一种油田采出水短流程处理方法及其装置

本发明涉及一种油田采出水短流程处理方法及其装置应用于石油天然气工业油 田采出水回注处理领域。

国内海上和陆地油田石油开采已进入3次采油阶段，采油含水量逐年增加，目前主 要采用注水、注化学药剂(二元或三元)等驱油方式，以此来提高采收率，增加原油产量，但 是油田采出水处理回注达标难度增加，表现在工艺流程长，环节设备多，使用化学药剂量大 品种多，处理过程产生大量污泥，费用高污染环境。

油田常规采出水处理典型的工艺流程(以每天处理10000吨为例)，三相分离器出 水+加破乳降粘药剂装置+一次重力沉降除油罐+加化学混凝絮凝装置+二次重力沉降罐(除 油除悬)+增压泵+多台并联过滤器(除油除悬)+外输缓存罐+外输泵(出水输送至回注站)。

中国发明专利，名称为一种薄层聚结-重力分离相串联的油水分离方法，专利号： CN1042845A，该发明简述了在重力沉降罐内增加了多层聚结除油锯木物理材料，利用外部 的循环水泵产生的负压来吸附分离聚结后的大油滴，再利用油水密度差油滴又聚集上浮至 罐上表面被回收利用，这种方法确实起到了一定的效果，技术比大罐重力加药剂沉降分离 方法有所提高，

但聚结材料易堵塞失效，需及时更换，非常不方便，同时更不适应油田含聚合物污 水的处理，因为水体呈乳黄颜，油水粘度大乳化严重，因此聚结的油滴上浮速度慢，同时 没有设计破乳功能，出水含油含悬超标。

中国发明专利，名称为一种油田采出水的处理方法及其处理流程，专利号： CN101905936A，该发明简述了在油田常规采出水处理的工艺上进行改进，在一次重力沉降 罐前端增加一套电化学氧化装置，用于改善污水中某些分子结构，达到油及悬浮物易聚结 和管线防腐蚀的预处理目的，其它没有变化，存在处理费用高，环境污染大，表现工艺流程 长，药剂用量大，污泥产生多等。

中国发明专利，名称为一种油田污水处理方法，专利号：CN101054244A。该发明简 述了在油田常规污水处理工艺基础技术上，增加一套气浮装置，改善了油水分离速度，但也 存在流程长沉降设备多，化学药剂用量大品种多，特别是为了改善水质用的复合剂NaOH+Ca (OH)2投加量高达500mg/l，由于水中乳化油及其有机悬浮物等存在，加大了絮凝剂的用量， 从而产生更多的含油化学污泥，增加处理费用和对周边环境的污染。

本发明涉及一种油田采出水短流程处理方法及其装置，应用于石油天然气工业油 田含油污水回注处理领域，克服了上述技术不足。其特点在于油水分离流程短，处理速度 快，装置采用模块化组合设计，可根据污水处理量和不同水质的变化优化配置模块数量，所 配置的处理模块不使用破乳剂、混凝絮凝剂等化学药剂，乳化油破乳效率100％，将水中的 原油全部为好油回收，并除去污水中大分子胶体颗粒等悬浮物，也不产生污泥及排放。模块 结合流体湍流运动特点设计，在微气泡和高分子物理破乳片以及浅池释放器的协同作用下 快速除去悬浮物回收原油，同时整个短流程系统无需设置沉降罐、缓存罐、过滤器、污泥污 油池、加药及其污泥处理工艺设备等。短流程系统每个处理模块只使用电驱动，节能环保， 占地面积小，自控能力强无需人工干预。

见图1油田采出水回注短流程处理工艺流程示意图

由图1，1+N模块组成的短流程工艺原理示意图可知：

由三相分离器来水4、(污水含油≤1000mg/l、悬浮物≤50mg/、聚合物≤600mg/)， 经主管道进入1+N多模块并联处理单元，经模块处理后的合格水(出水含油≤10mg/l，悬浮 物≤5mg/l)通过外输泵6增压后输出至远端注水站，同时1+N模块回收的好油进入好油缓存 罐5，并定时外输。

其工艺特点在于油水分离流程短，处理速度快，装置采用模块化组合设计，可根据 污水处理量和不同水质的变化优化配置模块数量，所配置的处理模块不使用破乳剂、混凝 絮凝剂等化学药剂，乳化油破乳效率100％，将水中的原油全部为好油回收，并除去污水中 大分子胶体颗粒等悬浮物，也不产生污泥及排放。模块结合流体湍流运动特点设计，在微气 泡和高分子物理破乳片以及浅池释放器的协同作用下快速除去污水中悬浮物回收原油，同 时整个短流程系统无需设置沉降罐、缓存罐、过滤器、污泥污油池、加药及其污泥处理工艺 设备等。短流程系统每个处理模块只使用电驱动，节能环保，占地面积小，自控能力强，无需 人工干预。

见图2单个处理模块结构原理示意图

单个处理模块由进水口1、出水口2、进气口3、微气泡发生器4、多组高分子破乳物 理片5、释放器6、排气口7、壳体8和收油口9组成的基本结构，其工作过程简述如下：

当含油带压污水由进水口1进入模块内管道，与此同时带压氮气(空气)由进气口3 进入微气泡发生器4，通过微气泡发生器4制取出微小气泡与原水在同一管道内充分混合后 通过释放器6常压下快速释放，水中分散油、浮油以及大颗粒悬浮物质被微小气泡携带上浮 至水体表面，小粒径的乳化油以及大分子胶体颗粒随水流在多组高分子破乳物理片5表面 形成的湍流运动以及粒子偶极化作用下，快速破乳聚结成大油滴和大的胶体颗粒同样被微 小气泡携带上浮至水体表面，聚结后的原油(含少量的胶体悬浮颗粒)通过收油口被回收， 整个处理过程自动控制无需人工干预。

见图3高分子物理片破乳除悬浮物原理示意图

由图3高分子物理片破乳除悬浮物原理示意图可知，含乳化油和大分子胶体悬浮 颗粒的流体运动方向1向高分子物理片4上下两个表面做流体湍流运动，且高分子物理片4 的上表面流体运动速度V0大于高分子物理片4下表面V1，即V0＞V1，而高分子物理片4上表面 压力P0小于高分子物理片4下表面压力P1，即P0＜P1。因此在流体运动过程中高分子物理片4 的上表面流速快压强小，提高了水包油型小油滴在物理片上表面4的碰撞摩擦频率和速度， 从而加速破解乳化油(水包油型)的表面张力，把微小的油滴释放出来，同时也起到了悬浮 大分子胶体颗粒被偶极化呈大颗粒的效果，同理在高分子物理片4下表面流速慢压强大，有 利于已破解的小油滴和大颗粒胶体悬浮物聚结，当油滴和悬浮胶体颗粒的粒径都达到最大 值后，脱离高分子物理片被气泡携带上浮，整个破乳除悬浮物过程采用纯物理的方法，不添 加任何化学药剂。

1、中国某油田强碱三元采出水处理站，短流程试验装置(模块)1套，工艺流程参考 (图1油田采出水回注短流程处理工艺流程示意图)。三相分离器来水，日处理水量500m3/d， 水质参数：PH＝，10.5，含油＝1000mmg/l，悬浮物＝70mg/l，聚合物＝980mg/l，强碱(NaOH) ＝2000mg/l，表面活性剂＝72mg/l，运行5个月，系统模块设备工作正常，并连续取样检测10 次，系统平均出水含油20mg/l，悬浮物10mg/l，没有使用化学药剂，短流程系统无污泥产生， 满足油田三元水处理回注指标，数据检测见表1。

表1中国某油田强碱三元采出水处理站

2、中国某油田含聚合物采出水处理站，短流程试验装置(模块)2套，工艺流程参考 (图1油田采出水回注短流程处理工艺流程示意图)三相分离器来水，日处理水量1000m3/d， 水质参数：PH＝8.5，平均含油＝300mmg/l，悬浮物＝50mg/l，聚合物＝500mg/l，运行6个月， 系统2套模块设备工作正常，并连续取样检测10次，系统平均出水含油9mg/l，悬浮物8mg/l， 没有使用化学药剂，短流程系统无污泥产生，满足含聚合物污水处理回注指标，数据检测见 表2。

表2中国某油田含聚合物采出水处理站

3、中国某油田含聚合物采出水处理站，短流程试验装置(模块)4套，工艺流程参考 (图1油田采出水回注短流程处理工艺流程示意图)三相分离器来水，日处理水量2000m3/d， 水质参数：PH＝8，平均含油＝200mmg/l，悬浮物＝40mg/l，聚合物＝300mg/l，运行2个月，系 统运行4套模块设备工作正常，并连续取样检测10次，系统平均出水含油5mg/l，悬浮物5mg/ l，没有使用化学药剂，短流程系统无污泥产生，满足含聚合物污水处理回注指标，数据检测 见表3。

表3中国某油田含聚合物采出水处理站