衝罐A(8)、雙袋保安過濾器(9)、超濾裝置(10)、緩衝罐B(11)和反滲透裝置(12)由管線和閥門依次連接而成，在多段混合反應塔(1)的進水管(14)上連接有提升泵，在多段混合反應塔(1)有加藥管線(17)，在鼓風噴淋冷卻塔(3)與生化處理罐(4)之間的管線上有提升泵；在生化處理罐(4)與多介質過濾器(5)之間的管線上有提升泵，在多段混合反應塔(1)、斜板沉降池(2)和生化處理罐(4)的底部有排泥管線；超濾裝置(10)和反滲透裝置(12)的濃液排放口連接有排放管。
2、 根據權利要求1所述的油田採出水脫鹽處理集成裝置，其特徵 是所述的多段混合反應塔(l)的塔身為立式圓柱形，塔身的下部有進 水管(14)，塔身底部有排泥管(13)，塔身內部有三層隔板(19)將塔身 內部分為四個反應室(20)，在每層隔板(19)上分別有噴嘴(16)，噴嘴 (16)將四個反應室(20)連通，加藥管(17)插入噴嘴(16)內，加藥管(17) 端部有微孔(18)。
3、 根據權利要求2所述的油田採出水脫鹽處理集成裝置，其特徵 是所述的噴嘴(16)的結構是彎頭狀，並且噴嘴(16)的端部是圓錐形 管。
專利摘要油田採出水脫鹽處理集成裝置，應用於油田採出水處理。特徵是多段混合反應塔、斜板沉降池、鼓風噴淋冷卻塔、生化處理罐、多介質過濾器、活性炭過濾器、紫外殺菌器、緩衝罐A、雙袋保安過濾器、超濾裝置、緩衝罐B和反滲透裝置由管線和閥門依次連接而成。在多段混合反應塔有加藥管線。在鼓風噴淋冷卻塔與生化處理罐之間的管線上有提升泵；在生化處理罐與多介質過濾器之間的管線上有提升泵。效果是分三段加藥，具有混合好、反應完全等優點；出水中COD含量達到40～70mg/L，石油類含量低於3mg/L。處理後的出水能滿足再生利用工業用水水質標準，為油田採出水回用開拓了新的途徑。
文檔編號C02F9/14GK201292300SQ200820123389
公開日2009年8月19日 申請日期2008年11月7日 優先權日2008年11月7日
發明者劉光全, 吳百春, 張曉飛, 婷 李, 臻 羅, 毓 許, 謝水祥, 皓 鄧 申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油集團安全環保技術研究院