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设 计
sesedy* 张瑞成，男，1963生，高级工程师。1985年7月毕业于沈阳建筑工程学院给排水专业，现在辽河石油勘探局质量安全环保部工作。通信地址：辽宁盘锦市兴隆台区迎宾街辽河石油勘探局质量安全环保部，124010
张瑞成*
王 峰 辽河石油勘探局质量安全环保部
中油辽河石油工程有限公司
张瑞成等. 常规处理油田采出水中颗粒物粒径分布分析. 石油规划设计，2007，18（2）：30～32
摘 要 与常规的悬浮物分析方法相比，激光粒度分析或类似方法是一种更快速、重复性更好的悬浮颗粒分析方法。油田采出水中悬浮颗粒物的粒径分布能代表处理设施的分离精度，因而更具有指标性的意义。对实际运行的油田采出水常规处理工艺的出水中颗粒物粒径进行了分析，以粒径中值为基准，给出了几种典型工艺能够处理出水中颗粒物的粒径范围。
关键词 油田采出水 悬浮颗粒物 粒径分布 激光粒度仪 常规处理工艺 处理范围 测试方法
在油田采出水处理实践中，为达到注水水质标
准对悬浮颗粒含量和粒径范围的要求，广泛采用一
级或二级颗粒滤料过滤。在公开的文献中，有许多
过滤后出水的颗粒粒径分布的现场运行实测数据，
但对过滤前的重力分离、浮选工艺的颗粒粒径分布，
则缺少相应的数据。本文将介绍国内某采出水处理
厚板冲裁站流程中几个处理设施的粒径分析结果，并进行讨论。 运行工艺条件及采用的测试仪器 1 运行工艺
条件 （1）斜板除油罐工艺运行条件 水力停留时间6 h，下降速度0.4 mm/s，有效分离高度8 m。进水的油含量和悬浮物含量分别约为100 mg/L 和80 mg/L，出水的油含量和悬浮物含量均约为50 mg/L。其出水进入后续的溶气浮选（DAF）流程。 （2）溶气浮选工艺运行条件 表面负荷4 m 3/m 2・h，水力停留时间30 min，循环比20%～30%；在浮选前均加聚合氯化铝作为絮凝剂（浮选剂）。出水油含量和悬浮物含量分别约在2 mg/L 和10 mg/L。
（3）过滤工艺运行条件 浮选后的两级过滤分别为核桃壳过滤器和多介质过滤器。核桃壳过滤器滤料直径为0.8～1.2 mm，滤速为16 m/h，出水的油和悬浮物含量分别约为 1 mg/L 和5 mg/L。多介质过滤器的上层滤料直径为0.5～0.8 mm 的核桃壳，下层为直径0.03 mm 的磁铁矿，滤速为9 m/h，出水油含量达到未检出水平，悬
浮物含量为2～3 mg/L。
上述水质油和悬浮物的含量均采用光电比法
（SY/T5523—2000）分析。
2 测试中采用的粒径分析仪
测试中采用马尔文激光粒度仪（Malvern
Mastersizer），其工作原理为激光衍射法，最小检测
值0.05 μm，分散方法为液相分散（搅拌、超声）。
与其他类型的颗粒分析仪器相同，该仪器可检测的
套筒冠颗粒物包括水中所有的悬浮物（TSS），即油、非油
悬浮物及二者的混合物。与紫外光谱相比，激光粒
度测定可更好地识别超胶体和可沉降颗粒［1］。
除了颗粒物体积浓度外，D［4，3］、D［3，2］
分别为颗粒物平均体积直径和平均面积直径，可以进一步解释为：分析仪器测量得到的颗粒总体积和
固体氧
设 计 石油规划设计 2007年3月 31 总面积除以测量得到的颗粒的总个数，得到的商为
颗粒的平均体积和平均面积。按上述平均值计算出
等体积球和等面积圆的直径为D ［4，3］、D ［3，2］。
表示为D （v，0.5）粒径中值是颗粒累积体积为50%
时的对应颗粒直径。
各种处理设施的出水颗粒物体积分布见图1。
粒径结果分析 1 对斜板除油罐出水中悬浮物粒径的分析 颗粒体积浓度为0.0165%，分布图呈不明显的双峰形态，过渡段比较平缓，分界点对应的粒径为100 μm，这与D（v，0.5）的数值98.47 μm 的基本相同。D［4，3］和D［3，2］分别为143.66 μm 和32.00 μm，二者相差近5倍，说明颗粒的尺度较大，总的比表面积相对较小，检测到的最大颗粒粒径为555.71 μm 也验证了这一点。 按一般分类，分散油的粒径为100～25 μｍ［2］。如果以粒径中值为基准，斜板除油罐显然没有能够完全去除水中原有的或加药破乳（混凝）形成的分散油。当然，这一判断没有考虑分散油在分离过程中进一步聚结长大的实际情况，但与有关文献［2］的结论：与API 平流隔油池类似的重力沉降适合于去除100 μm 至1 mm 之间的悬浮油滴，能够去除的最小油滴直径为30～50 μｍ基本一致。 2 对溶气浮选工艺出水中悬浮物粒径的分析 悬浮物的体积浓度为0.0055%，分布图呈明显的双峰形态，两个峰值对应的粒径分游梁式抽油机
别为80 μm 和300 μm。D（v，0.5）、D［4，3］和D［3，2］依次为54.18、113.31和20.70 μm。按浮选工艺本身的分离精度，不应出现第二个峰值，甚至常规沉降阶段，也应完成100 μm 以上的颗粒物分离。观察
出水水样中有明显的絮体和悬浮物，其形成原因是机械刮渣和刮泥引起的分离段水流不稳定。 在与采出水类似的废水处理工艺中，浮选特别是溶气浮选广泛应用于液-固或液-液分离。关于浮选可去除悬浮颗粒粒径范围，有相当丰富的资料可供借鉴，但绝大部分是基于油-水或悬浮固体-水简单体系的实验室研究成果，其结论并不完全适用于与油田采出水类似的油-非油悬浮物-水的真实体系。由于研究条件和采用技术的不同，不同学者给出的大致范围是5～30 μｍ，相应的水力停留时间为5～15 min，去除对象包括絮凝体、悬浮有机固体、油和藻类物质［3］［4］。在上面列出的颗粒物几何特征值中，只有20.70 μm 面积直径在5～30 μｍ的范围内。 3 对核桃壳过滤器出水中悬浮物粒径的分析
洗车房
核桃壳过滤器出水悬浮物的体积浓度为
0.0005%，粒径中值D（v，0.5）为9.26 μm，粒径
分布同样是两个峰值。粒径体积分布图呈双峰形态，
两个峰值对应的粒径范围分别在0.5～4 μm 和4～
30 μm 之间，相应的体积浓度分别约0.00012%和
0.00037%。30 μm 以上的颗粒能全部去除。
就粒径中值而言，这一阶段的出水与国内普遍
采用的颗粒滤料过滤效果相近。如在胜利油田，采
用包括无烟煤、核桃壳、石英沙、石榴石、金刚沙
等的双层滤料过滤，滤后水的粒径中值为3～10 μm
［5］［6］，核桃壳过滤器［7］控制粒径精度6～8 μm。
4 多介质过滤器出水
多介质过滤器出水悬浮物粒径分布只有一个峰
值，在0.9～4 μm 之间。悬浮物的体积浓度为0.0001%，粒径中值D（v，0.5）为1.97 μm，4 μm 以上的颗粒能全部去除。几个粒径特征值比较接近，
分布在1.45～1.97 μm 之间。这些数据说明出水中
的悬浮物颗粒尺度趋于均匀，形状接近几何上的球体。
5 悬浮颗粒物的分析方法
根据现场取样时的观察和粒径分析数据，可以
断定斜板除油罐和浮选出水的悬浮颗粒是既不稳定
也不均匀的体系，应采用重量法分析。便携式浊度
仪和分光光度计的实际测量水样量很少，分别是
10 mL 比管和10 mm 比皿中的水样，对类似水
样的分析，难以获得真实的数据。
与上述情况相反，核桃过滤和多介质过滤尤其
是多介质过滤器出水颗粒物分布比较均匀和稳定，
采用浊度仪和分光光度计分析，可获得较为准确的
数据。由于颗粒物的重量含量较低，采用标准滤膜10 15
0 0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0各种粒径颗粒物体积（%） 粒径（μm） 核桃壳出水 多介质出水 斜板出水浮选出水图1 各种处理设施的出水颗粒物体积分布 5
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过滤非常费时，同时又要求多次烘干、称重，容易受到人为因素的影响，对过滤器出水不宜采用重量法分析。
激光粒度分析仪分析水量较大，可以达到1L，分析精度较高，又不容易受到人为因素的干扰，适合上述所有工艺出水的分析。激光粒度分析是一种快速、重复性好的悬浮颗粒分析方法，并且能够非常清
楚地表明不同处理水平之间的差异［8］。至于体积浓度、几何特征值等分析数据，能否与普遍采用的重量法、浊度和分光光度法的分析数据有效地关联起来，则需要进行更深入广泛的研究。
结论与建议
悬浮颗粒物的粒径分布（PSD）更能代表处理设施的分离精度或处理水平，能为工艺设计提供更可靠的计算基础，也就更具有指标性的意义。
以粒径中值为基准，几种常规的处理设施能够去除的悬浮颗粒物的粒径分别为：斜板除油罐100μm以上；溶气浮选工艺50μm以上；核桃壳过滤器10μm以上；多介质过滤器2μm以上。
与常规的悬浮物分析方法相比，激光粒度分析或类似方法是一种快速、重复性好的悬浮颗粒分析方法，应更深入广泛地研究其分析数据与重量法、浊度和分光光度法分析数据的数值关系。
参 考 文 献
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收稿日期：2006-10-31
编辑：马三佳
（上接第29页）
2 成本分析
规划方案中采用新型计量装置的简化优化工艺，比采用常规双管掺水工艺建设投资节省16.4%，减少操作费用50.5万元/a。目前按新方案实施的地面建设费用约为280万元，比常规建站节省费用约60万元，费用节省率为21.4%。
结 论
1 新型单井计量技术、单管常温输送技术、树状工艺流程在产能建设中具有良好的推广应用前景 港浅8-6区块的生产情况表明，新型单井计量技术、单管常温输送技术、树状工艺流程等新工艺和新技术是先进和适用的，为工艺流程的简化优化提供了有力的技术支撑，具有良好的推广应用前景。
2 采用先进适用的新工艺和新技术是降低地面建设投资的关键
港浅8-6区块采用新型单井计量技术、单管常 温输送技术、树状工艺流程简化集油和注水工艺流程后，地面建设投资费用比常规建站工艺节约近20%；工程建设周期比常规建站的工期整整缩短了一个月，实现了新井提前投产和产能区块的高效开发。
3 实现了产能建设地面配套工程的新突破
港浅8-6地面集输新模式实现了产能建设地面配套工程的新突破。港浅8-6区块应用新技术新工艺流程，形成“油井-转油站-联合站”和“注水站-水井”的地面建设新模式；实现了偏远区块不建站，工艺流程简化，生产数据在线远传监控，为产能区块的地面系统简化优化奠定了良好基础。
收稿日期：2006-03-27
编辑：马三佳
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