油田采出水处理新技术与新工艺


    油田采出水是指油 田开采过程中从采出液中脱出的含油污水 。其中含有大量的悬浮杂质和溶解杂质( 各种气体和盐类) 0 ] 。我国陆上油 田经过几十年的开采. 大部分已经进入高含水后期开采阶段 , 采出液含水率已超过 7 0 %,部分油田甚至在 9 0 %以上晗 ] 。  在对油 田采出水的处理上 ,原有老三套处理工艺技 术单一 。 并且缺乏深度处理工艺 , 存 在成本高 、 效率 低 、 管理水平低等问题。 如何高效 、 低成本 、 环保地处 理油田采 出水 以使其达到回注和外排的标准 ,已经成为各大油田企业面临的重大课题。 

     1   油田采出水处理新技术与新工艺
1 . 1 水 力旋流技 术
水力旋流技术~ 3 - 6 3 是指含油污水在压力下以高速沿切向进入圆筒的器壁,在圆筒内形成高速旋转的运动。 由于油的密度比周围的水小, 因此在高速旋转产生的离心力下油聚集于旋流中央 , 而水在外圈 ,从而实现油水分离的技术。 

     美 国德克 萨斯州西部的 P e r m i a n   B a s i n油 田将 水力旋流器引入处理流程。替代传统的隔油与浮选单元, 可以将硬度为 2   0 0 0   m g / L 、 硫化物为 5 0 0   m g / L 、 T DS为 1 0   0 0 0   mg / L、油质量浓度为 2 0 0   mg / L的采出水处理为蒸汽锅炉用水。其工艺流程见图 1 。 

    王尊策等㈣用 自行研制的动态水力旋流器分别 对大庆第一采油厂聚中一联合站和 5 0 3中转站采出 水进行了室内与现场试验, 结果表明, 样机能将油水混合液中油的质量浓度从 1 . 0 o 一 1 . 8 0   g / L降至0 . 0 2  g / L左右, 油水分离效率达 9 5 %。 

1 . 2 射流气浮( 喷射 气浮) 技术
射流气浮技术是利用射流泵在射流器前后产生 负压, 吸气后产生微气泡, 微气泡携带油滴、 悬浮物上浮至水面 , 实现净化水的技术[ 7 ] 。 影响其处理效果 的因素主要包括: 生成气泡的直径和分布: 气泡与油类和杂质的结合。

  喷流气浮装置是一种新型的除油技术设备 . 在华北油 田两个污水处理站现场 的应用结果表 明C 8 ) ,其运行稳定可靠,提高了生产效率 ,除油效率达8 5 % , 悬浮物去除率可达 7 6 %左右 , 且性能稳定 、 成本低 , 操作安全 、 适应范围广。 

1 . 3 超声波技术
     超声波是一种机械波, 它在介质 中传播时 , 具有机械作用、 空化作用和热作用。其中, 机械振动对油和水等介质产生凝聚、 破乳、 释气等作用, 随着油滴和水滴的位移振动, 使小油珠和小水珠凝聚成大的油珠和水珠。因油和水的重力差异 , 大水滴迅速下沉, 油珠上浮 , 从而达到油水破乳分离。另外 , 超声波可使油水界面张力降低 , 对破乳有利。 

    超声波的强烈空化作用能够粉碎注人水 中的机械杂质, 降低固体颗粒的粒径, 从而改善水质。研究表明。 注入水经超声波处理后. 悬浮物总体含量降低, 小粒径的悬浮物比例增加, 水的界面张力下降, 腐生菌数减少, 还原菌数不变, 总含铁量和含油量降低 , 水质向有利于注水方向转化。 

     在室内试验的基础上, 利用超声波可改善注入水水质的特性 , 进行了超声波增注现场试验 , 现场数据表明, 经过超声波处理后 , 注水井的吸水指数明显 增大 。

  超声降解技术要实现工业化, 需要解决的主要问题是: 提高声能的利用效率: 提高声解的速率和程度; 避免有毒中间体或产物的产生。解决这些问题的关键是对超声波反应器进行合理设讦。另外将超声降解与其他降解技术耦合, 也具有很大的发展潜力。 例如 。 将超声降解与化学氧化 、 电化学氧化 、 光催化降解或吸附等技术相结合。超声波降解与其他降解技术耦合 , 能充分利用超声波的化学效应和机械效应 , 使后者在非均相体系中最大程度地发挥作用[ 1 们 。 

1 . 4 高级氧化技术
     高级氧化技术( AO T s ) 是通过产生羟基 自由 基· O H而将污染物氧化降解的技术【 1 1 - 1 2 ) , 主要有化学氧化 、 湿式氧化 、 光氧化 、 催化氧化和生物氧化等技术 。目前其用于油 田采出水处理的研究尚处于初级阶段。含有表面活性剂的采出水 中乳化油去除难度大, 处理的关键是消除油水界面膜上的表面活性剂, 使油滴可以重排、 聚集, 然后发生分离。如T i O 催化剂用于上述废水处理时。光照射时可以发生光催化氧化反应 , 达到乳化油破乳的效果 , 可以去除石油类污染物。  

1 . 5 电化 学技术 
     电气浮法是一种利用电化学方法去除水中的悬浮物、 油类、 有机物等有害杂质的废水处理单元操作技术[ 1 9 1 4 】 。它是将正负相同的多组电极安插于废水中, 当通以直流电时 , 产生电解 、 颗粒极化 、 电泳、 氧化 、 还原 、 电解产物间及废水间的相互作用等。按阳极材料是否溶解可将 电气浮法分为电凝聚气浮和电解气浮: 当采用可溶性材料如铁、 铝等作阳极时, 称为 电凝聚气浮 ; 当用不溶性或惰性材料如石墨 、 铂 、 二氧化钌等作阳极时, 则称为电解气浮。 针对钻井污水采用化学混凝法处理 C O D难以达标的情况 , 王蓉沙等使用电凝聚气浮对某油田的钻井污水进行了处理试验。 试验表明 , 利用铁作为阳极的电凝聚气浮对钻井污水中的 C O D去除效果较为理想 .能把进水C O D从 4 5 5 . 7   m g / L降至 l 1 . 5   mg / L,去除率高达9 7 . 5 %。试验中处理 l   m   污水电耗为 1 . 2元, 但并未指明铁 的消耗量 。 另外 , 韩洪军研究了电解气浮对油田废水 的处理 。结果表明电解气浮可有效地去除油田废水 中的油和 C O D. 去除率为 8 0 %一 9 0 %c ” 】 。 

    电化学技术运行成本低、 效率高, 不产生二次污染 , 设备简单 , 兼具气浮、 絮凝 、 杀菌性能 , 尤其对难
生物降解有毒污染物的去除非常有效 ,是 目前 国内外研究较为活跃的领域。 

1 . 6 全物 理性 膜分 离技 术
全物理性膜是在传统分离膜的基础上‘ ,采用新型技术进一步处理合成的膜 ,主要是对膜表面改性或引人具有化学破乳功能的亲水疏油 、亲油疏水官能团, 使材料具备化学破乳功能。 当含油污水通过全物理性膜时 。 官能团改变乳液颗粒亲水亲油平衡性 ,促使油乳化 、 聚集 、 粗粒化 , 进 而分离 , 最终净化水质。 这种技术有机地融合 了表面技术和膜分离技术 , 无需化学药剂的配合处理。

     全物理性膜分离技术摆脱了传统过滤模式, 采用具有破乳功能的膜分离材料,实现真正全物理破乳和污水处理过程. 并且高效节能、 工艺简化、 管理简单、 运行低廉, 其工艺流程如图2所示[ 1   。 

1 . 7 膜分离技术
     膜分离技术作为一种新型 、高效的流体分离单元操作技术,由于具有高效、低能耗和易操作等特

点 。 一直是研究的热点[ 1 ~ 1 9 J 。 膜分离技术主要有超滤( U F ) 、 微滤( MF ) 、 纳滤( N F ) 、 反渗析( R O) 和电渗析( E D) 等技术 , 是油 田采出水有效 的深度处理技术。 膜技术在油 田采出水处理中的应用研究很多 。 且有很多成功的工业化应用。 

    当前膜分离技术应用研究工作的重点应是 : ( 1 )  深入研究分离膜的膜面特性与油田含油污水水质特
性之间的关系, 明确引起膜通量下降的原因和机理, 从微观上了解膜的分离过程和机理. 从而寻求解决膜通量下降的方法; ( 2 ) 探索合适的清洗周期, 研究合适的清洗剂和合理的清洗工艺; ( 3 ) 明确分离膜的预处理指标要求。 合理选择操作条件。 提高膜处理效果; ( 4 ) 开发新工艺、 新型膜组件和高通量、 抗污染的新型膜。只有成功解决了以上问题 。 膜分离技术才能更好地用于油 田含油污水的处理。