第六章原油及水处理系统

1、第六章 原油及污水处理系统 原油乳状液原油乳状液 原油处理的基本方法原油处理的基本方法 原油处理设计原油处理设计 油田污水处理油田污水处理概述概述 目前全国各油田绝大部分开发井都采用注水开发目前全国各油田绝大部分开发井都采用注水开发方式开采石油。从油井产出的油气混合物内含有方式开采石油。从油井产出的油气混合物内含有大量的采出水和泥砂等机械杂质。世界上所产原大量的采出水和泥砂等机械杂质。世界上所产原油的油的90%以上需进行脱水。以上需进行脱水。 对原油进行脱水、脱盐、脱除泥砂等机械杂质，对原油进行脱水、脱盐、脱除泥砂等机械杂质，使之成为合格商品原油的过程使之成为合格商品原油的过程原油处理原油处理

2、，国，国内常称原油脱水。内常称原油脱水。原油处理的目的原油处理的目的 满足商品原油水含量、盐含量的行业或国家标准满足商品原油水含量、盐含量的行业或国家标准 商品原油含水要求商品原油含水要求： 我国我国 0.52.0 国际上国际上 0.13.0，多数为，多数为0.2 原油允许含水量与原油密度有关原油允许含水量与原油密度有关：密度大脱水难度高的：密度大脱水难度高的原油，允许水含量略高。原油，允许水含量略高。 含盐量的要求含盐量的要求：我国绝大部分油田原油含盐量不高，商：我国绝大部分油田原油含盐量不高，商品原油含盐量无明确要求，一般不进行专门的脱盐处理。品原油含盐量无明确要求，一般不进行专门的脱盐处

3、理。 降低原油密度降低原油密度 原油密度是原油质量和售价的的重要依据，原油原油密度是原油质量和售价的的重要依据，原油含水增大了原油密度，原油售价降低，不利于卖方。含水增大了原油密度，原油售价降低，不利于卖方。 降低燃料费用降低燃料费用 原油含水增大了燃料消耗、占用了部分集油、加原油含水增大了燃料消耗、占用了部分集油、加热、加工资源，增加了原油生产成本。热、加工资源，增加了原油生产成本。 原油处理的目的原油处理的目的 减少减少管线和设备的结垢和腐蚀。管线和设备的结垢和腐蚀。原油内的含盐水引原油内的含盐水引起金属的结垢与腐蚀，泥砂等固体杂质使泵、管路起金属的结垢与腐蚀，泥砂等固体杂质使泵、管路等设

4、施的机械磨损，降低管路和设备的使用寿命。等设施的机械磨损，降低管路和设备的使用寿命。 保证炼制工作的正常进行保证炼制工作的正常进行原油处理的目的（续）原油处理的目的（续） 降低原油粘度和动力费用。降低原油粘度和动力费用。 相对密度相对密度0.876的原油，含水增加的原油，含水增加1，粘度增大，粘度增大2；相对密度相对密度0.996的原油，含水增加的原油，含水增加1，粘度增大，粘度增大4；第一节第一节 原油乳状液原油乳状液 游离水游离水 常温下用静止沉降法短时间内能从油中分离常温下用静止沉降法短时间内能从油中分离的水，常在沉降罐和三相分离器中脱除。的水，常在沉降罐和三相分离器中脱除。 乳化水乳化

5、水 用沉降法很难脱除的水，与原油的混合物称用沉降法很难脱除的水，与原油的混合物称为油水乳状液为油水乳状液 （原油乳状液）。（原油乳状液）。 脱除游离水后，原油密度越大，乳化水含量脱除游离水后，原油密度越大，乳化水含量越高。越高。一、乳状液类型一、乳状液类型 乳状液乳状液 两种或两种以上不互溶或微量互溶的液体，其两种或两种以上不互溶或微量互溶的液体，其中一种以极小的液滴分散于另一种液体中，这种分中一种以极小的液滴分散于另一种液体中，这种分散物系称为乳状液，乳状液都有一定的稳定性。散物系称为乳状液，乳状液都有一定的稳定性。 原油乳状液的类型原油乳状液的类型油包水型（油包水型（W/O）：油田最常见的

6、原油乳状液。）：油田最常见的原油乳状液。水包油型（水包油型（O/W）：在采出水中常存在，原油处理中：在采出水中常存在，原油处理中 很少见。又称反相乳状液。很少见。又称反相乳状液。 油水乳状液类型的判别方法油水乳状液类型的判别方法鉴别方法鉴别方法说明说明染色法染色法 往乳状液中加入油溶性染料，轻轻搅动，若乳状往乳状液中加入油溶性染料，轻轻搅动，若乳状液呈现染料的颜色，则外相是油，乳状液是液呈现染料的颜色，则外相是油，乳状液是W/O型；型；若分散液滴呈染料颜色，则分散相是油，为若分散液滴呈染料颜色，则分散相是油，为O/W型。型。冲淡法冲淡法 将两滴乳状液分别滴在玻璃板上，然后将形成该将两滴乳状液分

7、别滴在玻璃板上，然后将形成该乳状液的油和水，分别滴在两滴乳状液中，轻轻搅拌，乳状液的油和水，分别滴在两滴乳状液中，轻轻搅拌，易于和油混合者为易于和油混合者为W/O型；易于和水混合者为型；易于和水混合者为O/W型。型。电导法电导法 导电性好的为导电性好的为O/W型，差的为型，差的为W/O型。型。滤纸法滤纸法 将乳状液滴在滤纸上，若能迅速铺开，滤纸上只将乳状液滴在滤纸上，若能迅速铺开，滤纸上只留下一小滴油，则为留下一小滴油，则为O/W型；若铺不开，则为型；若铺不开，则为W/O型。型。显微镜法显微镜法二、乳状液生成机理二、乳状液生成机理1、乳状液生成条件、乳状液生成条件 系统中必须存在两种或两种以上

8、互不相溶（或系统中必须存在两种或两种以上互不相溶（或微量互溶）的液体微量互溶）的液体 要有强烈的搅动，使一种液体破碎成微小液滴要有强烈的搅动，使一种液体破碎成微小液滴分散于另一种液体中分散于另一种液体中 要有乳化剂存在，使微小液滴能稳定地存在于要有乳化剂存在，使微小液滴能稳定地存在于另一种液体中另一种液体中 2、界面能和界面张力、界面能和界面张力 不平衡力场作用下，液体表面不平衡力场作用下，液体表面 有自动缩小的趋势；有自动缩小的趋势； 在恒温恒压下，物系有自动向在恒温恒压下，物系有自动向 自由能减小方向进行的趋势；自由能减小方向进行的趋势； 油水形成乳状液时，接触界面和界面能都很大，油水形成

9、乳状液时，接触界面和界面能都很大，分散相液滴会自发地合并，缩小界面面积使界面分散相液滴会自发地合并，缩小界面面积使界面能趋向最低。能趋向最低。3、乳化剂、乳化剂乳化剂：乳化剂：使乳状液稳定的物质使乳状液稳定的物质作用作用：吸附在油水界面上，形成吸附层：吸附在油水界面上，形成吸附层 （1 1）使油水界面的界面张力下降，减少了剪切水相变为小水滴所需）使油水界面的界面张力下降，减少了剪切水相变为小水滴所需的能量，也减小了使水滴聚结、合并的表面能；的能量，也减小了使水滴聚结、合并的表面能； （2）若吸附层具有凝胶状弹性结构，在分散相液滴周围形成坚固、）若吸附层具有凝胶状弹性结构，在分散相液滴周围形成坚

10、固、有韧性的膜，阻止水滴碰撞中的聚结、合并、沉降有韧性的膜，阻止水滴碰撞中的聚结、合并、沉降 （3）若乳化剂为极性分子，排列在水滴界面上形成电荷，使水滴相）若乳化剂为极性分子，排列在水滴界面上形成电荷，使水滴相互排斥，阻止水滴合并沉降。互排斥，阻止水滴合并沉降。 （4）固体粉末聚集在油水界面上构成坚固而稳定的薄膜，阻碍分散固体粉末聚集在油水界面上构成坚固而稳定的薄膜，阻碍分散相颗粒碰撞时的合并，是乳状液稳定的又一机理。相颗粒碰撞时的合并，是乳状液稳定的又一机理。三、乳状液的性质三、乳状液的性质1、稳定性、稳定性乳状液稳定性：是指乳状液抗油水分层的能力。乳状液稳定性：是指乳状液抗油水分层的能力。

11、影响原油乳状液稳定的因素：影响原油乳状液稳定的因素： 分散相颗粒分散相颗粒 外相原油粘度外相原油粘度 油水密度差油水密度差 界面膜和界面张力界面膜和界面张力 老化老化 内相颗粒表面带电内相颗粒表面带电 温度温度 原油类型原油类型 相体积比相体积比 水相盐含量水相盐含量 pH值值 分散相颗粒分散相颗粒 粒径越小、越均匀，越稳定；粒径越小、越均匀，越稳定； 粒径大小还表示乳状液受搅拌的强烈程度。粒径大小还表示乳状液受搅拌的强烈程度。 外相原油粘度外相原油粘度 分散相的平均粒径愈大分散相的平均粒径愈大稳定性差稳定性差 乳化水滴的运动、聚结、合并、沉降愈难乳化水滴的运动、聚结、合并、沉降愈难 增大了乳

12、状液稳定性增大了乳状液稳定性粘度越大粘度越大 油水密度差油水密度差 密度差愈大，油水容易分离密度差愈大，油水容易分离稳定性较差。稳定性较差。 界面膜和界面张力界面膜和界面张力 乳化剂构成的界面膜，阻止水滴碰撞合并，维持乳化剂构成的界面膜，阻止水滴碰撞合并，维持乳状液的稳定性。乳状液的稳定性。 老化老化 反映了时间对乳状液稳定性的影响。反映了时间对乳状液稳定性的影响。 内相颗粒表面带电内相颗粒表面带电 内相颗粒界面上带有同种电荷是乳状液稳定的重内相颗粒界面上带有同种电荷是乳状液稳定的重要原因。要原因。 温度温度 提高温度可降低乳状液的提高温度可降低乳状液的稳定性：稳定性： 降低外相原油粘度；降低

13、外相原油粘度； 提高乳化剂的溶解度，削弱界面膜强度；提高乳化剂的溶解度，削弱界面膜强度； 加剧内相颗粒的布朗运动，增加水滴碰撞合并的几率。加剧内相颗粒的布朗运动，增加水滴碰撞合并的几率。 原油类型原油类型 决定了原油内所含天然乳化剂的数量和类型。决定了原油内所含天然乳化剂的数量和类型。 环烷基和混合基原油乳状液稳定，石蜡基原油乳状液稳环烷基和混合基原油乳状液稳定，石蜡基原油乳状液稳 定性较差。定性较差。 相体积比相体积比 增加分散相体积使乳状液稳定性变差。增加分散相体积使乳状液稳定性变差。 水相盐含量水相盐含量 淡水和盐含量低的采出水易形成稳定乳状液。淡水和盐含量低的采出水易形成稳定乳状液。

14、pH值值 pH值增加，内相颗粒界面膜的弹性和机械强度降值增加，内相颗粒界面膜的弹性和机械强度降低，乳状液稳定性变差。低，乳状液稳定性变差。2、原油乳状液的密度原油乳状液的密度 原油含水、含盐后，密度显著增大。原油含水、含盐后，密度显著增大。 若已知乳状液体积含水率若已知乳状液体积含水率，原油和水的，原油和水的密度密度o和和w w，原油乳状液的密度可按下式确定：，原油乳状液的密度可按下式确定： wowowwooVVVV13、乳状液粘度、乳状液粘度 外相粘度外相粘度 内相体积浓度（含水率）内相体积浓度（含水率） 温度温度 分散相颗粒分散相颗粒 乳化剂及界面膜性质乳化剂及界面膜性质 内相颗粒表面带电

15、强弱内相颗粒表面带电强弱影响因素影响因素曲线曲线温度温度/ 剪切速率剪切速率140272408135027450815708164027（加药）（加药）74081（加药）（加药）1、原油乳状液的生成、原油乳状液的生成 原油中含水，并含有足够数量的天然乳化剂，一原油中含水，并含有足够数量的天然乳化剂，一般生成稳定的般生成稳定的W/O型原有乳状液。型原有乳状液。 原油中所含的天然乳化剂：原油中所含的天然乳化剂： 胶质、沥青质、环烷酸、脂肪酸、氮和硫的有机胶质、沥青质、环烷酸、脂肪酸、氮和硫的有机物、蜡晶、粘土、砂粒、铁锈、钻井修井液等。物、蜡晶、粘土、砂粒、铁锈、钻井修井液等。 另外，原油生产中使

16、用的缓蚀剂、杀菌剂、润湿另外，原油生产中使用的缓蚀剂、杀菌剂、润湿剂和强化采油的化学药剂都是生成乳状液的乳化剂。剂和强化采油的化学药剂都是生成乳状液的乳化剂。四、石油生产中乳状液的生成和预防四、石油生产中乳状液的生成和预防2、防止稳定乳状液生成措施、防止稳定乳状液生成措施 尽量减少对油水混合物的剪切和搅拌尽量减少对油水混合物的剪切和搅拌 尽早脱水尽早脱水（1）自喷井自喷井产生乳状液的原因：产生乳状液的原因： 油水混合物沿油管向地面流动，随着压力降低，油水混合物沿油管向地面流动，随着压力降低，气体析出膨胀，对油、水产生破碎和搅动。气体析出膨胀，对油、水产生破碎和搅动。 混合物流过喷嘴时，流速猛增

17、，压力急剧下降，混合物流过喷嘴时，流速猛增，压力急剧下降，使油水充分破碎，形成较为稳定的乳状液。使油水充分破碎，形成较为稳定的乳状液。取样位置取样位置分析次数分析次数油嘴压降油嘴压降平均含水率平均含水率总含水率总含水率游离水含率游离水含率乳化水含率乳化水含率油嘴后油嘴后780.250.3560.022.038.0油嘴前油嘴前460.250.3562.244.717.5油嘴后油嘴后90.91.060.00.759.3油嘴前后乳化水含量油嘴前后乳化水含量减少原油乳状液生成的预防措施：减少原油乳状液生成的预防措施： 用大油嘴并提高集输系统和油气分离器压力，减用大油嘴并提高集输系统和油气分离器压力，减

18、小油嘴前后的压差；小油嘴前后的压差； 油嘴装在井底油嘴装在井底（2）深井泵采油深井泵采油 防止抽油机固定阀、游动阀、柱塞漏泄产生激烈搅防止抽油机固定阀、游动阀、柱塞漏泄产生激烈搅动动 选择较大尺寸的固定阀和游动阀、并用气锚（使气选择较大尺寸的固定阀和游动阀、并用气锚（使气体进入油套环空内的装置），避免气体进入泵筒内体进入油套环空内的装置），避免气体进入泵筒内 提高深井泵容积效率提高深井泵容积效率 往油井油套环空内注入破乳剂往油井油套环空内注入破乳剂 能有效地阻止原油在井内乳化，还能使油井增产。能有效地阻止原油在井内乳化，还能使油井增产。（3）气举井气举井产生乳状液的场所：井口，气举气进入油管处

19、产生乳状液的场所：井口，气举气进入油管处间歇气举：井口、地面管网内产生乳状液；间歇气举：井口、地面管网内产生乳状液；连续气举：注气点产生连续气举：注气点产生（4）地面集输管网）地面集输管网 集输过程促成乳状液生成的因素集输过程促成乳状液生成的因素 多相混输管路、离心泵，弯头、三通、阀件等多相混输管路、离心泵，弯头、三通、阀件等对混合物产生的搅拌。对混合物产生的搅拌。 预防措施预防措施 在集输系统的规划、设计、日常操作管理中尽在集输系统的规划、设计、日常操作管理中尽量避免混合物的激烈掺混：量避免混合物的激烈掺混： 管径不宜太小；管径不宜太小； 尽量减少弯头、三通、阀件等的局部阻力；尽量减少弯头、

20、三通、阀件等的局部阻力； 充分利用地形输送；充分利用地形输送； 流程中避免对流体的反复减压和增压；流程中避免对流体的反复减压和增压； 尽早分出混合物中的伴生气；尽早分出混合物中的伴生气； 注意各种阀门的严密性。注意各种阀门的严密性。 原油中水的类型：游离水和乳化水原油中水的类型：游离水和乳化水 原油处理常用的方法原油处理常用的方法 化学破乳剂化学破乳剂 重力沉降重力沉降 加热加热 机械机械 电脱水电脱水 各种常见脱水方法的共同点：各种常见脱水方法的共同点：创造条件使油水依靠创造条件使油水依靠密度差和所受重力不同而分层。密度差和所受重力不同而分层。第二节第二节 原油处理的基本方法原油处理的基本方

21、法一、常用术语一、常用术语1、破乳破乳 乳状液的破坏即破乳。乳状液的破坏即破乳。 原油乳状液的破乳过程原油乳状液的破乳过程 分散水滴接近结合分散水滴接近结合 界面膜破裂界面膜破裂 水滴合并粒径增大水滴合并粒径增大 在油相中沉降分离在油相中沉降分离 即即水滴的絮凝、聚结和沉降水滴的絮凝、聚结和沉降。 原油乳状液破乳的关键原油乳状液破乳的关键 破坏油水界面膜，使水滴聚结和沉降。破坏油水界面膜，使水滴聚结和沉降。2、絮凝、絮凝 某些高分子聚合物（絮凝剂）的长链分子某些高分子聚合物（絮凝剂）的长链分子具有多个活性集团，附着在水滴上使乳化水滴具有多个活性集团，附着在水滴上使乳化水滴聚集在一起，但界面膜连

22、续没有破裂，水滴没聚集在一起，但界面膜连续没有破裂，水滴没有合并成大水滴。显微镜下观察到：水滴絮凝有合并成大水滴。显微镜下观察到：水滴絮凝在一起呈鱼籽状。在一起呈鱼籽状。一、常用术语一、常用术语3、聚结聚结 小粒径水滴合并成大粒径水滴，并在规定时间小粒径水滴合并成大粒径水滴，并在规定时间内沉降至容器底部水层的过程内沉降至容器底部水层的过程聚结。聚结。 聚结时间估算聚结时间估算sjjKddt06d0起始粒径；起始粒径； d最终粒径；最终粒径； 乳状液体积水含率；乳状液体积水含率；Ks特定系统的经验参数；特定系统的经验参数； j 大于大于3的经验参数，与水的经验参数，与水 滴碰撞反弹概率有关。滴碰

23、撞反弹概率有关。一、常用术语一、常用术语 乳状液在处理容器内的聚结时间乳状液在处理容器内的聚结时间t与能沉与能沉降至底部水层的水滴粒径降至底部水层的水滴粒径d有关有关 在其他条件不变的条件下，分散相浓度愈在其他条件不变的条件下，分散相浓度愈大，所需的脱水时间大，所需的脱水时间t愈短愈短 4、沉降沉降 乳化水滴在原油中的沉降速度用乳化水滴在原油中的沉降速度用Stokes公式描述。公式描述。18ow2ddgdV 与水滴粒径的平方成正比；与水滴粒径的平方成正比； 与油水密度差成正比；与油水密度差成正比； 与原油粘度成正比；与原油粘度成正比； 在离心场内，可加速水滴的沉降。在离心场内，可加速水滴的沉降

24、。沉降速度的影响因素沉降速度的影响因素一、常用术语一、常用术语二、破乳剂脱水二、破乳剂脱水 破乳剂一般都是人工合成的大分子、高分子或超破乳剂一般都是人工合成的大分子、高分子或超高分子的表面活性剂。高分子的表面活性剂。 破乳过程中破乳剂的作用破乳过程中破乳剂的作用 1、降低乳化水滴的界面张力和界面膜强度、降低乳化水滴的界面张力和界面膜强度 2、消除水滴间的静电斥力，使水滴絮凝、消除水滴间的静电斥力，使水滴絮凝 3、有聚结作用、有聚结作用 4、能润湿固体，防止固体粉末乳化剂构成的界面、能润湿固体，防止固体粉末乳化剂构成的界面 膜阻碍水滴聚结。膜阻碍水滴聚结。 破乳剂类型破乳剂类型1、离子型破乳剂、

25、离子型破乳剂 溶于水时，能电离生成离子。溶于水时，能电离生成离子。 按其在水溶液中具有表面活性作用的离子电性，按其在水溶液中具有表面活性作用的离子电性，可分为阳离子、阴离子和两性离子等类别。可分为阳离子、阴离子和两性离子等类别。2、非离子型破乳剂、非离子型破乳剂 以环氧乙烷、环氧丙烷等有机合成原料为基础，以环氧乙烷、环氧丙烷等有机合成原料为基础，在具有活泼氢起始剂引发下、有催化剂存在时，按一定在具有活泼氢起始剂引发下、有催化剂存在时，按一定程序聚合而成。程序聚合而成。非离子型破乳剂的优点非离子型破乳剂的优点用量少用量少 不产生沉淀不产生沉淀 脱出水中含油少脱出水中含油少 脱水成本低脱水成本低

26、非离子型破乳剂的类型非离子型破乳剂的类型水溶性：可配制成任意浓度的水溶液水溶性：可配制成任意浓度的水溶液油溶性：净化油的能力比水溶性的高，脱出水含油高油溶性：净化油的能力比水溶性的高，脱出水含油高混合型：能增加使用的灵活性混合型：能增加使用的灵活性 破乳剂的评价破乳剂的评价 1、脱水率、脱水率 2、出水速度、出水速度 3、油水界面状态、油水界面状态 4、脱出水的含油率、脱出水的含油率 5、最佳用量、最佳用量 6、低温脱水性能、低温脱水性能破乳剂脱水的优缺点破乳剂脱水的优缺点 优点优点1、在系统内较早注入可防止乳状液的形成；、在系统内较早注入可防止乳状液的形成；2、可在较低温度下脱水，节约燃料，

27、降低、可在较低温度下脱水，节约燃料，降低原油蒸发体积损失以及因原油密度增大的经原油蒸发体积损失以及因原油密度增大的经济损失。济损失。 缺点缺点1、注入破乳剂剂量过多时，可生成新的、注入破乳剂剂量过多时，可生成新的、稳定性更高的乳状液；稳定性更高的乳状液；2、若破乳剂量较大时，仅靠其脱水费用过、若破乳剂量较大时，仅靠其脱水费用过高。高。三、重力沉降脱水三、重力沉降脱水游离水脱除器游离水脱除器 与三相分离器的主与三相分离器的主要区别：根据油水混合要区别：根据油水混合物内的水量来确定大小。物内的水量来确定大小。 沉降罐沉降罐1、结构、结构水洗水洗沉降沉降2、工作原理、工作原理3、沉降罐工作效率的衡量

28、标准及影响因素沉降罐工作效率的衡量标准及影响因素 衡量标准衡量标准（1）沉降时间）沉降时间 油水混合物在罐内的停留时间，表示沉降罐处油水混合物在罐内的停留时间，表示沉降罐处理油水混合物的能力；理油水混合物的能力；（2）操作温度）操作温度（3）原油中剩余含水率）原油中剩余含水率（4）脱除水中含油率）脱除水中含油率 影响因素影响因素（1）破乳剂的选择和用量）破乳剂的选择和用量 （2）油水混合物的性质）油水混合物的性质 （3）配液管工艺设计）配液管工艺设计 （4）原油中所含溶解气的析出）原油中所含溶解气的析出 重力沉降脱水的优缺点重力沉降脱水的优缺点优点优点：1、进罐混合物无需加热，节省燃料；、进罐

29、混合物无需加热，节省燃料； 2、操作简单，要求自控水平低；、操作简单，要求自控水平低； 3、原油轻质组分损失少，原油体积、密度、原油轻质组分损失少，原油体积、密度 变化小。变化小。缺点缺点：1、不适用于气油比大的原油乳状液；、不适用于气油比大的原油乳状液； 2、不适用于海洋原油处理；、不适用于海洋原油处理； 3、投资、检查、维护费用较高；、投资、检查、维护费用较高； 4、热损失较大；、热损失较大； 5、存在截面流动不均、短路流及流动死区。、存在截面流动不均、短路流及流动死区。 脱水原理脱水原理 提高加剂油水混合物的温度，加速乳状液破乳提高加剂油水混合物的温度，加速乳状液破乳和油水分离。和油水分

30、离。 加热脱水的原则加热脱水的原则1、尽可能降低加热脱水温度；、尽可能降低加热脱水温度；2、加热前尽可能脱除游离水，减少无效热能消耗；、加热前尽可能脱除游离水，减少无效热能消耗；3、有废热可利用场合，优先利用废热加热乳状液；、有废热可利用场合，优先利用废热加热乳状液；4、尽可能一热多用，节省燃料。、尽可能一热多用，节省燃料。四、加热脱水四、加热脱水加热脱水设备加热脱水设备1、加热炉、加热炉2、加热处理器（、加热处理器（heater-treater） 集加热、脱水、脱气功能于一体的容器。不适集加热、脱水、脱气功能于一体的容器。不适合处理含水量很大的乳状液。合处理含水量很大的乳状液。 立式立式：脱

31、气段、聚结沉降段、加热水洗段（油：脱气段、聚结沉降段、加热水洗段（油水停留时间水停留时间35min）、游离水脱除段四部分组成。）、游离水脱除段四部分组成。适用于油田单井井流的处理。适用于油田单井井流的处理。 卧式卧式：结构与无电极的静电脱水器相同。：结构与无电极的静电脱水器相同。静电加热脱水器 脱水原理脱水原理 利用聚结介质亲水憎油并提供很大表面积的性利用聚结介质亲水憎油并提供很大表面积的性质，促使水滴聚结沉降。质，促使水滴聚结沉降。五、机械脱水五、机械脱水 机械脱水的优缺点机械脱水的优缺点 优点：无需加热优点：无需加热 缺点：处理较脏或含蜡原油时容易堵塞聚结缺点：处理较脏或含蜡原油时容易堵塞

32、聚结材料的通道。材料的通道。 注注：机械脱水一般不作为独立的处理过程，：机械脱水一般不作为独立的处理过程，常与其它脱水方法配合使用。常与其它脱水方法配合使用。 离心脱水原理离心脱水原理 利用离心场内离利用离心场内离心加速度大于重力加心加速度大于重力加速度，促进水滴的沉速度，促进水滴的沉降和油水分层。降和油水分层。六、离心脱水六、离心脱水七、静电脱水七、静电脱水 静电脱水原理静电脱水原理 将原油乳状液置于高压直流或交流电场中，将原油乳状液置于高压直流或交流电场中，由于电场对水滴的作用，削弱了水滴界面膜的强由于电场对水滴的作用，削弱了水滴界面膜的强度，促使水滴碰撞，合并成粒径较大的水滴，在度，促使

33、水滴碰撞，合并成粒径较大的水滴，在原油中沉降分离出来。原油中沉降分离出来。 水滴在电场中的三种聚结方式：水滴在电场中的三种聚结方式： 电泳聚结，偶极聚结，振荡聚结电泳聚结，偶极聚结，振荡聚结 静电脱水的适用条件静电脱水的适用条件 1、电法脱水只适宜于油包水型乳状液。、电法脱水只适宜于油包水型乳状液。 原油的导电率很小，乳状液通过极间空间时，电极间原油的导电率很小，乳状液通过极间空间时，电极间电流很小，能建立起脱水所需的电场强度。电流很小，能建立起脱水所需的电场强度。 水包油型乳状液通过极间空间时，由于带有酸碱盐等水包油型乳状液通过极间空间时，由于带有酸碱盐等离子的水是良导体，导致极间电压下降，

34、电流猛增，产生离子的水是良导体，导致极间电压下降，电流猛增，产生电击穿现象。电击穿现象。 2、一般进入电脱水器的原油含水率低于、一般进入电脱水器的原油含水率低于3030。 含水率较高的油包水型乳状液，电法脱水也易产生含水率较高的油包水型乳状液，电法脱水也易产生电电击穿现象击穿现象。静电脱水的优点静电脱水的优点1、能在较低温度下破乳，节省燃料，也减少原油、能在较低温度下破乳，节省燃料，也减少原油的密度和蒸发损失；的密度和蒸发损失；2、静电脱水处理器的处理量大，在相同处理量下、静电脱水处理器的处理量大，在相同处理量下容器较小，更适用于海洋平台；容器较小，更适用于海洋平台；3、脱水、脱水温度低，净化

35、原油含水率低，结垢和腐蚀温度低，净化原油含水率低，结垢和腐蚀倾向减小。倾向减小。主要缺点：主要缺点：增加设备投资、控制和维修费用。增加设备投资、控制和维修费用。 设计步骤设计步骤 设计资料收集、处理方法选择、确定处理设设计资料收集、处理方法选择、确定处理设备的尺寸、确定流程。备的尺寸、确定流程。 设备尺寸的确定方法设备尺寸的确定方法1、停留时间法、停留时间法2、水滴沉降和停留时间结合法、水滴沉降和停留时间结合法 第三节第三节 原油处理设计原油处理设计a.选择处理温度，确定原油选择处理温度，确定原油 粘度；粘度；b.确定处理温度下必须沉降确定处理温度下必须沉降 的最小水滴粒径；的最小水滴粒径；c

36、.确定处理器外形尺寸；确定处理器外形尺寸；d.用停留时间法检查容器用停留时间法检查容器 尺寸；尺寸；e.改变处理温度重复上述改变处理温度重复上述 计算，从多个尺寸中选优。计算，从多个尺寸中选优。脱水流程举例脱水流程举例脱水流程举例脱水流程举例 油田污水处理油田污水处理 一一. . 概概 述述 二二. . 物理法除油物理法除油 三三. . 混凝处理混凝处理 四四. . 过过 滤滤 五五. . 防垢、缓蚀和杀菌防垢、缓蚀和杀菌 六六. . 污水处理工艺流程污水处理工艺流程 原油脱水站原油脱水站； 各种原油储罐的罐底水、将含盐量较高的原油各种原油储罐的罐底水、将含盐量较高的原油用其他清水洗盐后的污水

37、；用其他清水洗盐后的污水； 为了提高注水量，有效地保护井下管柱，需定为了提高注水量，有效地保护井下管柱，需定期对注水井进行洗井作业，为减少油区环境污期对注水井进行洗井作业，为减少油区环境污染，大部分油田都将洗井水建网回收进入污水染，大部分油田都将洗井水建网回收进入污水处理站；处理站； 钻井污水、井下作业污水、油区站场周边工业钻井污水、井下作业污水、油区站场周边工业废水等废水等。 一、油田污水的来源一、油田污水的来源第一第一. 概概 述述 为便于叙述，为便于叙述， 未经任何处理的油田含油污水简称未经任何处理的油田含油污水简称原水；原水； 经过自然除油或混凝沉降除油后的污水称经过自然除油或混凝沉降

38、除油后的污水称初步净化水；初步净化水； 经过过滤的污水称经过过滤的污水称滤后水；滤后水； 凡是经过处理后的污水都叫凡是经过处理后的污水都叫净化水。净化水。 二、油田污水处理利用的意义二、油田污水处理利用的意义 如果含油污水不处理利用，任意排如果含油污水不处理利用，任意排放必将带来严重的后果，不但浪费了水和原放必将带来严重的后果，不但浪费了水和原油，而且会严重污染环境，影响油田安全生油，而且会严重污染环境，影响油田安全生产。因此必须合理地处理利用含油污水。产。因此必须合理地处理利用含油污水。三、三、原水中的杂质原水中的杂质 悬浮固体：悬浮固体：其颗粒直径范围取其颗粒直径范围取1100m，泥砂、泥

39、砂、 各种腐蚀产物及垢、细菌、有机物；各种腐蚀产物及垢、细菌、有机物； 胶体：胶体：粒径为粒径为1 10-31m，主要由泥砂、，主要由泥砂、腐蚀结垢产物和微细有机物构成，物质组成腐蚀结垢产物和微细有机物构成，物质组成与悬浮固体基本相似；与悬浮固体基本相似； 分散油及浮油：分散油及浮油：0100m 的分散油和大于的分散油和大于100m 的浮油。的浮油。 乳化油：乳化油：原水中有原水中有10左右的左右的110-310m的乳化油。的乳化油。 溶解物质：溶解物质：无机盐类、气体。无机盐类、气体。四、水质标准四、水质标准 1净化污水回注水质标准净化污水回注水质标准 注水水质标：国内各油田注水水质注水水质

40、标：国内各油田注水水质标准执行标准执行SY/T532994碎屑岩油藏注碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法水水质推荐指标及分析方法（表（表6-1） 目前，油田污水排放标准执行目前，油田污水排放标准执行GB8978污水综合排放标准污水综合排放标准。 污水综合排放标准污水综合排放标准按照污水排放按照污水排放去向，分年限规定了去向，分年限规定了6969种水污染物最高允许种水污染物最高允许排放浓度及部分行业最高允许排水量。排放浓度及部分行业最高允许排水量。 2 2污水综合排放标准污水综合排放标准 主要控制指标主要控制指标 该标准将排放的污染物按其性质和控该标准将排放的污染物按其性质和控制方式分为两类。

41、对于第一类污染物（详见制方式分为两类。对于第一类污染物（详见表表6-2所示），不分行业和污染排放方式，所示），不分行业和污染排放方式，也不分受纳水体的功能分类，一律在排放口也不分受纳水体的功能分类，一律在排放口取样，其最高允许排放浓度必须达到表取样，其最高允许排放浓度必须达到表6-2要求。要求。 第一类污染物第一类污染物第一类污染物第一类污染物 对于第二类污染物，在排放口采样，对于第二类污染物，在排放口采样，按工程建设年限不同必须达到相应指标要求。按工程建设年限不同必须达到相应指标要求。 主要控制指标有：主要控制指标有：pH值、色度、悬浮值、色度、悬浮物、物、BOD5，COD、石油类、动植物油

42、、挥、石油类、动植物油、挥发酚、总氰化物、等发酚、总氰化物、等50余项。对于第二类污余项。对于第二类污染物排放浓度指标详见染物排放浓度指标详见GB8978污水综合污水综合排放标准排放标准。 第二类污染物第二类污染物 五、原水杂质分析五、原水杂质分析 原水杂质分析是油田污水处理工艺原水杂质分析是油田污水处理工艺的依据，应根据净化水的不同去向，选择的依据，应根据净化水的不同去向，选择不同的分析项目。不同的分析项目。 1 1净化污水回注时分析项目净化污水回注时分析项目 pH值值 悬浮固体悬浮固体 浊度浊度 温度温度 相对密度相对密度溶解氧溶解氧硫化物硫化物细菌数量细菌数量阳离子组分阳离子组分阴离子组

43、分阴离子组分总矿化度总矿化度 为了使净化水达到排放标淮，净化水为了使净化水达到排放标淮，净化水质要按质要按污水综合排放标准污水综合排放标准有关规定执行。有关规定执行。结合石油行业特点应除严格按表结合石油行业特点应除严格按表6-2检测第检测第一类指标外，还应对第二类主控指标进行分一类指标外，还应对第二类主控指标进行分析：析：pH值、色度、悬浮物、值、色度、悬浮物、BOD5、COD、石油类、硫化物等等。石油类、硫化物等等。以期尽可能降低排出以期尽可能降低排出污水对受纳水体的污染程度。污水对受纳水体的污染程度。 2净化污水排放时分析项目净化污水排放时分析项目3国内主要油田原水水质分析国内主要油田原水

44、水质分析 除表中所列数据外，除表中所列数据外，还有油、悬浮固体及水还有油、悬浮固体及水温等也是原水的重要指标。温等也是原水的重要指标。 含油量一般为含油量一般为1000mg/L左右，相应的悬浮固体含左右，相应的悬浮固体含量一般为量一般为80250mg/L，少部分油田原水含油量高，少部分油田原水含油量高达达30005000mg/L，相应悬浮固体含量高达，相应悬浮固体含量高达10002000mg/L，这两项指标在同一污水站瞬时这两项指标在同一污水站瞬时变化很大。变化很大。 水温一般为水温一般为3060，个别油田有差异如华北油，个别油田有差异如华北油田为田为6070，长庆油田为，长庆油田为30左右，

45、中原油田为左右，中原油田为50左右。左右。 在进行污水处理站工程设计之前对其水质要详细化在进行污水处理站工程设计之前对其水质要详细化验分析。验分析。 六、六、污水处理方法污水处理方法 去除水中悬浮杂质：去除水中悬浮杂质：物理法除油、物理法除油、混凝除油、过滤等；混凝除油、过滤等； 防垢、缓蚀和杀菌防垢、缓蚀和杀菌 ； 密闭隔氧和化学脱氧密闭隔氧和化学脱氧 。第二第二 物理法除油物理法除油 一、自然除油一、自然除油 二、粗粒化（聚结）除油二、粗粒化（聚结）除油 三、旋流除油三、旋流除油 一、自然除油一、自然除油 1.基本原理基本原理 自然除油是属于物理法除油范畴，是自然除油是属于物理法除油范畴，

46、是一种重力分离技术。重力分离法处理含油污一种重力分离技术。重力分离法处理含油污水，水，是根据油和水的密度不同，利用油和水是根据油和水的密度不同，利用油和水的密度差使油上浮，达到油水分离的目的。的密度差使油上浮，达到油水分离的目的。 这种理论这种理论忽略了进出配水口水流的不均忽略了进出配水口水流的不均匀性、油珠颗粒上浮中的絮凝等影响因素，匀性、油珠颗粒上浮中的絮凝等影响因素，认为油珠颗粒是在理想的状态下进行重力分认为油珠颗粒是在理想的状态下进行重力分离的，即假定离的，即假定 过水断面上各点的水流速度相等，且油珠颗过水断面上各点的水流速度相等，且油珠颗粒上浮时的水平分速度等于水流速度；粒上浮时的水

47、平分速度等于水流速度； 油珠颗粒是以等速上浮；油珠颗粒是以等速上浮； 油珠颗粒上浮到水面即被去除。油珠颗粒上浮到水面即被去除。 2 2装置结构装置结构 自然除油装置多采用立式自然除油罐，自然除油装置多采用立式自然除油罐，立式自然除油罐的立式自然除油罐的主要任务是去除原水中的主要任务是去除原水中的浮油和部分分散油，为下一段沉降分离提供浮油和部分分散油，为下一段沉降分离提供稳定的水质、均衡的流量。稳定的水质、均衡的流量。 立式除油罐的工作原理是靠油和水的立式除油罐的工作原理是靠油和水的相对密度差来达到除油的目的。相对密度差来达到除油的目的。立式除油罐立式除油罐上部设收油构件，中上部设配水构件，中下

48、上部设收油构件，中上部设配水构件，中下部设集水构件，底部设排污构件，其主要结部设集水构件，底部设排污构件，其主要结构如图构如图6-1所示。所示。965781 01234图图6-1 立式自然除油罐立式自然除油罐l进水管；进水管；2配水室；配水室；3配水管；配水管；4集油槽；集油槽；5出油管；出油管；6中心柱管；中心柱管；7集水管；集水管；8出水管；出水管；9溢流管；溢流管；10排污管排污管 能能适应进站污水质和量的突然变化，以适应进站污水质和量的突然变化，以及悬浮固体含量高的污水。及悬浮固体含量高的污水。流程不密闭，污水停留时间长，容积大，流程不密闭，污水停留时间长，容积大，占地面积大，基建投资

49、高。占地面积大，基建投资高。污水停留时间，污水停留时间，2.53.5h；污水下降流；污水下降流速，速，0.50.8mm/s。立式自然除油罐的特点立式自然除油罐的特点二二、粗粒化（聚结）除油、粗粒化（聚结）除油 所谓粗粒化，就是使含油污水通过一个所谓粗粒化，就是使含油污水通过一个装有填充物（粗粒化材料）的装置，在污水流装有填充物（粗粒化材料）的装置，在污水流经填充物时，使油珠由小变大的过程。经过粗经填充物时，使油珠由小变大的过程。经过粗粒化后的污水，其含油量及污油性质并不变化，粒化后的污水，其含油量及污油性质并不变化，只是更容易用重力分离法将油除去。只是更容易用重力分离法将油除去。粗粒化处粗粒化

50、处理的对象主要是水中的分散油，粗粒化除油是理的对象主要是水中的分散油，粗粒化除油是粗粒化及相应的沉降过程的总称。粗粒化及相应的沉降过程的总称。粗粒化的机理粗粒化的机理 目前尚处在探讨阶段，还未形成统目前尚处在探讨阶段，还未形成统一的理论。总的来说，大体上有两种观点，一的理论。总的来说，大体上有两种观点，即即“润湿聚结润湿聚结”和和“碰撞聚结碰撞聚结”。 “润湿聚结润湿聚结”理论建立在亲油性粗粒化材理论建立在亲油性粗粒化材料的基础上。料的基础上。 “碰撞聚结碰撞聚结”理论建立在疏油材料基础上。理论建立在疏油材料基础上。 2、粗粒化材料的选择、粗粒化材料的选择 粗粒化材料从形状来看分为粒状的和粗粒

51、化材料从形状来看分为粒状的和纤维状的两大类，从材质上分为天然矿石（如纤维状的两大类，从材质上分为天然矿石（如无烟煤、蛇纹石、石英砂等）和人造的（如聚无烟煤、蛇纹石、石英砂等）和人造的（如聚丙烯塑料球和陶粒等）两类。丙烯塑料球和陶粒等）两类。 国外应用的粗粒化材料很多，以各种国外应用的粗粒化材料很多，以各种化工产品居多，如聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚化工产品居多，如聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等等。作为一次性使用主张用纤维性材氯乙烯等等。作为一次性使用主张用纤维性材料，重复使用主要用粒状材料。国内各油田料，重复使用主要用粒状材料。国内各油田的的粗粒化装置都是用粒状材料。粗粒化装置都是用粒状材料。

52、对于聚结板材通常可采用聚氯乙烯、对于聚结板材通常可采用聚氯乙烯、聚丙烯塑料、玻璃钢、普通碳钢和不锈钢聚丙烯塑料、玻璃钢、普通碳钢和不锈钢等。具体选用哪种材质的聚结板，要根据等。具体选用哪种材质的聚结板，要根据处理水质特性和生产实际需要来确定。处理水质特性和生产实际需要来确定。 单一的粗粒化除油装置一般为立式结单一的粗粒化除油装置一般为立式结构，下部配水，中部装填粗粒化材料，上构，下部配水，中部装填粗粒化材料，上部出水。组合式粗粒化除油装置一般为卧部出水。组合式粗粒化除油装置一般为卧式，装置首端为配水部分，中部为粗粒化式，装置首端为配水部分，中部为粗粒化部分，中后部为斜板（管）分离部分，后部分，

53、中后部为斜板（管）分离部分，后部为集水部分。部为集水部分。 粗粒化除油装置工艺结构如图粗粒化除油装置工艺结构如图6-4所所示。示。 3粗粒化（聚结）装置粗粒化（聚结）装图图6-4 粗粗粒化除油器工艺原理图粒化除油器工艺原理图 1进水口；进水口；2出水口；出水口；3粗粒化段；粗粒化段；4蜂窝斜管；蜂窝斜管； 5排油口；排油口；6排污口；排污口；7维修人孔；维修人孔；8折装斜管人折装斜管人孔孔 粗粒化除油装置粗粒化除油装置 聚结分离器采用卧式压力聚结方式与斜聚结分离器采用卧式压力聚结方式与斜板（管）除油装置结合除油。板（管）除油装置结合除油。原水进入装置首原水进入装置首端

54、，通过多喇叭口均匀布水，水流方式横向流端，通过多喇叭口均匀布水，水流方式横向流经三组斜交错聚结板，使油珠聚结，悬浮物颗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，自斜板组上部均布，粒增大，然后再横向上移，自斜板组上部均布，经斜板分离，油珠上浮集聚，固体悬浮物下沉经斜板分离，油珠上浮集聚，固体悬浮物下沉集聚排除，净化水由斜板下方横向流入集水腔。集聚排除，净化水由斜板下方横向流入集水腔。高效聚结分离器工艺原理图见图高效聚结分离器工艺原理图见图6-5所示。所示。 聚结分离器聚结分离器 图图6-5 聚结分离器工艺原理图聚结分离器工艺原理图 1进水口；进水口；2出水口；出水口；3排污

55、口；排污口；4污油口；污油口； 5进料口；进料口；6蒸气回水口；蒸气回水口；7安全阀；安全阀；8出水档出水档板板 1547468372聚结分离器聚结分离器压力除油器压力除油器 为了提高除油设备单位容积处理为了提高除油设备单位容积处理能力及防止氧进入含油污水处理系统，国能力及防止氧进入含油污水处理系统，国内外研制了大量的压力式组合除油装置。内外研制了大量的压力式组合除油装置。 这些装置都是在上述粗粒化及斜这些装置都是在上述粗粒化及斜板除油技术基础上发展起来的。板除油技术基础上发展起来的。 进水聚结材料聚结材料斜板斜板排泥出水排油图图6-6 压力除油器示意图压力除油器示意图压力除油器压力除油器 三

56、、旋流除油三、旋流除油 水力旋流器是利用油水密度差，在液水力旋流器是利用油水密度差，在液流调整旋转时受到不等离心力的作用而实现流调整旋转时受到不等离心力的作用而实现油水分离。油水分离。其基本工艺结构如图其基本工艺结构如图6-12所示。所示。 图图6-12 水力旋流器工作原理示意图水力旋流器工作原理示意图 圆筒涡流段油出口同心缩径段进水口平行尾段细锥段净水出口 2. 旋流除油器旋流除油器 在对液在对液液旋流分离进一步研究得到：液旋流分离进一步研究得到：v（1）应产生非常强烈的旋流，使分散相有足）应产生非常强烈的旋流，使分散相有足够的径向迁移；够的径向迁移；v（2）旋流器直径要小，并有足够大的长径

57、比；）旋流器直径要小，并有足够大的长径比；v（3）油芯附近的液流层必须稳定，避免油、）油芯附近的液流层必须稳定，避免油、水两相的重混；水两相的重混；v（4）旋流器应具有很小的圆锥角，导流口能）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，旋转轴与旋流器几何使液流产生好的旋转，旋转轴与旋流器几何轴线重合。轴线重合。 旋流除油器自旋流除油器自20世纪世纪80年代开始应用年代开始应用以来，很快在全世界各国油田得到了推广应用，以来，很快在全世界各国油田得到了推广应用，特别是海上油田。特别是海上油田。 旋流器产品结构形式，有静态和动态两种。旋流器产品结构形式，有静态和动态两种。 按其用途分为油水

58、预分离旋流器、污水除油旋按其用途分为油水预分离旋流器、污水除油旋流器及原油脱水旋流器。流器及原油脱水旋流器。 图图6-13为多管污水除油水力旋流器结构为多管污水除油水力旋流器结构图。图。 2. 旋流除油器旋流除油器进水腔鞍座出油口出油腔管板排污口鞍座污水进口排污口净化水出口管板旋流管花板出水腔 图图6-13 多管污水除油水力旋流器结构图多管污水除油水力旋流器结构图 2. 旋流除油器旋流除油器 影响油、水两相溶液分离效果的因影响油、水两相溶液分离效果的因素除了旋流器本身的结构尺寸和操作条件素除了旋流器本身的结构尺寸和操作条件（压力、压差和流量）外，（压力、压差和流量）外，起决定作用的起决定作用的

59、是分离液的物理性质。是分离液的物理性质。 水的相对密度大、液体温度高、分水的相对密度大、液体温度高、分散相（油）液滴尺寸大，对分离效果有利；散相（油）液滴尺寸大，对分离效果有利；油的相对密度大、油的粘度高、表面活性油的相对密度大、油的粘度高、表面活性剂含量高，对分离效果不利。剂含量高，对分离效果不利。 2. 旋流除油器旋流除油器第三第三 混凝处理混凝处理 油田含油污水中有小量的油田含油污水中有小量的溶解油、溶解油、乳化油、分散油和泥质、粉质悬浮固体乳化油、分散油和泥质、粉质悬浮固体，具有较好的稳定性，这些杂质颗粒单靠具有较好的稳定性，这些杂质颗粒单靠自然沉降是很难被去除的，必须自然沉降是很难被

60、去除的，必须采用化采用化学、物理方法加速悬浮杂质的分离学、物理方法加速悬浮杂质的分离，通，通常采用混凝沉降法。常采用混凝沉降法。一、含油污水乳状液一、含油污水乳状液 油田含油污水中含有乳化剂油田含油污水中含有乳化剂胶质、沥胶质、沥青质、油层带出的泥砂、钻井泥浆、腐蚀产物。青质、油层带出的泥砂、钻井泥浆、腐蚀产物。 油田含油污水主要是油田含油污水主要是水包油型乳状液水包油型乳状液。 二、防止乳化及破乳基本方法二、防止乳化及破乳基本方法1 1、防止乳化油问题、防止乳化油问题 v在污水产生点就地油水分离，尽量避免长在污水产生点就地油水分离，尽量避免长距离的输送和多次提升。距离的输送和多次提升。v防止