油田水处理(在用)

1、 课程的主要内容课程的主要内容 第一章第一章 概论概论 第二章第二章 油田水处理工艺油田水处理工艺 第三章第三章 油田污水化学处理药剂油田污水化学处理药剂 第四章第四章 油田污水腐蚀与防护油田污水腐蚀与防护 第五章第五章 油田含油污泥的处理油田含油污泥的处理 第六章第六章 提高石油采收率的水处理提高石油采收率的水处理 主要参考资料主要参考资料 油田污水处理工程油田污水处理工程.刘德绪刘德绪.石油工业出版社石油工业出版社 油田采出水处理设计手册油田采出水处理设计手册.冯永训冯永训.中国石化出版社中国石化出版社 实用水技术实用水技术.美查里斯美查里斯 C.帕托帕托.石油工业出版社石油工业出版社 两

2、种油田水处理系统两种油田水处理系统.美美B.W.布雷德利布雷德利.石油工业石油工业 出版社出版社 油气水处理工艺与化学油气水处理工艺与化学.黄俊英黄俊英.石油大学出版社石油大学出版社 油田污水的来源油田污水的来源 污水处理利用的意义污水处理利用的意义 水质标准简介水质标准简介 原水中的杂质原水中的杂质 第一章 概论 水对生命和人类的活动具有极其重要的意义。水对生命和人类的活动具有极其重要的意义。 水大量存在与自然界，是地球上分布最广的物质之水大量存在与自然界，是地球上分布最广的物质之 一，是一种优良的溶剂。一，是一种优良的溶剂。 自然界中的水一般都要经过一定的净化处理才能用于生自然界中的水一般

3、都要经过一定的净化处理才能用于生 活和工业生产。活和工业生产。 地球上地球上总储水量约为总储水量约为13.56亿亿km3。其中，。其中，海洋占海洋占92.2， 陆地占陆地占2.8，而而淡水仅占淡水仅占0.64。 随着现代化工业的快速发展和人口的增加，随着现代化工业的快速发展和人口的增加，水污染水污染和和水水 资源缺乏资源缺乏问题日益严重。问题日益严重。 因此，合理利用洁净水资源，科学处理、循环利用废水因此，合理利用洁净水资源，科学处理、循环利用废水 资源，有效保护生态环境，越来越受到人们的重视。资源，有效保护生态环境，越来越受到人们的重视。 第一节第一节 油田污水的来源油田污水的来源 水是石油

4、生成、运移和储集过程中的主要天然伴生物。水是石油生成、运移和储集过程中的主要天然伴生物。 石油的开采经历了三次采油阶段：石油的开采经历了三次采油阶段： 一次采油一次采油 油藏勘探开发初期，原始地层能量将部分油气水液体驱油藏勘探开发初期，原始地层能量将部分油气水液体驱 向井底，举升至地面，向井底，举升至地面，以自喷方式开采以自喷方式开采。 采出液含水率很低。采出液含水率很低。 若油藏圈闭良好，边水补充不足，原始地层能量递减很若油藏圈闭良好，边水补充不足，原始地层能量递减很 快，一次采油方式难以维持。快，一次采油方式难以维持。 为获得较高的采收率，需向地层补充能量，即实为获得较高的采收率，需向地层

5、补充能量，即实 施二次采油。施二次采油。 二次采油二次采油 有注水开发和注气开发等方式。有注水开发和注气开发等方式。 全国各大油田绝大部分开发井采用注水开发方式：全国各大油田绝大部分开发井采用注水开发方式：注入注入 高压水驱动原油。高压水驱动原油。 存在问题存在问题：经过一段时间注水后，注入水将随原油采：经过一段时间注水后，注入水将随原油采 出，且随开发时间的延长，出，且随开发时间的延长，采出油含水率不断上升采出油含水率不断上升。 三次采油三次采油 注聚合物等驱油。注聚合物等驱油。 油田含油污水来源油田含油污水来源 原油生产过程中的脱出水原油生产过程中的脱出水 原油脱水站、联合站内各种原油储罐

6、的罐底水、含盐原原油脱水站、联合站内各种原油储罐的罐底水、含盐原 油洗盐后的污水。油洗盐后的污水。 洗井水洗井水 为提高注水量、有效保护井下管柱，需定期对注水井进为提高注水量、有效保护井下管柱，需定期对注水井进 行洗井作业。行洗井作业。 为减少油区环境污染，将洗井水建网回收入污水处理站。为减少油区环境污染，将洗井水建网回收入污水处理站。 钻井污水、井下作业污水、油区站场周边工业废水等钻井污水、井下作业污水、油区站场周边工业废水等 全部回收处理净化，减少污染，满足环保要求。全部回收处理净化，减少污染，满足环保要求。 为便于叙述，介绍几个有关水的概念。为便于叙述，介绍几个有关水的概念。 原水原水

7、未经任何处理的油田污水。未经任何处理的油田污水。 初步净化水初步净化水 经过自然除油或混凝沉降除油后的污水。经过自然除油或混凝沉降除油后的污水。 滤后水滤后水 经过过滤的污水。经过过滤的污水。 净化水净化水 凡是经过系统处理后的污水都叫净化水。凡是经过系统处理后的污水都叫净化水。 第二节第二节 污水处理利用的意义污水处理利用的意义 一、污水处理利用的重要性一、污水处理利用的重要性 必须合理处理利用含油污水。必须合理处理利用含油污水。 1、含油污水不合理处理回注和排放的影响含油污水不合理处理回注和排放的影响 油田地面设施不能正常运作油田地面设施不能正常运作 造成地层堵塞而带来危害造成地层堵塞而带

8、来危害 造成环境污染，影响油田安全生产造成环境污染，影响油田安全生产 2、油田、油田注水开发生产带来的问题注水开发生产带来的问题 注入水的水源注入水的水源 油田注水开发初期，注水水源为浅层地下水或地表水油田注水开发初期，注水水源为浅层地下水或地表水 （宝贵的清水），过量开采清水会引起局部地层水位下降，（宝贵的清水），过量开采清水会引起局部地层水位下降， 影响生态环境。影响生态环境。 对环境的影响对环境的影响 随着原油含水量的不断上升，大量含油污水不合理排放随着原油含水量的不断上升，大量含油污水不合理排放 会引起受纳水体的潜移性侵害，污染生态环境。会引起受纳水体的潜移性侵害，污染生态环境。 生产

9、实践认识：油田污水回注是合理开发和利用水资源生产实践认识：油田污水回注是合理开发和利用水资源 的正确途径。的正确途径。 二、腐蚀防护与环境保护二、腐蚀防护与环境保护 油田含油污水特点：油田含油污水特点： 矿化度高矿化度高 溶解有酸性气体溶解有酸性气体 腐蚀处理设施、注水系统腐蚀处理设施、注水系统 溶解氧溶解氧 例例1：某油田钢质污水回注管线，一年内腐蚀穿孔：某油田钢质污水回注管线，一年内腐蚀穿孔123次，注水泵一般运转次，注水泵一般运转 615天即因腐蚀被迫停产，点蚀深度达到天即因腐蚀被迫停产，点蚀深度达到4mm。 污水中大量成垢盐类随温度压力变化，以及与不同水体污水中大量成垢盐类随温度压力变

10、化，以及与不同水体 的混合，将出现结垢和堵塞现象。的混合，将出现结垢和堵塞现象。 例例2：某油田一口油井投产仅：某油田一口油井投产仅10天，集油管就因结垢而被堵死，天，集油管就因结垢而被堵死， 先后更换先后更换6次管线，最后被迫关井次管线，最后被迫关井。 适宜的温度范围适宜的温度范围 含有大量有机物质含有大量有机物质 有害细菌增生有害细菌增生 泵吸入口滤网出现粘膜，使其堵塞泵吸入口滤网出现粘膜，使其堵塞 例如：某油田污水中含硫酸盐还原菌达例如：某油田污水中含硫酸盐还原菌达 7.5104 个个ml； 另一油田污水铁细菌含量则达到另一油田污水铁细菌含量则达到1.5105个个ml。 细菌增生严重制约

11、了油田污水处理和注水系统的正常生产。细菌增生严重制约了油田污水处理和注水系统的正常生产。 我国各陆上油田污水基本都进行处理回注，最大限度减少污我国各陆上油田污水基本都进行处理回注，最大限度减少污 水直接外排，促进环保。并针对油田污水腐蚀、结水直接外排，促进环保。并针对油田污水腐蚀、结 垢、细菌增生的危害，采取缓蚀、阻垢和杀菌措垢、细菌增生的危害，采取缓蚀、阻垢和杀菌措 施，提高、改进油田水处理技术。施，提高、改进油田水处理技术。 三、合理利用污水资源三、合理利用污水资源 水源缺乏的办法之一：提高水的循环利用率水源缺乏的办法之一：提高水的循环利用率 油田污水经处理后代替地下水进行回注是循环利用水

12、的油田污水经处理后代替地下水进行回注是循环利用水的 一种方式。一种方式。 若污水处理回注率若污水处理回注率100，即油层中采出的污水和地面即油层中采出的污水和地面 处理、钻井、作业过程中排出的污水全部处理回注，处理、钻井、作业过程中排出的污水全部处理回注，则注则注 水量只需要补充由于采油造成地层亏空的水量水量只需要补充由于采油造成地层亏空的水量，因而，因而节约节约 大量清水资源和取水设施的建设费用大量清水资源和取水设施的建设费用，提高油田注水开发，提高油田注水开发 的总体技术经济效益。的总体技术经济效益。 第三节第三节 水质标准水质标准 一、油田开发对注水水质的要求一、油田开发对注水水质的要求

13、 油田注水的服务对象：致密岩石组成的油层油田注水的服务对象：致密岩石组成的油层 要求：保证注水水质，达到要求：保证注水水质，达到“注得上，注得进，注得够注得上，注得进，注得够” 。 对净化采出水的具体要求：对净化采出水的具体要求： 化学组分稳定，不形成悬浮物；化学组分稳定，不形成悬浮物； 严格控制机械杂质和含油；严格控制机械杂质和含油； 有高洗油能力；有高洗油能力； 腐蚀性小；腐蚀性小； 尽量减少采出水处理费用。尽量减少采出水处理费用。 油层条件对注水水质的要求：油层条件对注水水质的要求：低渗透油田低渗透油田注水水质标准。注水水质标准。 目前，陆上低渗透油藏为目前，陆上低渗透油藏为35左右，且

14、每年新探明的石油左右，且每年新探明的石油 地质储量中低渗透油层所占的比重越来越大。地质储量中低渗透油层所占的比重越来越大。 例如：例如：1989年探明储量中，低渗透储量占年探明储量中，低渗透储量占27.1，1990年年 上升至上升至45.9，1995年上升至年上升至72.7。低渗透油田孔喉半径。低渗透油田孔喉半径 24um以下，渗透率（以下，渗透率（1050）10 4um2。 。 中原油田平均孔喉半径中原油田平均孔喉半径 2um，渗透率，渗透率33.1510 3um2，平 ，平 均油藏纵深均油藏纵深3243m，矿化度（，矿化度（1828）10 4mg/l 。 。 二、净化污水回注水质标准二、净

15、化污水回注水质标准 1、注水水质基本要求、注水水质基本要求 注水水质确定：根据注入层物性指标进行优选。注水水质确定：根据注入层物性指标进行优选。 具体要求：具体要求： 对水处理设备、注水设备、输水管线腐蚀性小；对水处理设备、注水设备、输水管线腐蚀性小； 不携带超标悬浮物、有机淤泥、油；不携带超标悬浮物、有机淤泥、油； 与油层流体配伍性良好，即注入油层后不使粘土发生膨胀与油层流体配伍性良好，即注入油层后不使粘土发生膨胀 和移动。和移动。 注意注意：如果油田含油污水与其它供给水混注时，必须具备：如果油田含油污水与其它供给水混注时，必须具备 完全的可能性（相容性），否则，必须进行必要的处理改完全的可

16、能性（相容性），否则，必须进行必要的处理改 良后方可混注；考虑到油藏孔径结构和喉道直径，严格限良后方可混注；考虑到油藏孔径结构和喉道直径，严格限 制水中固体颗粒的粒径。制水中固体颗粒的粒径。 2、注水水质标准、注水水质标准 由于各油田或区块油藏孔隙结构和喉道直径不同，相由于各油田或区块油藏孔隙结构和喉道直径不同，相 应的渗透率也不相同，因此，注水水质标准也不相同。应的渗透率也不相同，因此，注水水质标准也不相同。 下表为石油天然气行业标准下表为石油天然气行业标准碎屑岩油藏注水水质推碎屑岩油藏注水水质推 荐指标荐指标SYT532994水质主控指标。水质主控指标。 3、注水水质辅助性指标、注水水质辅

17、助性指标 辅助性指标包括：辅助性指标包括： 溶解氧溶解氧 水中溶解氧时可加剧腐蚀。腐蚀率不达标时，应首先检水中溶解氧时可加剧腐蚀。腐蚀率不达标时，应首先检 测氧浓度。测氧浓度。 油田污水溶解氧浓度油田污水溶解氧浓度0，可溶解，可溶解CaCO3垢，但对设施有腐蚀垢，但对设施有腐蚀 o时，时，u0，颗粒上浮；，颗粒上浮； 当当 w o时，时，u20 m的颗粒。的颗粒。 2、装置结构、装置结构 自然除油设施一般兼有自然除油设施一般兼有 调储功能，油水分离效率不调储功能，油水分离效率不 够高，通常工艺结构采用下够高，通常工艺结构采用下 向流设置。向流设置。 二、斜板（管）除油二、斜板（管）除油 斜板（

18、管）除油是目前最常用的高效除油方法之一，斜板（管）除油是目前最常用的高效除油方法之一， 是一种物理法除油。是一种物理法除油。 1、基本原理、基本原理 斜板（管）除油基本原理是斜板（管）除油基本原理是“浅层沉淀浅层沉淀”，又称，又称“浅池理浅池理 论论”。 若将水深为若将水深为H的除油设备分隔为的除油设备分隔为n个水深为个水深为H/n的分离池，的分离池， 当分离池长度为原除油区长度的当分离池长度为原除油区长度的1n时，处理水量与原分离时，处理水量与原分离 区相同，且分离效果完全相同。为便于浮升到区相同，且分离效果完全相同。为便于浮升到斜板（管）上斜板（管）上 部油珠的流动和排除，把浅的分离池倾斜

19、一定角度（一般为部油珠的流动和排除，把浅的分离池倾斜一定角度（一般为 4560）。）。 除油效率：除油效率： 假设除油设备高度为假设除油设备高度为H，油珠颗粒分离时间为，油珠颗粒分离时间为t ，则，则 表面负荷率表示为表面负荷率表示为Q/AH/t，则分离效率为，则分离效率为 公式表明：重力分离除油设备的除油效率是分离高度的函数。公式表明：重力分离除油设备的除油效率是分离高度的函数。 H减小，减小，E增大。增大。 H ut tH u AQ u E / H越小，油珠颗粒上浮至表面的时间越短。越小，油珠颗粒上浮至表面的时间越短。 加设斜板，增加分离设备的工作表面积，加设斜板，增加分离设备的工作表面积

20、， 缩小分离高度，提高油珠颗粒的去除效率。缩小分离高度，提高油珠颗粒的去除效率。 2、斜板除油装置、斜板除油装置 立式和平流式两种，油田上常用的是立式斜板除油立式和平流式两种，油田上常用的是立式斜板除油 罐和平流式斜板除油罐。罐和平流式斜板除油罐。 （1）立式斜板除油罐）立式斜板除油罐 结构形式与普通立式除油罐基本相同，主要区别是结构形式与普通立式除油罐基本相同，主要区别是 在普通除油罐中心反应筒外的分离区一定部位加设了斜在普通除油罐中心反应筒外的分离区一定部位加设了斜 板组。板组。 对斜板材质要求：在污水中长期浸泡不软化、不变形、对斜板材质要求：在污水中长期浸泡不软化、不变形、 耐油、耐腐蚀

21、。耐油、耐腐蚀。 工作过程：工作过程： 含油污水从中心反应筒出来，含油污水从中心反应筒出来， 在上部分离区进行初步的重在上部分离区进行初步的重 力分离，较大油珠颗粒分离力分离，较大油珠颗粒分离 出来。出来。 污水通过斜板区进一步分离污水通过斜板区进一步分离 分离后的污水在下部集水区分离后的污水在下部集水区 流入集水管，汇集后由中心流入集水管，汇集后由中心 柱管上部流出。柱管上部流出。 斜板区分离出的油珠颗粒上斜板区分离出的油珠颗粒上 浮至水面，进入集油槽后由浮至水面，进入集油槽后由 出油管排出到收油装置。出油管排出到收油装置。 常用的斜板规格常用的斜板规格 117507501.51.96130

22、1525101 215506501.21.611592530 313607601.61.9581201525 立式斜板除油罐的主要设计参数：立式斜板除油罐的主要设计参数： 斜板间距斜板间距 80100mm 斜板倾角斜板倾角 4560 斜板水平投影负荷斜板水平投影负荷 1.510 4 2.0 10 4m3/(s m2) 其它设计数据与普通除油罐基本相同。其它设计数据与普通除油罐基本相同。 实践证明：在除油效率相同条件下，与普通立式除油罐相实践证明：在除油效率相同条件下，与普通立式除油罐相 比，同样大小的斜板除油罐的除油处理能力可提比，同样大小的斜板除油罐的除油处理能力可提 高高1.01.5倍。倍

23、。 （2）平流式斜板隔油池）平流式斜板隔油池 平流式斜板隔油池是在普通的隔油池中加设斜板构成。平流式斜板隔油池是在普通的隔油池中加设斜板构成。 一般是由钢筋混凝土做成池体，池中波纹斜板大多呈一般是由钢筋混凝土做成池体，池中波纹斜板大多呈45 安装。安装。 普通平流式隔油池普通平流式隔油池平流式斜板隔油池平流式斜板隔油池 隔油池原理隔油池原理：隔油池是用自然上浮法分离、去除含油：隔油池是用自然上浮法分离、去除含油 废水中可浮油的处理筑物。废水中可浮油的处理筑物。 构造构造：废水从池的一端流入池内，从另一端流出。在：废水从池的一端流入池内，从另一端流出。在 流经隔油池的过程中，由于流速降低，密度小

24、于流经隔油池的过程中，由于流速降低，密度小于1.01.0 而粒径较大的油类杂质得以上浮到水面上，密度大于而粒径较大的油类杂质得以上浮到水面上，密度大于 1.01.0的杂质则沉于池底。在出水一侧的水面上设集油的杂质则沉于池底。在出水一侧的水面上设集油 管。管。 工作过程：工作过程： 进入的含油污水通过配水堰、布水栅后均匀而缓慢地从进入的含油污水通过配水堰、布水栅后均匀而缓慢地从 上而下经过斜板区，油水泥在斜板中分离。上而下经过斜板区，油水泥在斜板中分离。 油珠颗粒沿斜板组的上层板下，向上浮升滑出斜板到水面，油珠颗粒沿斜板组的上层板下，向上浮升滑出斜板到水面， 通过活动集油管槽收集到污油罐，再送去

25、脱水；通过活动集油管槽收集到污油罐，再送去脱水； 泥砂沿斜板组下层斜板面滑向集泥区落到池底，定时排除；泥砂沿斜板组下层斜板面滑向集泥区落到池底，定时排除； 分离后的水，从下部分离区进入分离后的水，从下部分离区进入 折向上部的出水槽，然后排出或折向上部的出水槽，然后排出或 送去进一步处理，而由于高程布送去进一步处理，而由于高程布 置的原因，污水进入下一步处理置的原因，污水进入下一步处理 工序，往往需要用泵进行提升。工序，往往需要用泵进行提升。 三、粗粒化（聚结）除油三、粗粒化（聚结）除油 粗粒化：含油污水流经装有填充物（粗粒化材料）的粗粒化：含油污水流经装有填充物（粗粒化材料）的 装置后，使油珠

26、由小变大的过程。这样，更容易用重力分装置后，使油珠由小变大的过程。这样，更容易用重力分 离法将油除去。离法将油除去。 粗粒化处理的对象：水中的分散油。粗粒化处理的对象：水中的分散油。 1、理论依据理论依据 对于温度一定的特定污水，油珠上浮速度与油珠粒径平方对于温度一定的特定污水，油珠上浮速度与油珠粒径平方 成正比。若在污水沉降前设法使油珠粒径增大，可加大油珠上成正比。若在污水沉降前设法使油珠粒径增大，可加大油珠上 浮速度，进而使污水向下流速加大，便可提高除油效率。粗粒浮速度，进而使污水向下流速加大，便可提高除油效率。粗粒 化法（聚结）可达到增大油珠粒径的目的。化法（聚结）可达到增大油珠粒径的目

27、的。 18 2 ow )(dg u 2、粗粒化的机理、粗粒化的机理 有两种观点：润湿聚结；碰撞聚结有两种观点：润湿聚结；碰撞聚结 润湿聚结理论润湿聚结理论 建立在建立在“亲油性亲油性”粗粒化材料的基础上。粗粒化材料的基础上。 当含油污水流经亲油性材料组成的粗粒化床时，分散油珠当含油污水流经亲油性材料组成的粗粒化床时，分散油珠 在材料表面润湿吸附，材料表面几乎全被油包住，再流来的在材料表面润湿吸附，材料表面几乎全被油包住，再流来的 油珠更容易润湿附着在上面，油珠不断聚结扩大并形成油膜，油珠更容易润湿附着在上面，油珠不断聚结扩大并形成油膜， 在浮力和反向水流冲击作用下，油膜开始脱落，在水相中仍形在

28、浮力和反向水流冲击作用下，油膜开始脱落，在水相中仍形 成油珠，但比聚结前的油珠粒径大，从而达到粗粒化的目的。成油珠，但比聚结前的油珠粒径大，从而达到粗粒化的目的。 具有该种特性的聚结材料：聚丙烯塑料球，无烟煤等具有该种特性的聚结材料：聚丙烯塑料球，无烟煤等 碰撞聚结理论碰撞聚结理论 建立在疏油材料基础上。建立在疏油材料基础上。 由粒状的或纤维状的粗粒化材料组成的粗粒化床，其空由粒状的或纤维状的粗粒化材料组成的粗粒化床，其空 隙均构成互相连续的通道，如无数根直径很小交错的微管。隙均构成互相连续的通道，如无数根直径很小交错的微管。 当含油污水流经该床时，由于粗粒化材料是疏油的，两个或当含油污水流经

29、该床时，由于粗粒化材料是疏油的，两个或 多个油珠有可能同时与管壁碰撞或互相碰撞，其冲量足可以多个油珠有可能同时与管壁碰撞或互相碰撞，其冲量足可以 将它们合并为一个较大的油珠，达到粗粒化目的。将它们合并为一个较大的油珠，达到粗粒化目的。 具有该种特性的聚结材料：蛇纹石，陶粒等。具有该种特性的聚结材料：蛇纹石，陶粒等。 需澄清的问题需澄清的问题 无论是亲油的或是疏油的材料，两种聚结同时存在。无论是亲油的或是疏油的材料，两种聚结同时存在。 亲油材料以亲油材料以“润湿聚结润湿聚结”为主，也有碰撞聚结。原因为主，也有碰撞聚结。原因 是是 污水流经粗粒化床，油滴之间也存在碰撞。污水流经粗粒化床，油滴之间也

30、存在碰撞。 疏油材料以疏油材料以“碰撞聚结碰撞聚结”为主，也有润湿聚结。原因为主，也有润湿聚结。原因 是是 当疏油材料表面沉积油泥时，该材料便有亲油性。当疏油材料表面沉积油泥时，该材料便有亲油性。 无论是亲油性材料还是疏油性材料，只要粒径合适，无论是亲油性材料还是疏油性材料，只要粒径合适， 都有较好的粗粒化效果。都有较好的粗粒化效果。 3、粗粒化材料（聚结板材）的选择、粗粒化材料（聚结板材）的选择 分类分类： 形状：粒状（重复使用）；纤维状（一次性使用）形状：粒状（重复使用）；纤维状（一次性使用） 材质：天然的（无烟煤、蛇纹石、石英砂等）材质：天然的（无烟煤、蛇纹石、石英砂等） 人造的（聚丙烯

31、塑料球、陶粒等）人造的（聚丙烯塑料球、陶粒等） 选用原则选用原则： 耐油性好，不能被油溶解或溶胀；耐油性好，不能被油溶解或溶胀； 具有一定的机械强度，且不易磨损；具有一定的机械强度，且不易磨损； 不易板结，冲洗方便；不易板结，冲洗方便； 一般主张用亲油性材料；一般主张用亲油性材料； 尽量采用相对密度大于尽量采用相对密度大于1的材料；的材料； 粒径粒径35mm为宜；为宜； 货源充足，加工运输方便，价格便宜。货源充足，加工运输方便，价格便宜。 目前，国内各油田工业化的粗粒化装置大多是粒状材目前，国内各油田工业化的粗粒化装置大多是粒状材 料。各种材料性能见下表。料。各种材料性能见下表。 材料名称材料

32、名称润湿角润湿角相对密度相对密度润湿角测定条件润湿角测定条件 聚丙烯聚丙烯7380.91 水温水温44； 介质为净化后含油介质为净化后含油 污水；污水； 润湿剂为原油润湿剂为原油 无烟煤无烟煤13181.60 陶陶 粒粒72421.50 石英砂石英砂99302.66 蛇纹石蛇纹石7292.52 常用聚结板材的特性：常用聚结板材的特性： 聚丙烯、塑料钢塑料聚结板属聚丙烯、塑料钢塑料聚结板属润湿聚结润湿聚结范畴；范畴； 纯聚丙烯板材，当吸油接近饱和时，纤维周围会产生纯聚丙烯板材，当吸油接近饱和时，纤维周围会产生 油水界面引起的分子膜状薄油摸，吸油趋于平衡，影响聚结油水界面引起的分子膜状薄油摸，吸油

33、趋于平衡，影响聚结 效果；效果； 玻璃钢材质吸油时，对油水界面引起的分子膜状薄油模玻璃钢材质吸油时，对油水界面引起的分子膜状薄油模 影响较小，吸油功能可保持良好，但板材加工难度大；影响较小，吸油功能可保持良好，但板材加工难度大； 碳钢、不锈钢聚结板材属碳钢、不锈钢聚结板材属碰撞聚结碰撞聚结范畴，板材表面经过范畴，板材表面经过 特殊处理后，亲水性能良好。不锈钢板聚结效果优于碳钢板，特殊处理后，亲水性能良好。不锈钢板聚结效果优于碳钢板， 其运行寿命大于碳钢板，但不锈钢板造价远高于其运行寿命大于碳钢板，但不锈钢板造价远高于 碳钢。碳钢。 4、粗粒化（聚结）装置、粗粒化（聚结）装置 单一式单一式一般为

34、立式结构：一般为立式结构： 下部配水，下部配水， 中部装填粗粒化材料中部装填粗粒化材料 上部出水上部出水 组合式组合式一般为卧式结构：一般为卧式结构： 前端为配水部分前端为配水部分 中部为粗粒化部分中部为粗粒化部分 中后部为斜板（管）分离部分中后部为斜板（管）分离部分 后部为集水部分后部为集水部分 聚结分离器聚结分离器 采用卧式压力聚结方式与斜板（管）除油装置结合除采用卧式压力聚结方式与斜板（管）除油装置结合除 油。其工艺原理图见图。油。其工艺原理图见图。 工作过程：工作过程： 原水进入装置前端，通过多喇叭口均匀布水，水流方式横原水进入装置前端，通过多喇叭口均匀布水，水流方式横 向流经三组斜交

35、错聚结板，使油珠聚结，悬浮物颗粒增大，然向流经三组斜交错聚结板，使油珠聚结，悬浮物颗粒增大，然 后再横向上移，自斜板组上部后再横向上移，自斜板组上部 均布，经斜板分离，油珠上浮均布，经斜板分离，油珠上浮 聚集，固体悬浮物下沉集聚排聚集，固体悬浮物下沉集聚排 除，净化水由斜板下方横向流除，净化水由斜板下方横向流 入集水腔。入集水腔。 四、气浮除油四、气浮除油 1、基本原理、基本原理 气浮：在含油污水中通入空气（或天然气），使水中产生气浮：在含油污水中通入空气（或天然气），使水中产生 微细气泡，有时还需加入浮选剂或混凝剂，使污水中颗微细气泡，有时还需加入浮选剂或混凝剂，使污水中颗 粒为粒为0.25

36、0.35 m的乳化油和分散油或水中悬浮颗粒粘的乳化油和分散油或水中悬浮颗粒粘 附在气泡上，随气体一起上浮到水面并加以回收，从而附在气泡上，随气体一起上浮到水面并加以回收，从而 达到含油污水除油除悬浮物的目的。达到含油污水除油除悬浮物的目的。 具体过程：通入空气具体过程：通入空气产生微细气泡产生微细气泡SS附着在气泡上附着在气泡上上浮上浮 应用：自然沉淀或上浮难于去除的悬浮物，以及比重接近应用：自然沉淀或上浮难于去除的悬浮物，以及比重接近1的的 固体颗粒。固体颗粒。 2 2 气浮的理论基础气浮的理论基础 水中颗粒与气泡粘附的条件水中颗粒与气泡粘附的条件 1)1) 水、气、固三相混合体系中，不同介

37、质表面因受力水、气、固三相混合体系中，不同介质表面因受力 不均衡而存在界面张力，气泡与颗粒或絮体一旦接触不均衡而存在界面张力，气泡与颗粒或絮体一旦接触 ，由于界面张力存在会产生表面吸附作用。，由于界面张力存在会产生表面吸附作用。 2 2）润湿周边：三相间的吸附界面构成的交界线。与润湿接触）润湿周边：三相间的吸附界面构成的交界线。与润湿接触 角有关系。角有关系。 3 3）亲水吸附与疏水吸附）亲水吸附与疏水吸附 泡沫的稳定性泡沫的稳定性 (1)(1)不稳定的后果：气泡浮到水面后，水分很快蒸发，不稳定的后果：气泡浮到水面后，水分很快蒸发， 泡沫极易破灭，会使已经浮到水面的污染物又脱落回到水泡沫极易破

38、灭，会使已经浮到水面的污染物又脱落回到水 中。中。 (2)(2)方法：投加起泡剂（表面活性物质）达到易起气泡的稳方法：投加起泡剂（表面活性物质）达到易起气泡的稳 定的目的。定的目的。 改变疏水性能改变疏水性能 向水中投加浮选剂，可以使颗粒由亲水性物质变为疏向水中投加浮选剂，可以使颗粒由亲水性物质变为疏 水性。水性。 结合方式结合方式（气浮中气泡对絮体和颗粒单体的结合方式）（气浮中气泡对絮体和颗粒单体的结合方式） 分为：气泡顶托；气泡裹携；气泡吸附分为：气泡顶托；气泡裹携；气泡吸附 3、气浮除油（除悬浮物）装置、气浮除油（除悬浮物）装置 按气体被引入水中的方式分为两类：按气体被引入水中的方式分为

39、两类： 溶解气气浮选装置；分散气气浮选装置溶解气气浮选装置；分散气气浮选装置 （1）溶解气气浮选装置）溶解气气浮选装置 溶气气浮原理溶气气浮原理： 使空气在一定的压力作用下，溶解于水并到达过饱和状使空气在一定的压力作用下，溶解于水并到达过饱和状 态，再减至常压释放，气体便以微小气泡的形式逸出。态，再减至常压释放，气体便以微小气泡的形式逸出。 A、容器真空气浮、容器真空气浮 常压空气溶于水，负压析出。常压空气溶于水，负压析出。 特点：整个气浮池在负压下操作，空气溶解容易，动力设备和特点：整个气浮池在负压下操作，空气溶解容易，动力设备和 电能消耗少。电能消耗少。 缺点：所有设备均要密封在气浮池内，

40、构造复杂，缺点：所有设备均要密封在气浮池内，构造复杂， 生产中使用不多。生产中使用不多。 B、 加压溶气气浮加压溶气气浮 工作原理：在加压条件下，使空气溶于水，形成空气过工作原理：在加压条件下，使空气溶于水，形成空气过 饱和状态。然后减至常压，使空气析出，以微小气泡释放饱和状态。然后减至常压，使空气析出，以微小气泡释放 于水中，实现气浮，此法形成气泡小，约于水中，实现气浮，此法形成气泡小，约 20 20 100m 100m ， 处理效果好，应用广泛。处理效果好，应用广泛。 其气浮工艺有三种形式：其气浮工艺有三种形式： 全溶气法全溶气法 电耗高，但气浮池溶积小。电耗高，但气浮池溶积小。 部分溶气

41、法部分溶气法(应用比较广泛应用比较广泛) 省电，溶气罐小。但若溶解空气多，需加大压力省电，溶气罐小。但若溶解空气多，需加大压力 回流加压溶气法回流加压溶气法 适用于适用于SS高的原水，但气浮池容积大。高的原水，但气浮池容积大。 组成：空气饱和设备、空气释放器、气浮池组成：空气饱和设备、空气释放器、气浮池 加压溶气气浮法的特点加压溶气气浮法的特点： 加压条件下，空气的溶解度大，能提供足够的微气泡，加压条件下，空气的溶解度大，能提供足够的微气泡， 确保气浮效果。确保气浮效果。 减压释放，产生气泡不仅微细（减压释放，产生气泡不仅微细（ 20-100m ），粒径均匀，粒径均匀， 密集度大，而且上浮稳定

42、，对液体扰动小。密集度大，而且上浮稳定，对液体扰动小。 特别适合于疏松絮凝体，细小颗粒的固液分离。特别适合于疏松絮凝体，细小颗粒的固液分离。 工艺设备和流程较为简单，便于管理维护。工艺设备和流程较为简单，便于管理维护。 对回流加压，处理效果显著、稳定，节约能耗。对回流加压，处理效果显著、稳定，节约能耗。 溶解气气浮选装置工艺过程溶解气气浮选装置工艺过程 使气体在压力状态下溶于水中，再将溶气水引入浮选使气体在压力状态下溶于水中，再将溶气水引入浮选 器首端或底部均匀配出，待压力降低后，溶入水中的气体便器首端或底部均匀配出，待压力降低后，溶入水中的气体便 释放出来，使被处理水中的油珠和悬浮物吸附到气

43、泡上，上释放出来，使被处理水中的油珠和悬浮物吸附到气泡上，上 浮聚集被去除。浮聚集被去除。 （2）分散气浮选装置）分散气浮选装置 A、旋转型浮选装置、旋转型浮选装置 机械转子旋转，在气液界面上产生液体漩涡，漩涡气液机械转子旋转，在气液界面上产生液体漩涡，漩涡气液 界面随着转速升高，可扩展到分离室底部以上。在漩涡中心界面随着转速升高，可扩展到分离室底部以上。在漩涡中心 的气腔中，压力低于大气压，引起分离室上部气相空间的蒸的气腔中，压力低于大气压，引起分离室上部气相空间的蒸 气下移，通过转子与水相混合，形成气水混合体。在转子的气下移，通过转子与水相混合，形成气水混合体。在转子的 旋转推动下向周边扩

44、散，形成与油、悬浮物混合、碰撞、吸旋转推动下向周边扩散，形成与油、悬浮物混合、碰撞、吸 附、聚集、上浮被去除的循环过程。附、聚集、上浮被去除的循环过程。 大多数旋转式分散气浮选装置设有四个浮选单元室。含大多数旋转式分散气浮选装置设有四个浮选单元室。含 油污水依次流经四个浮选单元室，水中含油和悬浮油污水依次流经四个浮选单元室，水中含油和悬浮 物逐级被去除净化。物逐级被去除净化。 B、喷射型浮选装置、喷射型浮选装置 该装置每个浮选单元均设置一个喷射器，利用泵将该装置每个浮选单元均设置一个喷射器，利用泵将 净化水打入浮选单元的喷射器，喷射器内的喷嘴局部产生净化水打入浮选单元的喷射器，喷射器内的喷嘴局

45、部产生 低气压，引起气浮单元上部气相空间的气体流向喷射器喷低气压，引起气浮单元上部气相空间的气体流向喷射器喷 嘴，气、水在喷嘴出口后的扩散段充分混合，射流进入浮嘴，气、水在喷嘴出口后的扩散段充分混合，射流进入浮 选单元中下部，与被处理的选单元中下部，与被处理的 污水混合，形成油、悬浮物污水混合，形成油、悬浮物 与气泡吸附、聚集，上浮被与气泡吸附、聚集，上浮被 去除。去除。 P27图2213 生产实践证明：生产实践证明：A型型 比比B型能耗高，气耗大。型能耗高，气耗大。 五、旋流除油五、旋流除油 1、基本原理、基本原理 利用油水密度差，在液流调整旋转时受到不等离心力利用油水密度差，在液流调整旋转

46、时受到不等离心力 的作用而实现油水分离。的作用而实现油水分离。 2、旋流除油装置、旋流除油装置水力旋流器水力旋流器 工作过程工作过程： 含油污水切向或螺旋向进入圆筒涡旋段，并沿旋含油污水切向或螺旋向进入圆筒涡旋段，并沿旋 流管轴向螺旋态流动，在同心缩径段，由于圆锥截面的收缩，流管轴向螺旋态流动，在同心缩径段，由于圆锥截面的收缩， 使流体增速，并促使已形成的螺旋流态向前流动，由于油水的使流体增速，并促使已形成的螺旋流态向前流动，由于油水的 密度差，水沿着管壁旋流，油珠移向中心，流体进入细锥段，密度差，水沿着管壁旋流，油珠移向中心，流体进入细锥段， 截面不断收缩，流速继续增大，小油珠继续移到中心汇

47、成油截面不断收缩，流速继续增大，小油珠继续移到中心汇成油 芯。流体进入平行尾段，由于流体恒速流动，对上段产生一定芯。流体进入平行尾段，由于流体恒速流动，对上段产生一定 的回压，使低压油芯向溢流口排出。的回压，使低压油芯向溢流口排出。 水力旋流器分离效率的影响因素：水力旋流器分离效率的影响因素： 离心力和介质阻力离心力和介质阻力 离心力：油旋流管中心向器壁辐射的力。离心力：油旋流管中心向器壁辐射的力。 球形液滴所受的离心力为：球形液滴所受的离心力为： 按斯托克斯公式求得的介质阻力为：按斯托克斯公式求得的介质阻力为： gr Vd F 6 )( tow 2 3 1 rw dVF3 2 忽略重力不计，

48、当离心力与介质阻力相等时，油忽略重力不计，当离心力与介质阻力相等时，油 滴的径向速度为：滴的径向速度为： 油滴在重力场内的浮升速度：油滴在重力场内的浮升速度： 分离因数分离因数Kc， ，是离心加速度与重力加速度的比值。 是离心加速度与重力加速度的比值。 统计计算表明：水力旋流器的分离因数在统计计算表明：水力旋流器的分离因数在500 2000之间。之间。 r Vd Vr w tow 1 )( 8 2 2 w ow 1 )( 8 2 dg Vg gr V V V K g r c 2 t 油滴直径油滴直径 r Vd Vr w tow 1 )( 8 2 2 ow rw t 1 rV V d 81 2

49、4 n n t i i D Q V t r V r tQ D d i )( 1 ow w in n 8 4 2 旋流器进出口水样中油滴旋流器进出口水样中油滴 直径的分布可用来评价旋流直径的分布可用来评价旋流 器分离效果。液体在旋流器内器分离效果。液体在旋流器内 停留时间仅为停留时间仅为12秒，当小粒秒，当小粒 径油滴占比例很大时，不可能有径油滴占比例很大时，不可能有 高的分离效率。高的分离效率。 流量流量 随着流量的增加，离心力也相应增加。随着流量的增加，离心力也相应增加。 对特定的旋流器，在保证分离效率的前提下，存在对特定的旋流器，在保证分离效率的前提下，存在 最大流量和最小流量的工作范围。

50、最大流量和最小流量的工作范围。 流量过小，离心力不足，影响油滴聚集；流量过大，油流量过小，离心力不足，影响油滴聚集；流量过大，油 芯容易不稳定。进出口压差过大，对油滴产生剪切作用。芯容易不稳定。进出口压差过大，对油滴产生剪切作用。 例如：一根直径例如：一根直径35mm的旋流管，最佳流量范围的旋流管，最佳流量范围100 200m3/d。 gr Vd F 6 )( tow 2 3 1 2 4 n n t i i D Q V 4 2 3 1 in inow 3 )(8 grD Qd F 密度密度 两种液体的密度差越大，旋流产生的离心力越大，两种液体的密度差越大，旋流产生的离心力越大， 分离效率越高。

51、分离效率越高。 3、对旋流除油的要求、对旋流除油的要求 应产生非常强烈的旋流，使分散相有足够的径向迁移；应产生非常强烈的旋流，使分散相有足够的径向迁移； 旋流器直径要小，并有足够大的长径比；旋流器直径要小，并有足够大的长径比； 油芯附近的液流层必须稳定，避免油水两相重混；油芯附近的液流层必须稳定，避免油水两相重混； 旋流器应具有很小的圆锥角，导流口能使液流产生好的旋流器应具有很小的圆锥角，导流口能使液流产生好的 旋转，且旋转轴与旋转器几何轴线重合。旋转，且旋转轴与旋转器几何轴线重合。 gr Vd F 6 )( tow 2 3 1 第三节第三节 混凝沉降混凝沉降 一、基本概念一、基本概念 混凝：

52、混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝，水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝， 是凝聚和絮凝的总称。是凝聚和絮凝的总称。 凝聚过程：水中胶体失去稳定性的过程，即脱稳。凝聚过程：水中胶体失去稳定性的过程，即脱稳。 混凝混凝 絮凝过程：脱稳胶体中粒子及微小悬浮物聚集过程。絮凝过程：脱稳胶体中粒子及微小悬浮物聚集过程。 混凝过程涉及：混凝过程涉及：水中胶体的性质；水中胶体的性质；混凝剂在水中的水解；混凝剂在水中的水解； 胶体与混凝剂的相互作用。胶体与混凝剂的相互作用。 二、水中胶体的稳定性二、水中胶体的稳定性 1、概念、概念 胶体稳定性：是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮胶体稳定

53、性：是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮 状态的特性。状态的特性。 2、胶体稳定性分类、胶体稳定性分类 动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力影响的能动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力影响的能 力强。力强。 聚集稳定性：聚集稳定性：胶体带电相斥（憎水性胶体）；胶体带电相斥（憎水性胶体）； 水化膜的阻碍（亲水性胶体）水化膜的阻碍（亲水性胶体） 在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳定性对胶体在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳定性对胶体 稳定性的影响起关键作用。胶体颗粒双电层结构稳定性的影响起关键作用。胶体颗粒双电层结构 见图见图4-1。 胶 核 滑动面 图 4-1 胶体双电层结

54、构示意 d 滑动面上的电位：滑动面上的电位： 称为称为 电位，决定了憎电位，决定了憎 水胶体的聚集稳定性；水胶体的聚集稳定性； 也决定亲水胶体的水也决定亲水胶体的水 化膜的阻碍，当化膜的阻碍，当电电 位降低时，水化膜减位降低时，水化膜减 薄及至消失。薄及至消失。 吸附层吸附层 扩散层扩散层 3、DLVO理论理论 胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥能与吸引能，胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥能与吸引能， 分别由静电斥力与范德华引力产生。分别由静电斥力与范德华引力产生。 胶体颗粒的相互作用势能与距离之间的关系，见图胶体颗粒的相互作用势能与距离之间的关系，见图2。 当胶体距离当胶体距离xoc时，吸引势

55、能占优势；当时，吸引势能占优势；当oa x7时最易生成垢。时最易生成垢。 H2S H2S与铁反应生成腐蚀产物与铁反应生成腐蚀产物硫化铁，其溶解度极小，通硫化铁，其溶解度极小，通 常形成薄薄一层附着紧密的垢。常形成薄薄一层附着紧密的垢。 所谓所谓“黑水黑水”就是悬浮的硫化铁。就是悬浮的硫化铁。 氧氧 铁与氧结合能形成许多化合物。其中，铁与氧结合能形成许多化合物。其中，Fe(OH)2、Fe(OH)3 和 和Fe2O3是常见的铁垢。是常见的铁垢。 “红水红水”是由水中含有的氧与铁作用的产物是由水中含有的氧与铁作用的产物氧氧 化化 铁的悬浮颗粒形成的铁的悬浮颗粒形成的 三、结垢原因三、结垢原因 1、不

56、相容论不相容论 各种水单独使用时，在系统条件下稳定且不结垢。混合各种水单独使用时，在系统条件下稳定且不结垢。混合 使用后，溶解在各种水中的离子之间发生反应，可能生成不使用后，溶解在各种水中的离子之间发生反应，可能生成不 溶解的产物溶解的产物垢。垢。 例如：将含有大量钡（例如：将含有大量钡（Ba2 ）的水与含有大量硫酸根（ ）的水与含有大量硫酸根（SO42-） 的水相混，必将生成硫酸钡（的水相混，必将生成硫酸钡（BaSO4）。）。 显然，显然，把两种或多种不相容的地面水混合注入地层是不把两种或多种不相容的地面水混合注入地层是不 合理的。合理的。 2、热力学条件变化论、热力学条件变化论 在油田生产

57、过程中，当压力、温度、在油田生产过程中，当压力、温度、pH值、流速以值、流速以 及溶解离子含量发生变化时，会增加结垢趋势。及溶解离子含量发生变化时，会增加结垢趋势。 3、吸附论、吸附论 结垢分为三个阶段：垢的析出，垢的长大，垢的沉积。结垢分为三个阶段：垢的析出，垢的长大，垢的沉积。 垢具有晶体结构，设备、管线具有粗糙表面时，成垢离垢具有晶体结构，设备、管线具有粗糙表面时，成垢离 子会吸附在表面上，并以其为结晶中心，不断长大，沉积子会吸附在表面上，并以其为结晶中心，不断长大，沉积 成致密的垢。成致密的垢。 也可以把腐蚀产物、细菌作为结晶中心形成垢。也可以把腐蚀产物、细菌作为结晶中心形成垢。 四、

58、垢的鉴别四、垢的鉴别 下列方法可初步判断垢的组成。下列方法可初步判断垢的组成。 1、判断方法一、判断方法一 把垢样浸于有机溶液中，溶去有机烃类物质，若溶剂把垢样浸于有机溶液中，溶去有机烃类物质，若溶剂 颜色变深，说明其中含有机质。颜色变深，说明其中含有机质。 2、判断方法、判断方法二二 检查垢样是否带有磁性，若有磁性且磁性较强，表明检查垢样是否带有磁性，若有磁性且磁性较强，表明 含有含有Fe2O3。 3、判断方法三、判断方法三 把垢样放入把垢样放入15的盐酸中，若发生强烈反应，并有臭鸡蛋的盐酸中，若发生强烈反应，并有臭鸡蛋 气味放出，表明含有大量气味放出，表明含有大量FeS；若放出的气体无味，

59、表明垢样；若放出的气体无味，表明垢样 中以中以CaCO3 为主；若酸液颜色变黄，表明垢样中含有铁的氧为主；若酸液颜色变黄，表明垢样中含有铁的氧 化物。化物。 4、判断方法四、判断方法四 若垢样不与若垢样不与15的盐酸溶液反应，则表明含有的盐酸溶液反应，则表明含有CaCO3、 SrSO4、BaSO4。 5、判断方法五、判断方法五 若垢样溶于水，表明垢样以若垢样溶于水，表明垢样以NaCl为主。为主。 1、避免混合不相容的水、避免混合不相容的水 注入两种不相容的水，要消除不相容问题，有两种做法：注入两种不相容的水，要消除不相容问题，有两种做法： 分开系统分开系统 两种水通过各自的注入系统进入不同的井

60、组。两种水通过各自的注入系统进入不同的井组。 连续注入连续注入 两种水分别处于两套储罐，交替注入。在注入管线中的两种水分别处于两套储罐，交替注入。在注入管线中的 混合区很小，产生的沉积体积不足以导致注入井堵塞。混合区很小，产生的沉积体积不足以导致注入井堵塞。 2、水的稀释、水的稀释 通常会结垢的注入水可以用另外一种水稀释，形成在水通常会结垢的注入水可以用另外一种水稀释，形成在水 系统条件下稳定的水。系统条件下稳定的水。 五、防垢五、防垢 3、控制、控制pH值值 降低降低pH值会增加铁化合物和碳酸盐的溶解度，但会值会增加铁化合物和碳酸盐的溶解度，但会 使水的腐蚀性变大而出现腐蚀问题。使水的腐蚀性