油田污水处理技术讲座

1、安东研究院安东研究院专家技术讲座系列之六主讲人：王法轩主讲人：王法轩油田污水处理技术油田污水处理技术一、一、概述概述二、二、油田开发对注水水质的要求油田开发对注水水质的要求三、三、油田污水处理工艺技术油田污水处理工艺技术四、油田污水化学处理剂四、油田污水化学处理剂五、展望五、展望主讲内容主讲内容一、一、概概 述述 根据有关资料报导，地球上的总根据有关资料报导，地球上的总储水量为储水量为13.5613.56亿亿km3,km3,其中：海洋占其中：海洋占92.2%92.2%；陆地占；陆地占7.8%7.8%；而淡水占仅；而淡水占仅0.64%0.64%。 油田污水包括：油田污水包括：油田开发过程中的产油

2、田开发过程中的产出水出水；洗井水洗井水；油田油田钻井、作业、机械冷钻井、作业、机械冷却、和设备场地清洁却、和设备场地清洁水水等。汇集后统称为等。汇集后统称为油田污水。油田污水。 一、一、概概 述述为什么要进行油田污水处理：为什么要进行油田污水处理：一、对油田注水水源补充；一、对油田注水水源补充；二、不污染环境；二、不污染环境；三、为了对金属设备和管道的腐蚀进三、为了对金属设备和管道的腐蚀进行护。行护。一、一、概概 述述二、油田开发对注水水质的要求二、油田开发对注水水质的要求1、注水是对油田开发能量的补充注水是对油田开发能量的补充 我国陆上油田有我国陆上油田有95%95%是依靠注水开发的。每个油

3、田大是依靠注水开发的。每个油田大体要经历一次采油、二次采油、三次采油开发阶段。体要经历一次采油、二次采油、三次采油开发阶段。 概念概念 采出量采出量 注释注释一次采油一次采油依靠油层的原始能量使原油从依靠油层的原始能量使原油从油层流到井筒，再由井筒流到油层流到井筒，再由井筒流到地面地面只能采出地质只能采出地质储量的储量的5%5%13%13%二次采油二次采油将部分生产油井转为注井，对将部分生产油井转为注井，对油田进行地层能量的补充油田进行地层能量的补充可采出地质储可采出地质储量的量的20% 20% 25%25%扩大波及体扩大波及体积积三次采油三次采油注天然气、注注天然气、注N N2 2、注、注C

4、OCO2 2、注空、注空气、注聚合物、二元、三元复气、注聚合物、二元、三元复合驱、蒸汽驱、生物驱等合驱、蒸汽驱、生物驱等再采出地质储再采出地质储量的量的8% 8% 15%15%既要扩大波既要扩大波及体积又提及体积又提高波及效率高波及效率 由此看出，二、三次采油阶段由此看出，二、三次采油阶段都要注水补充能量。因此注水是十都要注水补充能量。因此注水是十分主要的问题。产出的污水必须进分主要的问题。产出的污水必须进行处理，然后再回注到油层，这也行处理，然后再回注到油层，这也是对水源需求的最大补充。是对水源需求的最大补充。 二、油田开发对注水水质的要求二、油田开发对注水水质的要求2、油层条件对水质的要求

5、油层条件对水质的要求 油层条件主要是指渗透率，也就是液油层条件主要是指渗透率，也就是液体通过的能力。随着新油田的发现，由于体通过的能力。随着新油田的发现，由于埋藏深度增加，低渗油藏的比例越来越大，埋藏深度增加，低渗油藏的比例越来越大，这对注入水的水质要求更高。因此对污水这对注入水的水质要求更高。因此对污水处理的质量标准要求更加严格。处理的质量标准要求更加严格。 二、油田开发对注水水质的要求二、油田开发对注水水质的要求3、油田注入水质标准（部颁标准）油田注入水质标准（部颁标准）PHPH7-7.5 7-7.5 含氧含氧O O0.05 mg/L0.05 mg/LCOCO2 20 mg/L0 mg/L

6、H H2 2S S2.0 mg/L2.0 mg/L机杂机杂1.0 mg/L1.0 mg/L悬浮物中值悬浮物中值2m2mFeFe0.5 mg/L0.5 mg/L油油5 mg/L15 15SRBSRB10102 2个个/ml/mlTGBTGB10102 2个个/ml/ml腐蚀速率腐蚀速率0.076 mm/a0.076 mm/a二、油田开发对注水水质的要求二、油田开发对注水水质的要求4、油田污水的成分油田污水的成分各油田的污水成分是不一样的。为了使注入水质达到石油企业的各油田的污水成分是不一样的。为了使注入水质达到石油企业的统一标准，油田污水必须经过处理才能回注地下统一标准，油田污水必须经过处理才能

7、回注地下 。塔里木塔里木油田污油田污水成分水成分产出水是产出水是CaClCaCl2 2和和NaClNaCl型的型的 COCO2 2含量：含量：200-350 mg/L Cl200-350 mg/L Cl- -含量：含量：13000 mg/L13000 mg/L总矿化度：总矿化度：190000-230000 mg/L PH190000-230000 mg/L PH值：值： 6.0-6.56.0-6.5铁离子含量：铁离子含量：40-60 mg/L Ca40-60 mg/L Ca2+2+和和MgMg2+2+：40-60 mg/L40-60 mg/L胜利油胜利油田污水田污水成分成分产出水是产出水是Ca

8、ClCaCl2 2和和NaClNaCl型的型的PHPH值：值：5.5-6.5 5.5-6.5 总矿化度：总矿化度：150000-250000 mg/L150000-250000 mg/LCaCa2+2+和和MgMg2+2+ :2000-3000 mg/L :2000-3000 mg/L 也含有也含有COCO2 2和和H H2 2S S成分成分中原油中原油田污水田污水成分成分产出水是产出水是CaClCaCl2 2和和NaClNaCl型的型的PHPH值：值：5.5-6.5 5.5-6.5 总矿化度：总矿化度：140000-350000 mg/L140000-350000 mg/LCaCa2+2+和

9、和MgMg2+2+ : 3000-4000 mg/L Fe : 3000-4000 mg/L Fe2+2+：4000-6000 mg/L4000-6000 mg/LHCOHCO3 3- -： 200-600 mg/L CO200-600 mg/L CO2 2：100-150 mg/L100-150 mg/L二、油田开发对注水水质的要求二、油田开发对注水水质的要求三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术（一）（一）油田污水的处理思路油田污水的处理思路 我国油田污水处理工艺技术思路基本有两种我国油田污水处理工艺技术思路基本有两种 ： 一种一种是将清水经过滤除铁后，单独注入到油层，是将清水经

10、过滤除铁后，单独注入到油层，再将油田污水单独处理合格达标后，单独注入到油层；再将油田污水单独处理合格达标后，单独注入到油层； 第二种第二种是，将所有的清污水先混合后，经过处理是，将所有的清污水先混合后，经过处理达标后回注油层。达标后回注油层。 目前基本上统一到第二种，这种工艺技术处理的目前基本上统一到第二种，这种工艺技术处理的污水和地层配伍性好，不伤害油层。使过敏反应降低污水和地层配伍性好，不伤害油层。使过敏反应降低到最小程度。到最小程度。（二）（二）油田污水处理工艺技术油田污水处理工艺技术 油田污水处理工艺分四个阶段：油田污水处理工艺分四个阶段： 除油工艺阶段除油工艺阶段 除机杂工艺阶段除机

11、杂工艺阶段 过滤工艺阶段过滤工艺阶段 残渣处理工艺阶段残渣处理工艺阶段 通过上述四个阶段的处理，加上离子通过上述四个阶段的处理，加上离子调整平衡，使油田污水达到回注标准。调整平衡，使油田污水达到回注标准。三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术（一）（一）工艺流程简介工艺流程简介1 1、重力式流程、重力式流程自然（或斜板）除油自然（或斜板）除油混凝沉降混凝沉降压力（或重力）过滤流程。压力（或重力）过滤流程。三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术图图1 1 重力式污水处理流程图重力式污水处理流程图2、压力式流程、压力式流程旋流（或立式除油缸）除油旋流（或立式除油缸）除油聚结分离

12、聚结分离压力沉降压力沉降压力过滤流程压力过滤流程。图图2 压力式污水处理流程图压力式污水处理流程图三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术3、浮选式流程、浮选式流程接受（溶气浮选）除油接受（溶气浮选）除油射流浮选或诱导浮选射流浮选或诱导浮选过滤精滤流程。过滤精滤流程。三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术图图3 浮选式污水处理流程图浮选式污水处理流程图（二）（二）除油工艺阶段除油工艺阶段1、自然除油、自然除油三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术 1-1-进水管；进水管； 2-2-中心反应管；中心反应管； 3-3-配水管；配水管； 4-4-集水管；集水管； 5-5-

13、中心柱管；中心柱管； 6-6-出水管；出水管； 7-7-溢流管；溢流管； 8-8-集油槽；集油槽； 9-9-出油管；出油管； 10-10-排污管排污管图图4 4 自然除油罐结构图自然除油罐结构图2、斜板斜板( (斜管斜管) )除油罐除油罐 在油水分离设备中加斜板（或斜管），增加了在油水分离设备中加斜板（或斜管），增加了分离设备的工作面积，缩小了分离高度，提高了油分离设备的工作面积，缩小了分离高度，提高了油珠颗粒的去除效率。珠颗粒的去除效率。AQE/含油污水在重力分离容器中的分离效率为：含油污水在重力分离容器中的分离效率为：式中：式中： EE油珠颗粒的分离效率；油珠颗粒的分离效率；油珠颗粒的上浮

14、速度；油珠颗粒的上浮速度； Q/AQ/A表面负荷率；表面负荷率； QQ处理流量；处理流量； AA处理设备水平工作面积。处理设备水平工作面积。 三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术 若除油设备的高度为若除油设备的高度为H H，油珠颗粒分离时，油珠颗粒分离时间为间为t t，则表面负荷率可表示为：，则表面负荷率可表示为： tHAQ/HttHAQE/故：故： 三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术1-1-进水管；进水管；2-2-中心反应筒；中心反应筒；3-3-配水管；配水管；4-4-集水管；集水管；5-5-中心柱管；中心柱管；6-6-出水管；出水管；7-7-波纹斜板组；波纹斜板组

15、；8-8-溢流管；溢流管；9-9-集油槽；集油槽；10-10-出油管；出油管；11-11-排污管排污管图图5 立式斜板除油罐结构立式斜板除油罐结构三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术3、气浮除油气浮除油( (除悬浮物除悬浮物) )原理原理：气浮就是在含油污水中通入空气：气浮就是在含油污水中通入空气 ( (或天然气或天然气) )并产生微细气泡，使并产生微细气泡，使 油和悬浮物的微粒粘附在气泡油和悬浮物的微粒粘附在气泡 上，从而达到除油和悬浮物的目上，从而达到除油和悬浮物的目 的。的。三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术气浮除油有以下三种装置：气浮除油有以下三种装置：溶解气

16、浮装置溶解气浮装置图图6 溶解气浮选装置工艺示意图溶解气浮选装置工艺示意图三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术（2 2）分散气浮选装置）分散气浮选装置图图7 7 旋转型分散气浮选装置旋转型分散气浮选装置 三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术图图8 喷射型气浮选装置喷射型气浮选装置三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术4、旋流除油旋流除油原理原理：水力旋流器是利用油水密度差，在旋转：水力旋流器是利用油水密度差，在旋转时受到不等的离心力，从而实现了油水分离。时受到不等的离心力，从而实现了油水分离。三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术图图9 水力旋流器工

17、作原理图水力旋流器工作原理图（三）离子调整和混流沉降（三）离子调整和混流沉降离子调整离子调整a.a.拿中原油田污水性质为例拿中原油田污水性质为例 矿化度矿化度16-3516-3510104 4 mg/L mg/L 、 总量总量4000-6000 mg/L4000-6000 mg/L 100-150 mg/L 100-150 mg/L4000-6000 mg/L4000-6000 mg/L200-600 mg/L200-600 mg/LSRBSRB10104 4-10-106 6个个/ml/mlPHPH5.5-6.55.5-6.5属于属于 水型水型2CaCl三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处

18、理工艺技术2Mg 2Fe3HCO2CO2Cab b、离子调整的机理、离子调整的机理 在沉降罐进口加入复合碱，以在沉降罐进口加入复合碱，以“ OH ”为为主要成分的离子调整剂，将有害离子得以平衡，并沉主要成分的离子调整剂，将有害离子得以平衡，并沉降下来加以回收，保持了注入水水质的稳定性。降下来加以回收，保持了注入水水质的稳定性。三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术其一，其一， 与与 生成水生成水 并除去水中的并除去水中的 ，生成沉，生成沉淀淀 ；其二，利用水中的氧其二，利用水中的氧O O，将，将 氧化成氧化成 ，再与，再与 生成沉淀生成沉淀 ；其三，其三， 与与 反映生成反映生成 ,

19、 , 与多价金属离子与多价金属离子生成硫化物沉淀；生成硫化物沉淀；其四，利用生成沉淀过程的卷集作用和其四，利用生成沉淀过程的卷集作用和 的杀菌作的杀菌作用，除掉用，除掉SRBSRB。 2Fe3FeOH3)(OHFeOHHS2S2SOHOHHOH23HCO3CaCO2、混凝沉降工艺混凝沉降工艺a.a.混凝沉降罐工艺结构混凝沉降罐工艺结构 三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术c c、加入絮凝剂、加入絮凝剂 当当PHPH值达到值达到7 77.57.5时，絮凝体时，絮凝体形成速度为形成速度为35353838秒，絮凝体的秒，絮凝体的尺寸为尺寸为2 23 mm3 mm。 收油收油图图10 改造

20、前斜板沉降罐结构示意图改造前斜板沉降罐结构示意图进水出水三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术收油进水出水图图11 改造后斜板沉降罐结构示意图改造后斜板沉降罐结构示意图三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术b b、应用美国剑桥公司的技术，在、应用美国剑桥公司的技术，在加入絮凝剂的同时加入铁粉加入絮凝剂的同时加入铁粉, ,这样这样既达到了快速絮凝又实现了快速既达到了快速絮凝又实现了快速沉降，使设备体积和占地面积大沉降，使设备体积和占地面积大为缩小。为缩小。 三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术流入流入Influent排放排放EffluentCoMag 技术传统的化

21、学絮凝传统的化学絮凝/ /絮凝物絮凝物 + + 出色的沉降出色的沉降+ + 高梯度磁分离高梯度磁分离 Conventional chemical coagulation/flocculation + superior sedimentation + High Gradient Magnetic Separation.磁加载物磁加载物MagneticBallast污泥处理污泥处理Sludge ProcessingClarifier循环循环Recycle磁鼓分离器磁鼓分离器Magnetic Drum絮凝剂絮凝剂Flocculent聚合物聚合物PolymerMixing Tanks混合池混合池澄清池

22、澄清池磁过滤器磁过滤器Magnetic Filter（四）过滤过滤 原理：原理：经过沉降的水体，经过沉降的水体，在压力的作用下，通过在压力的作用下，通过700 mm700 mm厚左右的粒厚左右的粒状物质滤床状物质滤床( (通常由石英砂、无烟煤、磁通常由石英砂、无烟煤、磁铁矿、铝矾土等组成铁矿、铝矾土等组成) )，通过过滤的吸附，通过过滤的吸附絮凝、沉淀和截留作用，进一步去除水中絮凝、沉淀和截留作用，进一步去除水中的杂质。的杂质。 三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术图图12 压力滤罐结构图压力滤罐结构图三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术（五）油田含油污泥处理五）油田含

23、油污泥处理对污泥处理方法有两种：对污泥处理方法有两种： 压挤法压挤法( (板框压滤机板框压滤机) )图图13 板框压滤机结构图板框压滤机结构图1-1-尾板尾板( (固定固定) )；2-2-压榨滤板；压榨滤板；3-3-拉板机构；拉板机构；4-4-过滤板；过滤板；5-5-头板头板( (活动活动) )；6-6-传动机构；传动机构；7-7-压紧装置压紧装置三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术2. 2. 离心法离心法( (转筒式离心机转筒式离心机) )图图14 圆筒式离心脱水机结构图圆筒式离心脱水机结构图1-1-轴承座；轴承座；2-2-外壳；外壳；3-3-转鼓；转鼓；4-4-进料管；进料管；

24、5-5-螺旋输送器；螺旋输送器；6-6-电动机；电动机；7-7-差速器；差速器；8-8-皮带轮皮带轮三、油田污水处理工艺技术三、油田污水处理工艺技术四、油田污水化学处理剂四、油田污水化学处理剂1、缓蚀剂、缓蚀剂 用来防止或缓解金属腐蚀的物质称为缓蚀剂。石用来防止或缓解金属腐蚀的物质称为缓蚀剂。石油行业对腐蚀要求标准为油行业对腐蚀要求标准为0.076 mm/a0.076 mm/a。缓蚀剂类型缓蚀剂类型a.a.氧化型缓蚀剂氧化型缓蚀剂：加入此剂，使金属表面生成一层加入此剂，使金属表面生成一层 致密牢固的氧化膜或者以金属离子生成难溶的盐。致密牢固的氧化膜或者以金属离子生成难溶的盐。 b.b.沉淀型缓

25、蚀剂沉淀型缓蚀剂：此剂加入后，生成致密的沉淀膜或：此剂加入后，生成致密的沉淀膜或 生成新的聚生成新的聚合物，覆盖在金属表面，这种膜的电阻合物，覆盖在金属表面，这种膜的电阻 率大，抑制了金属的腐蚀。率大，抑制了金属的腐蚀。c.c.吸附型缓蚀剂吸附型缓蚀剂( (又称有机缓蚀剂又称有机缓蚀剂) )：加加入腐蚀介质中极性基团吸附在金属表面入腐蚀介质中极性基团吸附在金属表面上，非极性基团则向外定向排列，形成上，非极性基团则向外定向排列，形成憎水膜，使金属与腐蚀介质隔开，从而憎水膜，使金属与腐蚀介质隔开，从而起到防腐作用。起到防腐作用。 四、油田污水化学处理剂四、油田污水化学处理剂2、阻垢剂阻垢剂 油田污

26、水系统形成的水垢有碳酸钙、硫酸钙、硫油田污水系统形成的水垢有碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡等。油田常用的防垢剂有：酸钡等。油田常用的防垢剂有：无机磷酸盐类无机磷酸盐类：防：防3CaCO的防垢剂有的防垢剂有磷酸三钠磷酸三钠 、 焦磷酸四钠焦磷酸四钠、 三聚磷酸钠三聚磷酸钠 、 六偏磷酸钠六偏磷酸钠b.b.有机磷酸及其盐：有机磷酸及其盐： 氨基三甲叉磷酸氨基三甲叉磷酸 、 乙二胺四甲叉磷酸乙二胺四甲叉磷酸 、 羟基乙叉二磷酸钠羟基乙叉二磷酸钠 c.c.聚合物聚合物 聚丙烯酸聚丙烯酸 、 聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 、 聚马来酸酐聚马来酸酐 四、油田污水化学处理剂四、油田污水化学处理剂3、杀菌剂杀菌剂油田常用的杀

27、菌剂：油田常用的杀菌剂：氧化性杀菌剂氧化性杀菌剂：氯、次氯酸钠等；：氯、次氯酸钠等；非氧化性杀菌剂非氧化性杀菌剂：季铵盐、戊二醛等。：季铵盐、戊二醛等。四、油田污水化学处理剂四、油田污水化学处理剂4、混凝剂混凝剂 混凝剂有凝聚剂和絮凝剂两种：混凝剂有凝聚剂和絮凝剂两种： 凝聚剂凝聚剂：主要为无机阳离子聚合物，如聚合铝、：主要为无机阳离子聚合物，如聚合铝、聚合铁等凝聚剂，对聚合铁等凝聚剂，对PHPH值适应的范围广，形成速值适应的范围广，形成速度快、沉降快，投量少、净化效果好，而且不受度快、沉降快，投量少、净化效果好，而且不受温度影响。温度影响。 四、油田污水化学处理剂四、油田污水化学处理剂5、除氧剂：、除氧剂：油田使用的除氧剂多为亚硫酸盐油田使用的除氧剂多为亚硫酸盐(32SONa )。四、油田污水化学处理剂四、油田污水化学处理剂絮凝剂絮凝剂：此剂主要为有机非离子型和阴离：